宮城県沖プレート境界の多項目・高精度モニタリングによる大地震発生過程の解明
課題番号：1202
（1）実施機関名：
東北大学大学院理学研究科
（2）研究課題（または観測項目）名：
宮城県沖プレート境界の多項目・高精度モニタリングによる大地震発生過程の解明
（3）最も関連の深い建議の項目：
1（1）イ．地震発生・火山噴火の可能性の高い地域
（4）その他関連する建議の項目：
2（2）（2‐1）ア．アスペリティの実体
2（2）（2‐1）イ．非地震性滑りの時空間変化とアスペリティの相互作用
（5）平成20年度までの関連する研究成果（または観測実績）の概要：
宮城県沖およびその周辺の状況について下記のような知見が得られており，これらの成果は，現計画の「大学及び気象庁は，宮城県沖及び周辺地域等において海底地震観測を実施する．また，大学及び海上保安庁は，ゆっくり滑りのモニタリング等の海底地殻変動等の観測を強化する。［1.（1）イ］」という目標を達成するための「初期条件」として重要な成果である．また，GPSや相似地震解析の結果は，将来の大地震発生の候補域が現時点で実際に強く固着している領域として見えていることを示しており，大地震が発生する場所は，決してランダムではなく，過去の活動履歴に基づく大地震の長期予測が地球物理学的に見ても根拠があることを示したという点において，極めて重要である．
- 2003年に既存のGEONET観測点を補間するように新たにGPS連続観測点を設置し，稠密GPS観測網を構築した．2005年8月に発生した宮城県沖地震（M7.2）の地震時地殻変動とそれに引き続く明瞭な余効変動を観測し，プレート境界上の非地震性すべりの時空間発展を捉えることができた．
- 小繰り返し地震により，プレート境界の準静的すべりを推定するシステムを構築した．
- 岩手県釜石沖のM～4.9の繰り返し地震について，地震サイクルとアスペリティ周辺の地震活動についてのモデル化を行った．
- 繰り返し海底地震観測のデータを用い2005年宮城県沖地震発生後に発生した小地震の発震機構解別に分離し，プレート境界型の発震機構解をもつものの時空間的な分布がGPS解析により推定された非地震性すべりの時空間変化と対応することを示した．
- 繰り返し海底地震観測のデータを用い，2005年宮城県沖地震の発生におよそ1週間先行する微小地震活動の活発化を見いだした.
来るべき宮城県沖地震をターゲットにした地下水変動観測はH16に開始し，科学研究費補助金基盤A（H18‐20，代表者大槻憲四郎）により，本格的に大幅に増強した．現在，深井戸3本を無償で借用し，水晶温度計と水位計を設置している他，営業中の温泉3
か所を借用し，ラドン濃度の観測を行っている．地下水温の潮汐応答から，水温変動の感度は10‐8
strain程度と見積もっている．これまで，2005年の宮城県沖地震の最大余震（2005年12月2日，MJ6.4）の前兆的水温変化，2007年4月12日の仙台湾での直下型地震（MJ4.5，震源距離30km）の前兆的温度変化，2007年5月29日の宮城県中部での直下型地震（MJ4，震源距離12km）のcoseismicな水温変化などを捉えた．観測結果はAGU，合同学会，地震学会等で発表し，国際誌に投稿準備中．
（6）本課題の5ヶ年の到達目標：
下記の4小課題を実施し，相互に連携させることにより，プレート境界のモニタリング手法を高度化させる．
- 海底微小地震観測により，プレート間すべり・応力場の時空間変化の把握のための技術開発を行う，また海底地殻変動観測により，プレート間すべり分布の時空間分布の推定を行う．
- GPS連続観測データの日座標値解に含まれる季節変動成分や気圧応答，水蒸気分布の非一様性による電波伝搬遅延誤差といった誤差要因の除去法の高度化をすすめ，データに含まれるより小さなシグナルを検出可能にする．これにより，これまでノイズに埋もれていたプレート境界上の非地震性すべりを検出できるようにする．
- 相似地震データ解析によって，プレート間準静的すべり状況を把握し，GPSデータとの比較を行う．また，個々の相似地震の詳細な震源分布，活動履歴，プレート境界付近の小地震の活動，小地震の応力降下量等とプレート間すべりの状況を比較し，プレート間の固着状況とこれらの観測量との関係を調べる．
- 上述の科学研究費補助金基盤で構築した深層地下水変動観測＋遠隔自動受信システムを本研究計画の5年間継続稼働させ、データを蓄積しつつ来るべき宮城県沖大地震に備える．この間，各観測サイトの水理学的個性を理解し，前駆的シグナルの判別法を整備する．
（7）本課題の5ヵ年計画の概要：
平成21年度は，以下の計画に基づいて研究を遂行する．
- 海底諸観測：宮城県沖海域において，自己浮上式海底地震計を用いた繰り返し観測を実施し，特に小地震に注目してその発震機構解を推定し，その空間分布パターンからアスペリティ周辺における応力場の解明を進める．また，GPS/音響ならびに海底圧力観測による地殻変動観測を実施し，陸上測地データとの総合解析により，非地震性すべりの検知を試みる．
- GPS連続観測網：GPS連続観測データ解析のより一層の高度化をはかる．具体的には，基線解析の戦略や採用する天頂大気遅延量のマッピング関数の比較等を行って，ノイズの軽減に努め，微小な非地震性すべりの検出をめざす．また，測地インバージョン法の改良を行い，解析結果の安定化と信頼性の向上をはかる．
- 相似地震データ解析：宮城県沖を含む領域で，相似地震によるプレート間準静的すべり状況の把握を行い，GPSデータとの比較を行うとともに，宮城県沖のプレート間の固着状況や過去の大地震の活動域との関係を調べる．
- 地下水位観測：「深層地下水変動観測システム」により、地下水の温度、水位、ラドン濃度の連続観測を継続し、地震活動との関係を解析しつつ、宮城県沖地震に備える。
平成22年度以降は，海底諸観測については微小地震活動の発震機構解を用いて応力場の時間変化と，相似地震・GPS観測から明らかとなるプレート間すべりの時空間分布との対応関係を明らかにし，固着・すべり状態のモニタリングの高度化を図る．GPS連続観測・地下水位観測については，蓄積されるデータに基づいて同様の解析をすすめつつ，必要に応じて新たな解析手法を導入し，解析結果の精度向上に努める．相似地震解析については，プレート間準静的すべり状況の把握を続けるとともに，プレート境界付近の小地震の応力降下量の推定を行う．さらに得られた応力降下量の空間分布をアスペリティやプレート間すべりの分布と比較し，関係を調べる．
（8）実施機関の参加者氏名または部署等名：
日野亮太，長濱裕幸，内田直希，太田雄策，他計10名程度
他機関との共同研究の有無：有
東京大学地震研究所，海洋研究開発機構，海上保安庁，気象庁地震火山部，仙台管区気象台（海底観測）
（9）公開時にホームページに掲載する問い合わせ先
部署等名：東北大学大学院理学研究科 地震・噴火予知研究観測センター
電話：022‐225‐1950
e‐mail：zisin‐yoti@aob.geophys.tohoku.ac.jp
URL：http://www.aob.geophys.tohoku.ac.jp/