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科学技術・学術審議会測地学分科会地震部会



 1．成果と今後の展望

１．地震発生に至る地殻活動解明のための観測研究の推進

1.1.  目的

     建議で設定された研究目的は以下のとおりである。
   地震発生に至る地殻活動の全容を把握し理解するため，(１)プレート運動に起因する広域かつ長期にわたる応力場とその形成メカニズムを解明し，(２)地殻及び上部マントルの不均質構造によって地震発生領域に応力が集積していく地震発生準備過程の進展の程度を評価し，(３)地震発生準備の最終段階にある場所で生起する地殻現象を実測した上で地震発生に至る過程の進展を予測し，(４)地震発生に伴う地震動の解析によって地震と震源近傍での不均質構造との関係を解明する，という筋道に沿って研究の進展を図る。それぞれの項目に対応して，“定常的な広域地殻活動”，“準備過程における地殻活動”，“直前過程における地殻活動”，及び“地震時及び地震直後の震源過程と強震動”という四つの課題を設定し，研究を進める。

1.2.  成果

  （１）定常的な広域地殻活動
  （ア）プレート運動とプレート境界域の調査
     1983年日本海中部地震の発生前後からアムールプレートの存在が推定されていたが，GPS観測等によりその存在が確認され，西南日本はアムールプレート上に位置することが分かってきた。この知見は日本列島の応力場や変形場の解明に重要であるが，プレート運動速度の定量化と，南九州・南西島弧の変動の原因解明が残されている。
   高感度基盤観測網・連続海底地震観測網の整備に伴い，全国的に一様な高精度の震源決定が進み，プレートの形状や物性の推定及びその不均質構造の解明が進みつつある。例えば，三陸沖における地震活動の詳細な解析によって，相似地震の活動履歴からその場における平均的なプレート間すべり速度の見積りが可能であることが示された。陸上におけるGPS観測によりプレートのカップリング特性が明らかにされつつあるが，相似地震がGPSとは独立にカップリング特性を推定できることを示したことは大変重要な成果である。さらに，プレート境界面でのすべりの時間発展を，従来にない高い空間分解能で推定できる可能性も示された。
  （イ）プレート間カップリングの空間分布の把握
     三陸沖では，GPSから推定されたカップリングの強い領域は，大地震発生時の断層面上のすべり量の大きな領域（アスペリティー）と大局的には一致することが分かった。GPS 観測により把握できるアスペリティーの空間分解能は 50～100km 程度であるが，相似地震活動を用いれば，もっと小さなスケールの非地震性すべりの状況が把握できる可能性がある。
   フィリピン海プレートの沈み込み帯では，GPS連続観測データから，日本列島中央部，特に伊豆半島周辺のプレート内での変形の影響が認められ，想定東海地震の震源域で従来考えられていたよりも歪（ひずみ）蓄積速度が小さい可能性が指摘された。ここでのプレート境界の固着域の推定もこの結果と矛盾しないことから，現在まで東海地震が発生しなかったことが説明できる可能性が示された。
   また，GPS及び地殻変動連続観測データの解析から，これまで実証的にその存在が確認されていなかったサイレント地震の存在が明らかになり，また，余効すべりの解明が進むなど，プレート境界における歪の解放過程の詳細が明らかになってきた。しかし，このような間欠的に発生する非地震性すべりが大地震の発生とどのような関係にあるかについては，固着域における固着の程度の時間的変動の詳細など，未解決の問題が数多く残されている。
   三陸沖での構造探査により，プレート境界の反射強度は微小地震の活動度と逆相関にあることが報告された。四国における構造探査において，プレート境界からの顕著な反射波が見付かった。測線が1946年南海地震時のすべり量の小さな領域と考えられるところを通っていることから，顕著な反射波は，カップリングが小さいことを反映している可能性が指摘された。一方，伊豆－小笠原弧などにおいては，プレート境界に存在する蛇紋岩のために，浅発大地震が起こらないことが推定された。
  （ウ）プレート内部の不均質構造の解明
     島弧の基本的構造の解明については，東北日本弧において海溝軸から島弧を経て縁海に至る詳細な地殻構造断面が得られた。北海道地域においても，島弧－島弧衝突というテクトニクスの中での地殻の改変過程（千島弧側の衝上，東北日本弧側の褶曲断層帯の発達）が明らかになってきた。また，四国沖から四国下におけるフィリピン海プレートの沈み込みの形状，プレート境界の反射特性が精度よく求められた。
   一方，島弧地殻内部については，トモグラフィーによる島弧地殻の3次元不均質構造の解明とともに，主要断層系の深部構造，断層帯周辺の物性などが明らかになった。特に，断層周辺において，流体の存在を示唆するような低比抵抗体，低速度体，反射面などが確認された。反射面や低周波微小地震は下部地殻内の高Vp/Vs域の上端付近に存在している。これらの結果は，地震発生予測モデルを構築する上で，地震発生場の物性や内陸地震断層面の構成則に対して重要な拘束条件を提供する。
   以上のような結果については，地質学的見地からの解釈も行われつつあり，東北日本弧における中新世以降の地殻の発達過程，北海道における千島弧との衝突運動と褶曲断層帯の発展過程について新しいモデルが構築されつつある。このような形の学際的な研究は，過去の地震予知計画では見られなかったものであり，時間スケールまで含んだ地震発生場の性質の解明に対して緒を開くものと言える。
   また，日本列島内陸部の変動帯（新潟－神戸構造帯）の存在を明らかにしたことは，内陸地震の発生を考える上で極めて重要な貢献である。
  （エ）長期的な地震発生確率の推定
     各々の断層における地震の発生時期の解明だけでなく，破壊様式に踏み込んだ研究手法の確立の緒を開くものとして，横ずれ断層の横ずれ量を推定する手法の確立は重要な成果である。また，活断層から発生する地震の震源規模については，従来のモデルよりも観測結果をよく説明する連動セグメントモデルを提案した。また，古文書等の調査による歴史地震の発生時期の解明によって，プレート境界地震の長期評価についても大きな進展があった。その一部は，プレート境界域のアスペリティー分布の解析結果とともに，地震調査研究推進本部地震調査委員会での長期評価に用いられたことは特筆すべきであろう。


  （２）準備過程における地殻活動
  （ア）プレート間カップリングの時間変化の検出
     大地震の震源過程の解析によって，アスペリティーの分布が得られ，かつ同一のアスペリティーが繰り返し大きなすべりを示すことが明らかになった。また，相似地震や釜石沖の固有地震活動は，かなり小さなアスペリティーがプレート境界上に存在していることを示すとともに，アスペリティーとそれ以外の領域での強度のコントラストが極めて大きいことが分かった。つまり，少なくとも三陸沖では，プレート境界は非地震的にすべる領域と地震時にのみすべる領域の両極端に分かれる可能性がでてきた。その場合，相似地震活動をモニターすることにより，その周りの非地震性領域のすべり速度が推定できることになる。
   間欠的非地震性すべりが関東，豊後水道，東海地域で見付かり，フィリピン海プレート域にも存在することが分かった。
   このような新しいアスペリティーモデルは，これまで議論があった固有地震説に対して地震学的にサポートを与えるものである。例えば，釜石沖では，M4.8±0.1 の地震が繰り返し発生しており，2001年末までに 99% の集積確率で次の地震が発生すると長期予測されていたが，実際に2001年11月13日に M4.7 (気象庁マグニチュード) の地震が発生し，この長期予測の正しさが証明された。岩石実験やシミュレーションにおいても，アスペリティーが存在していた場合，固有地震的な挙動を示すことが分かった。
  （イ）地震多発地域での応力蓄積過程とゆらぎの検出
     GPS 観測により三陸はるか沖地震のアスペリティーの強度が地震後1年程度で回復したことが明らかになり，野島断層における注水試験等によっても断層の回復過程がとらえられた。これらのことから，断層の強度回復が地震の繰り返し間隔に比べると瞬時に起こり得ることが明らかになった。一方，東北地方や日本海及び鳥取の地震に関して，破壊過程や余震分布を解析した結果，続けて起こる地震の震源域は互いにオーバーラップせず「棲み分け」ていることが明らかになった。また，野島断層周辺における応力測定の結果から，主圧縮軸が断層にほぼ直交することが分かった。このことは断層の剪断応力が小さいことを意味しており，地震時の応力降下量が地震前にかかっていた応力と同程度である可能性を示唆する。
  （ウ）断層面の構造・物性及び活断層周辺の調査研究
     野島断層，茂住断層，2000年鳥取県西部地震震源域の地表及び孔内地震計記録の解析により，断層破砕帯に特徴的な波（断層トラップ波）が検出され，断層破砕帯の性質が明らかになった。根尾谷，阿寺，跡津川断層周辺及び長野県西部地域でボーリング孔を用いた地震観測や電気伝導度調査，掘削試料（コア・サンプル）解析などが行われ，更に全国の主要活断層周辺で高密度の地震・地殻変動の移動観測が実施され，断層構造や応力場が推定された。更に，大深度ボーリングにより断層帯の特徴が抽出され，断層の不均質性に関する知見が得られた。
   1995年兵庫県南部地震の発生直後の野島断層における断層構造を，地球物理学的及び地質学・物質科学的に調査するとともに，孔内地震観測，地殻変動観測，地下水観測，電磁気観測などにより，断層破砕帯の構造とその強度の回復過程の研究が進展した。掘削孔から採取されたコア・サンプル，ロギングデータの解析により，断層の活動履歴と断層破砕帯の物理・化学・水理学的性質が，世界で初めて実証的，定量的に解明された。断層破砕帯の幅は約30mと推定され，地震波の解析によって推定された断層破砕帯の幅や，電磁探査から推定された低比抵抗帯の幅と調和的な値が得られた。破砕帯の内部構造・物質移動についても，断層破砕帯中に水素ガス及び二酸化炭素の濃集が確認されるなど，物質科学，地球化学的手法によって明らかになった。
   1997年２－３月に行われた注水実験により，野島断層周辺岩盤における透水係数が初めて求められ，注水に伴う歪，湧水量，自然電位等複数項目の変動がモデル化された。また誘発地震の発生が確認され，その発生特性が調べられた。さらに，2000年１－３月にも注水実験が行われ，1997年実験以降の３年間に，野島断層周辺岩盤における透水係数が低下したことが，複数の観測（800m孔における湧水量，歪計測，自然電位，誘発地震の発生時空間特性）によって示され，断層の固着が進行しつつあることが示唆された。また，野島断層周辺で観測された地震波のS波偏向異方性解析からも，断層周辺における固着が急速に進行している可能性が示された。
   兵庫県南部地震の際に活動した野島断層は，野島平林（北淡町）付近で最大の変位を示した。そこで発見された断層岩はシュードタキライトと固結した細粒ガウジの薄互層から成り，過去の地震性摩擦すべりの物理過程が詳細に記録されていることが分かった。
  （エ）構造の不均質及び地殻流体に関連する調査研究
     地殻流体の存在を示すと考えられる地震波反射面や低周波微小地震は，下部地殻の高 Vp/Vs 域とよい対応を示している。高 Vp/Vs 域の少なくとも深部に関しては部分溶融していると考えれば，その固結に伴って水が放出されることが期待される。したがって，下部地殻の高 Vp/Vs 域から流体が上部地殻に供給され，それに伴って低周波微小地震が発生したり，地震波反射面が生成されたりするというモデルが考えられた。
   比抵抗分布の結果も地下流体の状況を示すことが期待され，Vp/Vs 等の地震学的情報との対比が可能になってきた。大地震の発生は，地震発生域直下に存在する流体の移動により誘発される可能性が指摘された。地震の活発な領域の深部では高 Vp/Vs の領域や低比抵抗の領域が存在している。
   1998年岩手県内陸北部の地震においては，その前後で流体の移動に伴うと考えられる地震波速度の変化があったという複数の報告がある。また，伊豆半島東部やその周辺における群発地震に関連して，流体の移動に伴うと考えられる重力変化，地下水位変化，傾斜変化がとらえられた。
   西南日本において，深部低周波微動が多数発見された。沈み込んだフィリピン海プレートから脱水反応によって地殻底部に多量の水が供給され，それに伴って微動が発生している可能性が高いと考えられる。これは地震発生域への水の供給源を考える上で，非常に大きな情報である。


  （３）直前過程における地殻活動
  （ア）前駆現象の発現機構に関する観測研究
     プレート境界固着域下端での応力集中過程を解明することを目的として，地震・傾斜・３成分歪計・GPS等による総合観測井を東海及びその周辺域に設置し，本格的な観測を開始した。
   2000年伊豆諸島の群発地震活動と三宅島火山活動の際に実施したGPSの稠密アレイ観測の解析によって，開口クラックの進展状況が時間を追って克明に追跡できた。この結果，開口クラックの大きい領域と群発活動の領域によい対応が見られるなど，群発地震活動のメカニズムの解明が進んだ。また，同時期に実施された高精度重力観測からは，三宅島のマグマが群発地震の発生している開口クラック域に移動したことを示す結果が得られた。
   伊豆半島東部の群発地震発生域で実施された比抵抗構造探査によって，表層（1～2km）に低比抵抗層が見いだされた。伊東市北部の御石ケ沢(OIS)観測点では，10年間にわたって継続した顕著な全磁力の減少（5nT/年）が検出された。また，1998年伊豆半島東方沖群発地震の発生に先行した地殻歪・傾斜変動が検出された。これらは，主としてマグマ活動に関連すると思われる現象であり，通常の地震の前駆現象との関係は明らかではない。
   室内実験により，岩石破壊に至る過程で水の流動によって発生する電流を実測するとともに，流動電流係数と透水係数との定量的関係などを求めた。今後，地表観測点で地震前にどのような電磁信号が観測されるかを明らかするために，電磁信号の地殻中の伝播などについての研究を推進する必要がある。
  （イ）前駆現象検出のための試験観測
     底地殻変動観測については，キネマティックGPSによる船の測位を含めて，海底測位の短期間繰り返し精度として5cm程度を達成し（3.2.(2)(イ)参照），研究的要素を取り入れた試験観測の段階に進んだ。また，精密制御震源システム（アクロス）の開発を進め（3.2.(2)(ウ)参照），野島断層においてアクロス振動装置を15か月間連続運転し，P波とS波の速度変動をモニターした。
  （ウ）前駆現象の素過程に関する実験的・理論的研究
     実験室レベルで得られた構成則を大地震発生予測モデルの構築やシミュレーションに役立たせるために，震源核の定量的モデリングに関する研究が進められた。構成則を記述するパラメータが現実の地震発生領域における温度，封圧力，間隙水圧などの環境要因にどのように依存するかが定量的に明らかになり，更に摩擦すべり破損と岩体の破壊を統一的に説明するようなスケーリング則が提唱された。また，大型剪断試験機を用いた固着すべり実験によって，アスペリティーの相互作用の多様性が分かってきた。
   高速・多チャンネルのAE及び歪計測システムや，岩石内部の破壊面の形状を，X線CTを用いて可視化する手法などの開発を行った。巨視的破壊面形成の様々な段階における岩石試料を回収し，発生した破壊面やクラックの分布を詳しく調べることにより，岩石試料が動的に破壊する前に破壊面が準静的に拡大する過程が存在すること，及びその過程におけるAE活動の特徴を明らかにした。
   また，折れ曲がりのある断層を持つ大型岩石試料を用いた摩擦すべり実験を実施し，発生する不安定すべりがマルチプルイベントになること，サブイベントの発生時間間隔が速度と状態に依存する摩擦法則で説明できることを明らかにした。さらに，これまでに提唱された摩擦法則を検討し，実験結果をより良く説明する新しい摩擦法則を提案した。
   能動的に高周波数弾性波を照射する大型試料のすべり実験において，断層面を透過する波動（振幅・位相）が変化するようすが観察できるようになり，実験室レベルでは，破壊核の形成過程がモニタ－できる可能性が示された。しかし，実際の震源域で応用する段階には至っていない。
   南アフリカ金鉱山において，自然地震研究のための百～千mというフィールドスケールでの大規模実験を行った。震源距離100mにおける加速度波形データから，M2の地震発生の２日前から応力低下が検出された。


  （４）地震時及び地震直後の震源過程と強震動
  （ア）断層面の不均質性に関する研究
     古い地震記象の解析により過去の大地震のアスペリティー分布を求めた。これをGPSデータから推定される非地震性すべり分布と比較することによって，アスペリティーと非地震性すべり域とは空間的に相補的であることが明らかになってきた。三陸沖の地震については，「個々のアスペリティーが単独で動けばM7クラス，複数が連動するとM8クラスの地震」という特徴が得られた。またアスペリティーでの地震モーメント解放量はプレートの相対運動から推定されるモーメント蓄積量とほぼ同程度だということが分かった。1944年の東南海地震では，熊野灘を中心に長さ百数十kmにわたるアスペリティーが得られた。また，フィリピン海プレート内地震で起こった芸予地震のアスペリティサイズは，地殻内地震のそれに比べて相対的に小さく，応力降下量が高いことも明らかにした。
  （イ）震源域における強震動の予測に関する研究
     上述のように，大地震発生域におけるアスペリティー分布が得られつつあることは強震動の発生源を特定するという意味で極めて重要な成果である。この情報に加え，地殻上部の不均質性が強震動生成に及ぼす影響を調べるため，シミュレーション手法の高度化が行われた。また台湾・集集地震の長周期地震動モデリングを通して，震源及び地殻上部から堆積層の長周期地震動への影響も調べられた。さらに，特定の活断層に起因する地震の震源のモデル化，及び震源からサイトまでの波動伝播特性の評価に基づいて，シナリオ地震に対する強震動予測手法を構築した。 観測網の構築に関しては強震ネット，KiK-netの整備に加え，全国６大都市圏の拠点大学に強震動総合観測ネットワークシステムが整備された。これにより自治体等の強震計・震度計観測網の波形データも大学に収集するシステムができた。また，気象庁においても，1997年４月以降について，気象庁震度計波形データをCD-ROMにより提供できる体制を整えた。
   都市域においては精細な地盤構造が求められつつあり，実用的な強震動予測の環境が整いつつあるが，内陸活断層のアスペリティーに関する研究の進展は遅れている。


  （５）近年発生した地震に関する観測研究
  （ア）1999年トルコ・イズミット地震（Ms7.4）
     トルコ北部を東西約1,200kmにわたって連なる北アナトリア断層帯では，大地震の間欠的連動性と移動性が見られる。このことと，地震空白域の同定により，北アナトリア断層帯西部域で近い将来大地震が発生する可能性が高いと指摘されていた。また，この地域に展開していた日本－トルコ合同微小地震観測網により，この地震の震源近傍で頻発していた群発地震活動も観測されていた。そして1999年８月，想定されていた領域で大地震が発生した。本震の強震波形から，この地震の震源過程が推定されており，破壊域の長さや断層面上でのすべり量分布などが得られた。破壊がS波速度を超える速度で伝播した可能性も指摘されている。地震発生直後から実施された余震観測からは，断層に沿う線状の余震分布が得られ，アスペリティー周辺部で余震が多いなどの特徴が明らかになった。さらに，日本－トルコ合同地震断層調査の結果，この地震に伴う地震断層の詳細なセグメント構造が明らかになった。
   イズミット地震の震源域を横切る測線で，地震発生前から実施し，地震後も続行した比抵抗探査からは，震源近傍は高比抵抗領域であり，余震もこの領域に発生していることが分かった。また，西部の余震活動ギャップ域では逆に比抵抗が低いことも明らかになった。ただし，比抵抗構造とVp/Vs構造との対応は今のところ明らかではない。
  （イ）1999年台湾・集集地震（Ms7.7）
     地形調査・余震観測のデータ解析によって，1999年台湾大地震の発生が，ユーラシアプレートとフィリピン海プレートの衝突域にできたすべり面とそこから立ち上がるすべり面の形状に支配されていたことが分かった。現在進めている活断層研究手法を用い，この地震の位置・規模・発生時期がどの程度予測可能であったかの検証を行った結果，発生位置はほぼ予測どおりであることが判明した。
   高密度の観測網で得られた強震波形から震源過程が推定され，曲がった断層面のモデル化が必要であることが指摘された。
  （ウ）2000年鳥取県西部地震（M7.3）
     この地震は歪レートが小さく活断層も認められていなかった所で発生した。本震の破壊域では1989年以来，M5クラスの地震が断続的に発生していたことも特徴的である。一方，GEONETの完成後，Hi-netやKiK-netも完成した直後に発生した大地震であり，速やかに地震断層面が決定され，ほぼリアルタイムで余震分布も求められた。さらに，初期破壊を含む詳しい本震の破壊過程が求められた結果，先行した地震活動域を取り巻くように破壊が進展していったことも明らかにされた。世界的に見ても，このように整った観測体制で大地震をとらえたのは初めてである。
   破壊開始点直下の深さ30km付近では深部低周波地震が発生していたこと，また破壊域の直下に低比抵抗域が存在することが定常観測及び臨時観測により判明した。これらは流体の存在を強く示唆するものであり，これの検証並びに本震破壊過程と地殻構造解明のため，本震直後から大学を中心とした大規模な地殻構造探査が行われた。本震の大きなすべりは地震波速度の遅いところを選んで進行していったことも分かった。流体の供給源として考えられる深部構造の検証は，これまでの観測では不十分である。

1.3.  今後の展望

  （定常的な広域地殻活動）
     日本列島周辺の大局的なプレート運動の枠組みは解明されたが，西南日本と東北日本が別のプレートに属する場合，その境界はどうなっているか，伊豆マイクロプレートの存在とその東海地震の発生過程に関する役割，新潟から神戸にかけての歪集中帯の実体，プレート内部変形の問題の解明が今後の課題である。
   陸上におけるGPS観測は，プレート境界におけるカップリング強度の空間分布を明らかにする上で極めて有効であるが，数十kmより小さなスケールの空間変化に関しては，陸上観測のデータだけでは十分な分解能で推定できていない。相似地震による推定手法は空間分解能を上げることが可能であり，今後の進展が期待される。
   これらの陸上からの推定を評価し空間分解能を上げるためには，海底における観測を強化する必要がある。これによってプレート境界における固着－すべり現象の実態の解明が飛躍的に進展するものと期待される。また，サイレント地震の発見により，プレート境界における固着－すべり現象には，地震すべり，定常的な非地震性すべり以外に，間欠的な非地震性すべりがあることが分かってきた。サイレント地震や津波地震の空間分布の特性を明らかにすること，及び，それらは更に加速して通常の大地震に発展する可能性があるのかどうかについて明らかにすることが今後の重要な課題である。
   カップリングの空間変化の研究においても大きな進展があった。この原因を解明するために，各種の探査等を更に進めるとともに，精度の高いS波速度構造の推定など，それぞれの手法を高度化することが必要であろう。これにより，プレート境界及びその周辺の物質と物性，その構造や状態を明らかにして，カップリングの強さを決める要因を解明することが期待される。
   これまで，微小地震観測網はプレートの形状やその不均質構造の解明に大きく貢献してきた。このような定常的観測と機動的高密度観測を組み合わせることによって，プレートのより詳細な構造が明らかになるであろう。高精度の震源データの蓄積に加え，変換波などの後続波を詳しく解析することによって，スラブ上面の位置・形状などの推定精度を上げることが可能である。また，発震機構分布に時間軸を加え，GPS観測データから推定されている非地震性すべりや規模の大きな地震の震源過程などの結果と有機的に結合し，スラブ内応力場のモデル化やプレート間カップリングの研究を進めていくことが必要である。
   陸域については同一のフィールドにおいて多面的な研究が実施されるようになり，これまでと比べて格段に精度の高い島弧地殻の不均質性が明らかになった。また，海陸合同構造探査の技術が確立したことも大きな進展である。このような研究の連携は，地震発生の背景となる複雑な島弧地殻の不均質構造解明に必要不可欠であり，電磁気学的研究等のいろいろな手法も合わせて今後とも推進すべきである。西南日本においては，海溝から四国下までの地震波速度構造解明については大きく進展したが，海溝から背弧側までの全体像を得るに至ってはいない。さらに，九州下のプレート沈み込み及び島弧地殻についても，まだ不明の点が残されている。地殻内不均質構造と地殻活動の関係，特に不均質構造と応力蓄積過程との関係については，いまだ十分な進展を見ていない。これまでに得られた制御震源及び自然地震データによる地震波速度構造，比抵抗構造，重力異常，反射面や散乱体の分布や低周波地震の震源分布を，岩石物性や流体の分布に関係付けて統一的に説明することが必要であろう。
   地震の発生予測は，過去に発生した事例の解析がそのベースとなっている。その意味において，活断層調査や古文書・津波の調査に基づく地震発生の繰り返しの規則性と複雑性に関する研究は，今後も重点的に進めるべき重要な課題である。プレート境界におけるアスペリティーの連動性が重要であるのと同様に，活断層のセグメントの連動性という問題は，大地震の規模推定のために大変重要である。
  （準備過程における地殻活動）
     プレート境界においては，非地震性すべりの蓄積によりアスペリティーに応力が集中し地震に至るというアスペリティーモデルが提唱された。この仮説を検証するための観測研究が今後の重要な課題となる。アスペリティーと非地震性すべり域の境界付近の構造と挙動を詳細に調べることにより，アスペリティーの実体とそれらの連動破壊が何に規定されるかを解明することが重要である。
   三陸沖では破壊の開始点が海溝側に位置することが多く，また前駆的な活動も海溝側から始まることが多いので，海溝周辺における海底地殻変動観測を強化し，陸上の GPS観測では把握することが困難な，海溝付近のゆっくりとしたすべりを検証することが重要である。
   プレート境界では，間欠的な非地震性すべりが頻繁に発生している可能性が高い。これらの非地震性すべりが大地震発生に結び付くか否かの判断は極めて重要である。この非地震性すべりの発生機構が明らかになれば，直前過程の解明にも有効となるだろう。 内陸地震の応力蓄積過程については，東北地方では大局的な機構が見えつつあるが，他の地域でも同様の解析を行い，統一的なモデルを構築することが重要である。また，モデルが構築されたとしても，それを GPS等による歪レート観測のみから検証することは困難であり，応力測定を精力的に行うことが必要である。新潟から近畿に至る歪集中帯が，来るべき大地震に関連するのか否かの解明も急務である。
   断層の微細構造と流体の問題については，東北地方についてはかなり分かってきているが，他の地域でも研究を推進する必要がある。また，電磁気学的構造と地震学的構造を統一的に説明するモデルの構築も重要である。
   さらに，西南日本で発見された多数の低周波微動は，火山や大地震震源域周辺の深部低周波地震と同様に，流体の移動で統一的に説明できる可能性がある。これが実現できれば，地殻流体に関する理解は急速に深まることになり，地震の発生や火山の噴火を理解するために極めて重要である。
   また，断層周辺の応力の情報は断層が弱面か否かの判定において決定的に重要である。断層のモデルを構築するために，今後も断層周辺の構造推定と応力測定を推進する必要がある。
  （地震時及び地震直後の震源過程と強震動）
     震源過程を詳しく調べることにより，アスペリティーや，それに関連した応力変化が得られる。この応力変化は地震発生直前の応力・強度分布に関係している。地殻不均質構造の影響を考慮するなど，震源過程の解析手法の高度化を図り，応力の情報を抽出することが重要である。
   強震動記録の解析結果から得られたアスペリティー分布は，地震発生及び強震動の予測にとって極めて重要な意味を持つ。プレート境界については，アスペリティーの空間分布の全容を明らかにすることが急務である。内陸の地震についても，アスペリティーの位置，深さ分布，非地震性すべり域の関係に焦点を当てて研究を進める。
   アスペリティーの実体を解明するためには，今後，テストフィールドを設定し，強震動記録解析と，構造探査，地殻変動解析，数値シミュレーション等を総合的に推進する必要がある。
   一方，強震動の予測の精度を向上させるためには，不均質構造の影響についても研究を進める。地下構造データの収集については，人工地震探査のみならず強震計ネットワークのデータを積極的に活用していく。強震動予測シミュレーターに必要な要素技術の開発が進んだので，今後は，震源過程，破壊の開始点とアスペリティー分布，震源断層の形状，３次元地殻不均質構造，表層地盤構造等を考慮した統合シミュレーターとして組み上げることにより，地震災害軽減に寄与することが期待できる。


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２．地殻活動モニタリングシステム高度化のための観測研究の推進

2.1.  目的

     建議で設定された研究目的は以下のとおりである。
   現在進められつつある基盤的調査観測を軸に，関係各機関により運用されている既存の調査観測システムを高度化し，有機的に連携させ，あるいは必要な機能を追加し，全体として，列島規模で地殻の活動状況を高度に把握診断することを可能とする「広域地殻活動モニタリングシステム」を整備する。そのために，既存の観測網を高度化し，必要な新しい観測網を構築し，それらを統合することを目指す。この観測システムから生み出されるデータの迅速な処理・解析及び広範な有効活用を図るため，データ処理・流通体制の整備を行う。また，広域地殻変動観測，広域地震観測，活断層調査・古地震調査なども実施する。地殻内の応力変化，温度変化，流体移動を検出するために，地球電磁気観測，地磁気測量及び重力測量，地下水・地球化学観測を実施する。活断層に関しては，深部までの構造を調査し，活動度・断層長などの詳細を解明する。
   東海・南関東とその周辺地域で，観測体制やデータのリアルタイム処理・解析能力を更に強化する。特に東海地域で，予知の可能性や確度を一層高めるため，常時監視機能の充実を図る。東海地域は，プレート間カップリング域が陸地の下にまで及び，震源域とその周辺の状態変化を陸域の観測網でも捕えることができる特殊な条件下にあるので，プレート間固着状態の変化の捕捉などを目指す。また，群発地震の発生地域，地震活動に顕著な活発化や静穏化が現われて観測強化の必要性が認められる地域等において，地震，地殻変動，電磁気現象，地下水等に関する多点・多項目観測を実施し，地震発生の準備過程や直前過程をモニターする手法を開発するとともに，必要な「特定域地殻活動モニタリングシステム」の構築を図る。

2.2.  成果

  （１）広域地殻活動モニタリングシステム
  （ア）広域地殻変動観測
     日本列島の広域地殻歪の時空間変動は，国土地理院によって全国に設置された電子基準点等のGPS連続観測によって常時監視されている。この観測により，間欠的な非地震性すべりが検出された。さらに，伊豆半島，伊豆諸島で発生した中規模地震，群発地震に伴う地殻変動が観測された。特に，平成12年６月から始まった三宅島－新島・神津島近海の群発地震活動では，南関東や東海地方にまで及ぶ広域地殻歪の変動がモニターされ，断層運動とマグマの貫入を取り入れた定量的物理モデルによってこれらの変動が解釈された。平成12年10月の鳥取県西部地震では，GPS連続観測によって得られた地殻変動データから，地震発生直後に震源断層モデルが推定された。
   国土地理院は，電子基準点間を補うため，GPSによる基準点の繰り返し観測（高度基準点測量）を実施した。さらに，GPS連続観測では十分な精度が得られない地殻の上下変動を監視するために，全国の約20,000?Hの水準路線を対象に約10年周期で繰り返し水準測量を実施した。平成12年度には，日本列島100年間の地殻上下変動を計算し，改測時ごとの地殻変動とともに，日本列島の長期的な地殻上下変動を解析する上で重要なデータを提供した。さらに，25か所での定常潮位連続観測及び機動潮位連続観測により，上下変動データを提供した。
   海上保安庁水路部は，離島・岩礁等で定期的なGPS観測を実施して，相模湾周辺・伊豆諸島間及び同海域の海を隔てた地点間の地殻変動を検出した。また，航行援助施設として運用しているDGPS局28点からのデータを利用して地殻変動を検出した。さらに，潮位の連続観測を行い，平均水面等の変動を監視した。同時に，地殻変動の常時モニターのため，験潮所のテレメータ化を実現するとともに，験潮所にGPS受信機を設置した。海面水位の連続観測とデータの処理を行い，毎月の平均水面，毎年の平均水面を算出して地殻変動の監視を行った。平成12年６月26日の三宅島噴火活動開始時には，地盤の沈降に先立ち隆起が生じたことを示す観測データが，GPS及び験潮の両方で得られた。また，神津島の験潮所の年平均潮位からは，平成２年ごろから平成９年ごろにかけて，神津島が約50cm隆起していることが明らかとなっている。この隆起傾向を示す観測結果は，神津島における平成９年以降のGPS移動観測の結果と調和的であった。
   　気象庁は，全国の検潮所において地殻変動上下成分を含む潮位観測を継続して行った。そのうち，９か所の検潮所の遠隔自記検潮装置を更新し，より安定したデータの取得を可能とした。
  （イ）広域地震観測
     防災科学技術研究所は，基盤的調査観測として，高感度地震観測，強震観測，広帯域地震観測を実施している。ノイズを軽減するため，深さ100m以上の観測井に地震計を設置し，24ビットのデジタルデータとして流通を行っている。このような高精度，広ダイナミックレンジの観測データの流通が開始され，地震観測の基本的枠組みが達成されつつある。
   気象庁は，地震監視・情報提供体制の強化のため，平成10年度から，仙台，札幌，福岡，大阪の地震津波監視システム（ETOS）の改良更新を行った。南西諸島における地震検知・決定能力の向上を図るため，平成12年度までに当該地域に３か所の津波地震早期検知網型地震観測点の増設を行った。
   平成９年10月に，地震調査研究推進本部の方針に沿って，科学技術庁（現文部科学省）と気象庁が共同処理システムを整備し，気象庁の地震観測データと大学等関係研究機関の地震観測データとを統合して気象庁が震源決定を行う，「一元化処理」が開始された。さらに，防災科学技術研究所の高感度基盤的地震観測網(Hi-net)データの一元化処理への取り込みを，平成12年３月から，大阪及び福岡管内をはじめとし，その後順次，札幌及び仙台管内，東京管内で実施した。海洋科学技術センターは，高知県室戸岬沖及び北海道釧路沖に海底地震総合観測システムを設置した。海域における地震検知・震源決定能力の向上を図るため，ケーブル式海底地震計データも一元化処理に取り込まれた。
   Hi-netの整備と，データの一元化処理によって，全国的な地震活動の監視機能が格段に向上した。気象庁で震源の決められる地震数は，一元化処理開始以前の平成８年では毎月約3,000個であったのに対し，一元化処理開始後は毎月約6,000個になった。さらに，平成12年10月から大阪及び福岡管内でHi-netデータの正式運用を開始した後は，毎月約10,000個に及んでいる。平成12年の有珠山噴火活動に伴う地震活動，三宅島－新島・神津島近海の地震活動，鳥取県西部地震の余震活動による影響もあるが，データ処理能力が大幅に向上したと言える。また，決定された震源の精度も向上し，特に内陸の地殻内で発生する小・微小地震の線状分布や，クラスター分布が明瞭になった。こうした量的・質的に改善の図られた震源計算結果が，地震発生から２日以内に公開・共有可能となった。
   防災科学技術研究所による広帯域地震波形を用いたモーメントテンソル解析により，特に地震観測網の外側で発生する地震のメカニズム解の精度が向上した。
   気象庁は，データの一元化処理により，従来火山帯周辺では存在が知られていた地殻下部の低周波微小地震が，火山から離れた地域の地殻下部でも発生していることを示した。さらに，四国から東海地方にかけての地殻下部で，低周波微小地震が発生する帯状の領域が存在することを明らかにした。
   防災科学技術研究所は，Hi-netのデータを解析して，この領域に上記の低周波微小地震を含む低周波微動が帯状に分布していることを発見した。微動の振幅は非常に微弱で，従来では人工的又は気象等による雑微動ノイズとの判別が困難であったが，Hi-netによる高密度，高感度地震観測データのエンベロープ波形記録を注意深く解析することにより，その検出が可能となった。微動の継続時間が数日～２，３週間であること，微動源が10km/日程度の速度で移動すること，微動発生が周囲の地震発生と関係していることなどから，その発生には流体の関与が予想されており，海洋プレートの沈み込みによる流体の移動や内陸の地震発生機構の解明に寄与する重要な発見である。
   大学は，特定域における微小地震観測の整備に重点を置きつつも，広域観測にも不可欠な観測点については，基盤的調査観測に協力した。また，データの一元化処理を通して，広域地震活動の把握に貢献した。
   大学は，通信衛星による地震観測テレメータシステムを整備し，平成９年以降，それまでは困難であった機動的観測やデ－タ共同利用が行われるようになった。また，衛星配信システムによって，全国の研究者が全国デ－タをリアルタイムで共有することが可能になった。こうして，機動的な集中合同観測におけるデ－タの共同利用が極めて効果的に行われた。さらに，平成９年の衛星システム本格運用とほぼ同時に大学と気象庁とのデ－タ交換が開始され，ほぼ全国の気象庁観測網のデ－タが全国の大学の研究者によって利用できる体制が整えられた。平成13年現在，約800観測点のデ－タが研究者に配信されて，日本列島を一つの巨大な群列観測網に見立てた研究プロジェクトも可能になった。さらに平成14年度からは，地震調査研究推進本部の方針に沿って，すべてのデータが防災科学技術研究所に集まり配信されることとなるため，Hi-netの600点以上のデ－タも含め，約1,400点のデータが研究者によって利用できるようになる。
  （ウ）活断層調査・古地震調査
     産業技術総合研究所は，主要活断層の活動履歴調査として，近畿三角地帯に分布する活断層のトレンチ調査やボーリング調査を実施した。また，濃尾平野西部で反射法地震探査及びボーリング調査を行った。 山地・丘陵域及び平野縁辺部の活断層，伏在活断層及び内湾－沿岸海域の活断層の危険度調査を実施した。さらに，古地震による地震の再来確率と規模予測に関する研究では，北海道東部地域の湖沼において湖上ボーリングを実施し，また，紀伊水道の友ヶ島においてジオスライサーによる津波堆積物の調査を行った。
   　国土地理院は，活断層の詳細な位置把握等のため地形解析による調査を行った。「1:25,000都市圏活断層図」（1面の面積，約400km2）を平成９～10年度に11面，11～13年度に33面公表した。
   海上保安庁水路部は，比較的人口密度の高い，又は，活動度の高い断層が存在すると想定される沿岸域において，スパーカーを音源とする音波探査及び3.5kHzを使用した表層音波探査を実施し，沿岸海域の海底活断層を調査した。断層分布調査が終了した海域については，断層の活動履歴を明らかにするために，断層を挟んで堆積物の柱状試料を採取し，解析を行った。
   海上保安庁水路部は，マルチビーム音響測深機を用いた調査により，駿河湾から南海トラフ周辺において詳細な海底の活構造を明らかにした。また，銭洲海嶺の変動地形を対象として，マルチチャンネル反射法音波探査を実施し，銭洲海嶺南方に存在する活構造を明らかにした。
   産業技術総合研究所は，日本周辺海域の地質図を作成するために，海底地質調査を順次進め，駿河湾から遠州灘，日本海東縁北部及びオホーツク海の調査を実施した。また，南海トラフ及び日本海東縁海域において，活断層評価のためのマルチチャンネル音波探査データ及び地震発生頻度を明らかにするための地震性堆積物の取得を行った。
  （エ）地球電磁気観測等
     国土地理院は，国土地理院本院（つくば市），鹿野山・水沢両測地観測所，江刺観測場及び全国11か所に設置した地磁気連続観測施設において，地磁気絶対観測及び地磁気連続観測（全磁力，地磁気３成分）を実施し，鹿野山，水沢及び江刺のデータについてはホームページで公開した。また，全国の高度5,000ｍの航空磁気測量を実施し（昭和58年度～平成10年度），高度5,000ｍの航空磁気図を作成して研究機関に配布した。重力に関しては，大学と協力して，可搬性の高い絶対重力計の国内比較観測を実施した。また，絶対重力計及び相対重力計を用いて，全国の基準重力点等において繰り返し観測を実施した。全国の大学及び研究機関と連携して，日本のブーゲー異常余色立体陰影図を作成し，関係機関に提供した。また，日本のジオイドを重力手法により精密に決定した。御前崎では，絶対重力計により基準重力点の重力値の変化をとらえている。平成10年には，岩手山周辺において，岩手県内陸北部の地震前後で重力値の変化を検出した。
   気象庁は，柿岡，女満別，鹿屋，いわき，北浦，阿蘇山麓等において全磁力精密連続観測を行うとともに，大学等関係機関から提供される全国の地磁気永年変化データを一元的に収集・管理する体制を整えた。大学等関係機関に提供する基準値の精度向上のため，平成９年に柿岡及び女満別の地磁気変化観測装置の更新を行い，また，基準値提供体制の高度化等のため，平成11年に柿岡の地磁気観測総合処理装置の更新，平成13年に柿岡，女満別及び鹿屋の刻時装置の更新を行った。さらに，異常磁場変化の検出精度の向上に資するため，日本列島の地磁気標準磁場モデルを作成した。
   海上保安庁水路部は，地磁気連続観測を八丈水路観測所で実施した。精度0.1’又は1nTの精度で地磁気３成分（偏角，水平分力，鉛直分力）及び全磁力の時間平均値，地磁気擾乱指数，磁気嵐等特異現象等を記載している八丈水路観測所地磁気観測年報（各年）を作成し，公表した。また，伊豆大島（平成９年），三宅島（平成10年）で地磁気測量を行い，島内の地磁気偏角及び伏角の分布図を作成した。平成12年には，焼尻ほか全国10か所の測点において地磁気観測を行い，地磁気偏角等の絶対値を測定した。重力測量については，伊豆大島，三宅島，新島，神津島における各島内測点の経年変化を求めた。
  （オ）地殻構造調査
     産業技術総合研究所は，深谷断層及び立川断層の深部構造や延長部を確認するための反射法調査を行った。また，大阪湾断層に関するデータの解析・解釈を実施し，大阪湾断層の活動史を求めた。さらに，S波速度構造推定に関する反射法基礎実験を行い，最適な探査・解析技術の開発を行った。


  （２）特定域地殻活動モニタリングシステム
  （ア）東海及びその周辺地域
     気象庁は，平成９年度から12年度にかけて掛川，佐久間，浜北に３成分歪計を中心とする地殻岩石歪観測施設を増設するとともに，静岡県が春野，本川根に設置した同施設のデータについても県の協力を得て気象庁へのリアルタイム伝送を開始した。また，平成11年度からは国土地理院による東海地域のGPS解析結果の準リアルタイム分岐を132地点に増やすなどして，東海地域における地殻変動監視能力を向上させた。また，東海地域の体積歪計について，通常のデータ変動レベルの統計的調査を行い，時間階差ごとの検出可能な変化量を設定するとともに，想定震源域の断層面上に仮想的前駆すべりを置き，数値シミュレーションにより東海監視網の異常地殻変動検出能力の空間分布を調査した。それらの結果に基づき，平成10年４月に判定会招集要請基準を従来の約1/10に改訂し，より微弱な地殻変動の監視を行うことになった。
   産業技術総合研究所は，東海地域における地下水観測を継続して行っている。気象庁の数値シミュレーション結果に基づき，榛原・草薙の２点において予想される前駆的地下水変化を算出した。
   国土地理院は，掛川－御前崎間の上下変動を監視するため，従来年４回実施している水準測量に加え，25点のGPS連続観測局（高精度比高観測点）による連続観測を平成11年度より開始した。また，御前崎周辺において伸縮計・傾斜計・歪計による地殻変動連続観測を，東海及びその周辺地域において潮位差連続観測を引き続き実施している。
   防災科学技術研究所は，東海地域におけるフィリピン海プレート内及び上盤側地殻内の微小地震活動をモニターし続け，1990年代後半から発生回数などに変化が生じたことを見いだした。そのような変化はプレート間の固着状態の変動を反映しているのではないかと考えられている。また，平成12年度及び13年度に地震・傾斜・３成分歪計・GPSによる総合観測点２点を東海及びその周辺地域に建設し，既設の観測点と組み合わせることにより，ヒンジラインの動きをターゲットとする２本の地殻変動観測線を整備した。
   通信総合研究所は，南関東地域において宇宙測地技術等の統合による信頼性の高い首都圏広域地殻変動観測を行うことを目標に，VLBI定常観測，SLR観測を実施した。また，国際的に例のない最先端のリアルタイムVLBIシステムをNTTと共同開発し，平成12 年夏の伊豆諸島の活動観測においては地殻変動の迅速な把握に貢献した。
   大学は，気体交換モジュールを用いた地下水溶存ガス測定システムを開発し，御前崎，竜洋，鎌倉３観測点の５本の井戸に設置した。新システムの導入から１年程度しか経過していないが，その短期間の連続データから，溶存ガス組成が潮汐応答することを見付け，この種の測定が地殻活動監視に役立つことを示した。
  （イ）その他特定の地域
     大学及び関係機関は，飛騨山地などで地震，地殻変動，地下水等に関する観測を実施し，顕著な地殻活動のモニタリングを行った。特に，神津島・三宅島近海群発地震（2000年６月の三宅島噴火とそれに引き続く神津島東方海域の群発地震）に際して，気象庁と大学は協力して，衛星回線を利用した観測点を展開し，群発地震の推移を監視した。さらに大学は，ブイテレメータ式海底地震計による準リアルタイム観測と，自己浮上型海底地震計の繰り返し観測を中心とした観測研究によって，地震活動の推移を把握した。関係機関は，群発地震活動域の地殻構造調査，特に，貫入岩体（マグマ）の深度の推定を行い，地殻変動データ（GPS，重力），地球電磁気データ，温度データを統合して，三宅島，神津島，新島近海で進行しているマグマ活動と地震活動の即時的な推移把握と実態の解明に努めた。
   2000年（平成12年）鳥取県西部地震（M7.3）震源域では，大学及び関係機関の臨時地震観測，GPS機動連続観測，高度基準点測量及び地域基準点測量が行われ，震源域を含む断層地域での地殻活動が把握された。
   また，海外で発生した1999年トルコ・イズミット地震（Ms7.4），1999年台湾・集集地震（Ms7.7），2001年インド西部地震（Ms7.8）でも，機動的な地震観測，GPS観測，活断層調査，電磁気観測等が実施されて，大地震後の余効的地殻活動の推移が把握された。
   国土地理院は，跡津川断層等の活断層地域や伊豆半島東部など地殻活動の活発な地域において，光波測距儀による繰り返し観測を実施した。跡津川断層においては，横ずれの非地震性すべりと見られる変動が検出できた。伊豆半島東部（川奈，網代）における観測では，この地域に発生した群発地震と関連する地殻変動を検出した。
   産業技術総合研究所は，近畿及び中部地方の活断層周辺に地下水等の観測を行う観測網を整備し，平成10年に観測を開始した。一部の観測点では，地殻歪・GPS・地震の同時観測も実施している。

2.3.  今後の展望

  （定常的な広域地殻活動）
     これまで見てきたように，既存の調査観測システムを高度化し，新たに必要な機能を追加し，列島規模で地殻の活動状況を高度に把握診断することを可能とする「広域地殻活動モニタリングシステム」を整備する目標は，広域地殻変動観測，広域地震観測，活断層調査について国の基盤的調査観測の整備が進み，着実に進展してきた。さらに，この観測システムから生み出されるデータを迅速に処理・解析し，広く有効活用されるようにするためのデータ処理・流通体制の整備も順調に進んできた。GPSによる広域地殻変動観測システムは，列島規模で地表の変位場を統一的に把握するモニタリングシステムとしてほぼ目的を達成し，インターネットによるGPSデータの公開など，広域モニタリングに貢献している。地震観測に関しては，基盤的な高感度地震観測網（Hi-net），強震観測網，広帯域観測網が整備され，さらに，複数の機関の地震観測データが気象庁に集中され一元的に処理される体制が確立した。また，大学による通信衛星を利用したデータ流通システムに防災科学技術研究所の基盤的高感度地震観測データ，気象庁データ等も統合される仕組みも完成し，研究者がリアルタイムで広域の地震波形データを利用できる体制が確立した。
   今後は，GPS広域地殻変動観測システムと地震観測システムを含めた多様な観測データを有機的に統合して，地殻活動の全体像を把握できるシステムの構築を目指す必要がある。また，今後のモニタリングシステムの高度化に向けて，地震発生に至る地殻活動解明のための観測研究の成果と，地殻活動シミュレーションの成果を取り入れる必要がある。さらに，モニタリングシステムから生み出される膨大なデータが，地殻活動の常時監視を含め，様々な要請に対応する形で迅速に処理・解析され，広く有効活用されるよう，データ処理・流通体制の一層の整備が望まれる。


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３．地殻活動シミュレーション手法と観測技術の開発

3.1.  目的

     建議で設定された研究目的は以下のとおりである。
   地震予知におけるシミュレーション研究の目標は，隣接するプレート同士が複雑に相互作用する日本列島域の地殻活動シミュレーションモデルを構築し，広域GPS観測網や地震観測網等からの膨大な地殻活動データをリアルタイムで解析・同化することにより，プレート相対運動によって駆動されるテクトニック応力の蓄積から準静的な破壊核の形成を経て動的破壊の開始・伝播・停止に至る大地震発生過程の定量的予測を行うことにある。「新たな観測研究計画」では，“シミュレーションモデルの開発”と“データ基盤の整備とデータ解析・同化システムの開発”の２項目が取り上げられている。広域シミュレーションモデルの開発のために，基本データとしてGPS観測結果を用いた地殻変動シミュレーションモデルを構築し，このモデルによって数年後の地殻変形状況を実際に予測し，その精度評価を行うとともに，観測や実験へのフィードバックを目指す。特定域モデルとしては，常時的な観測網が整備された東海地域に焦点を絞り，モデルの構築を図る。このほか，実際に予測シミュレーターを構築するには，日本列島規模及び各地域規模で，地殻及び上部マントルの弾性的・粘弾性的構造と主要すべり面の３次元形状及びその特性をモデル化することが必要である。列島規模での応力蓄積過程のシミュレーションモデルは，数年程度の時間分解能で数百年間の変動を把握することを目標とし，３次元構造調査及び断層物性の実測等の観測・実験的な研究の進展と歩調を合わせて，開発を進める。またデータ基盤の整備とデータ解析・同化システムの開発のためには，地殻及び上部マントルの不均質構造，プレート境界及びプレート内主要活断層の３次元形状，地形，重力異常，地殻変動，地震活動等に関する情報を統一的形式で整理した総合データベースを列島規模で整備することと，常時観測網からのリアルタイムデータを解析・同化するシステムの開発も必要である。
   上記の目標を達成するために，全国の大学及び関係諸機関が連携・協力して，複数の要素モデルをシステム結合したプロトタイプの地殻活動統合シミュレーションモデルを構築する。一方，大学等を中心とする中小規模の研究グループがモデリング及びシミュレーション手法の高度化のための基礎研究を推進し，その成果を改良要素モデルとしてプロトタイプモデルに逐次組み込むことで，地殻活動統合シミュレーションモデルを継続的に改良・発展させていく必要がある。
   大地震発生の準備過程及び直前過程で起こる様々な現象を，物理的・化学的プロセスの理解を通して的確に把握するためには，計測技術の開発と高度化が欠かせない。プレート境界における固着状態の時空間変動の把握には海底地殻変動観測が重要であり，そのための技術の実用化，特にGPS-音響結合による海底測位技術の開発を目指す。内陸の歪集中場の変形様式を知るために，応力時間変化の測定法の開発が行われるべきである。地殻深部のクラックや地殻流体等の時空間変動をとらえるために，能動的に送信された弾性波及び電磁波により，地下の状態の時間変動をモニターする技術開発を推進する。また，近年の宇宙技術利用の飛躍的進展により，地殻変動検出手法が確立しつつあるが，より詳細に把握できるようにするために，様々な誤差要因を検討し観測精度を高めることが必要である。

3.2.  成果

  （１）地殻活動シミュレーション手法
  （ア）シミュレーションモデルの開発
     広域モデルとしては，日本列島域の３次元有限要素法モデルを構築し，プレート運動を外部境界条件としてGPS観測網データから推定される日本列島域の変位速度場を再現した。上記モデルを用いて，日本列島域の地殻及び上部マントルの３次元応力場を推定した。特定域モデルとしては，東海地域を対象として，プレート形状，媒質の粘弾性，不均質，プレート境界面での各種の摩擦則，沈み込み速度のゆらぎなどの基本的性質を取り込んだシミュレーションプログラムのプロトタイプを作成した。
   地震発生サイクル過程に関しては，強度回復メカニズムを内包する断層構成則を導入し，横ずれ型プレート境界での３次元準静的地震発生サイクルシミュレーションモデルを完成させた。動的地震破壊過程に関しては，半無限弾性体中の屈曲・分岐断層での動的破壊伝播の３次元シミュレーションモデルを開発し，準静的地震発生サイクルモデルとシステム結合することで，地震発生サイクルの全過程のシミュレーションに成功した。
   現実的な地殻活動シミュレーションを行うためには， 地殻内流体の挙動とその地震発生に対する力学的効果，断層間相互作用をモデルに組み込むことが不可欠である。そのため，余震の発生に流体が及ぼす影響について数値シミュレーションを行い，流体の効果を考慮することにより大森公式及びグーテンベルグ・リヒターの式が統一的に再現できることなどを示した。また 亀裂の動的な合体過程のシミュレーションを行い，断層間相互作用による断層成熟度の変化を取り扱えるようにした。内陸活断層の地震発生過程をモデル化するためには，特に下部地殻流動特性とプレート内応力の蓄積・解放過程のシミュレーション手法を高度化することが重要であり，異方的な流動特性を持つ粘弾性物体の力学的応答の定式化とそれに基づく数値計算アルゴリズムの開発を進めた。
  （イ）データ基盤の整備とデータ解析・同化システムの開発
     国土地理院は，地殻変動及び地震発生物理過程の解明に必要なデータベースを作成し，また離散的データから連続的地殻変動の時空間分布を推定する解析ソフトウェア，及び地殻変動データからプレート境界面のすべり履歴を推定するインバージョン解析ソフトウェアを作成した。防災科学技術研究所は，基盤的地震観測網データから得られたデータについては，リアルタイムでデータ処理を行うシステムを開発した。


  （２）観測技術
  （ア）宇宙技術利用の高度化
     近年の宇宙技術利用の飛躍的進展により，日本列島全域をほぼ均等に覆う画期的なGPS観測網が構築され，広域地殻変動の常時モニターが可能になるとともに，SARを利用する面的地殻変動検出手法が確立しつつある。また，SARについては，基本的な解析手法のめどを付け，地震時の地殻変動を把握できることを示した。地殻活動をより詳細に把握できるようにするためには，様々な誤差要因を検討し観測精度を高めることが必要である。本研究計画では，大気遅延量の解析システム，アンテナ位相特性や潮汐などを考慮した補正法の開発などにより，GPSの地殻変動計測精度を向上させた。
  （イ）海底計測技術の開発と高度化
     海溝沿いの巨大地震の準備過程や直前過程の解明のためには，震源域に近づいた観測が必要不可欠であり，海底及び海底のボアホール中での観測が非常に重要である。また，海底にも陸上とつながるGPS観測網が確立されれば，プレート沈み込み帯における固着状態や非地震性すべりなどに関する革新的な知識が得られるに違いない。本実施計画では，キネマティックGPSによる船の測位を含めて，海底測位の短期間繰り返し精度として5cm程度を達成した。また，マルチビーム音響測深機を利用した開口合成手法により，海底の変動差を検出する解析手法の研究開発を行った。特に開口長の改善によって，送波ファンビームの指向幅を飛躍的に向上させた。そのほか，海底設置型傾斜計，レーザー干渉計を用いたボアホール海底傾斜計，海底孔内設置型体積歪計，海底観測通信ブイ，海底重力・圧力計，海底電位磁力計，広帯域海底地震計が開発され，多くの項目で目標とする測定精度が達成でき，研究的要素を取り入れた試験観測の段階に進んだ。
  （ウ）地殻深部における計測技術の開発と高度化
     深いボアホールを利用した歪・応力計測，電場・磁場・比抵抗計測の技術開発と実用化を推進してきた。深いボアホールを用いることは震源核に近づくだけでなく，降雨・震動などのノイズの多い地表から離れてSN比の高いデータを得るという点でも重要な技術である。本実施計画において，インテリジェント型歪計による深さ300-500mにおける応力測定が可能になった。また，比抵抗不均質構造の時間変化検出のために新たな手法を開発し，地下比抵抗測定のSN比を飛躍的に高めることができた。
   精密制御震源システム（アクロス）の開発を進めてきた。これは従来の技術よりはるかに高い分解能で地下構造，特に地震波伝播構造の時間変動を連続してモニターすることを目的としている。本実施計画において，アクロス振動装置による基礎実験を行い，コヒーレント弾性波を用いた地下構造解明のための理論的な波動発生効率を解明した。また，野島断層において，アクロス振動装置を15か月間連続運転し，P波とS波の速度変動をモニターした。

3.3.  今後の展望

  （定常的な広域地殻活動）
     今後，要素モデルをプラットフォームを介してシステム結合することにより，大規模並列シミュレーションシステムを超高速並列計算機「地球シミュレータ」上に組み上げる予定である。このシミュレーションシステムは，プレート相対運動に伴う日本列島域の地殻変動，及びプレート境界でのカップリングによるテクトニック応力の蓄積から準静的な破壊核の形成を経て動的破壊に至る大地震発生サイクル全過程の定量的な予測を目的としており，地震予知研究に果たす役割は，それが日本列島域の地殻活動予測の全体的枠組みを与えるものであるという意味において極めて大きい。プロトタイプの地殻活動統合シミュレーションモデルを地震予知への応用に向けて発展させていくためには，大学等の研究グループが中心となって，モデリング及びシミュレーション手法の高度化のための基礎研究を推進していく必要がある。
   GPS観測技術については，データベースを拡張し幅広い研究者へ利用できるものとすること，準リアルタイム解析において精密解との一致を目指して精度を改善すること，リアルタイム化を推進するためのシステムの開発・拡充などを進める必要がある。SARによる地殻変動検出については，他の測地技術や気象データと統一的に解析する手法の開発を進めることが重要である。
   海底地殻変動観測については，解析精度の向上など有効性が確立されてきたが，船上におけるキネマティックGPS測位や音響測距技術の一層の高度化を図るとともに，観測海域の拡充を進めることが重要である。
   精密制御震源システムについては，震源関数のモデル化，送信及び受信側のアレイの手法開発を進めることにより，S波に敏感な地下の流体分布の変動など新しい知見が得られることが期待される。


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４．計画推進のための体制の整備

4.1. 実施状況及び成果

     国の基盤的調査観測計画により，全国に高密度の地震観測網・GPS観測網が整備されてきた。これは世界でもトップレベルの観測網であり，従来知られていなかった地殻底部に発生する低周波微動やプレート境界面における間欠的な非地震性すべりを検出するなど，まだ整備途上にもかかわらず，既に際立った成果を生み出している。これにより，地震予知研究の基本となる地殻活動モニタリングシステムを構築するための基盤が整備されたと言えよう。また，データ公開・流通のためのシステム整備がなされ，これにより高感度地震観測データの一元化処理が始まるなど，業務機関と大学等の研究機関がそれぞれの機能に応じて適切な役割分担と連携・協力を行う体制を構築するための道筋が付けられた。
   気象庁では，大学や防災科学技術研究所等の関係研究機関の地震観測データも取り入れて統合処理解析を行う一元化処理を的確に遂行すべく必要な要員を新たに配置した。さらに，東海地震監視体制強化のために評価解析官などの担当官を配置するなど，組織の整備強化を図った。
   防災科学技術研究所では，基盤的調査観測計画に基づいて，全国に15～20km間隔の高感度地震・強震観測網，100km間隔の広帯域地震観測網の整備を行った。 　国土地理院では，基盤的調査観測計画に基づき，電子基準点等のGPS連続観測局を用いて全国に20～25km間隔のGPS連続観測網を構築した。また，地理地殻活動研究センターを新たに置き，地殻変動等に関する研究体制の整備を図った。
   地質調査所は，独立行政法人化に伴い産業技術総合研究所に統合された。その中に活断層研究センターや地球科学情報研究部門等の部門が新たに置かれ，組織の整備を図った。
   海上保安庁水路部では，海底地殻変動観測手法の開発を行ってきたが，平成11年度から釜石沖や三宅島西方沖など７海域に海底基準点を順次設置し，繰り返し観測を開始した。また，地震調査官や海底地殻変動観測の担当官を新たに配置するなど，海域における調査・観測体制の整備を図った。
   大学は基盤的観測網を活用しつつ，研究的調査観測，手法開発のための試験観測や次代を担う研究者育成などの人材養成を分担することが求められているが，平成12年度に九州大学に地震火山観測研究センターが新設された。これにより，既に設置されている北海道大学地震火山観測研究センター，東北大学地震・噴火予知研究観測センター，東京大学地震研究所地震地殻変動観測センター，名古屋大学地震火山観測研究センター，京都大学防災研究所地震予知研究センターと合わせ，全国各地域にこれらの役割を果たす拠点となる地域センターが整備された。
   大学における観測研究体制については，平成10年８月の建議において，「全国共同利用研究所と各センター等で構成されるネットワークの強化」と「関連研究者が広く参加すること」の重要性が指摘されたことを背景に，地震予知研究協議会が平成12年４月１日に新体制として発足した。新しい協議会には，地震予知研究の計画と立案を機能的に行うために企画部と計画推進部会が置かれ，さらに，建議に述べられた「外部の研究者を含めた評価体制の確立」のために，研究計画の進捗状況と結果の評価を行う外部評価委員会が設置された。企画部は，地震予知研究の全体計画をまとめるとともに，大地震発生時の緊急対応を行っている。計画推進部会は，研究課題ごとの実行計画を立てその推進に当たっているが，推進部会には大学に加えて関連機関の研究者も参加し，地震予知研究推進のために，大学と関係機関の密接な協力，連携が図られている。
   また，地震予知連絡会において，大学や関係各機関の地震予知研究に関する情報交換や学術的意見交換が行われ，そこでの討議を通じて，関係各機関の観測研究の進展に貢献している。
   第７次までの予知計画によって整備されてきた下記の事項については，本研究計画においても以下のような進展が図られた。


  （１）地震に関する各種資料の広範な活用と保存
     基盤的調査観測計画に基づく高密度地震，GPS観測網については，防災科学技術研究所，国土地理院等においてデータ公開・流通のシステムの整備が進み，広範囲な活用がなされつつある。また，「地震予知計画発足以前のものも含め，地震予知に関する各種の資料のデータベース化」については，まだすべての研究者が容易にアクセスできる状況にはなっていないものの，「地震調査研究推進本部」の下で，その道筋が付けられたところである。また，大学においては過去の観測データの広範囲な活用のための方策の検討が始まった。
  （２）人材の養成と確保
     国土地理院においては地理地殻活動研究センターの設置，気象庁においては高感度地震観測データの一元化処理による監視体制の強化が図られるなど，地震予知にかかわる新たな要員の配置により人材の確保がなされた。特に，東海地震監視体制強化のために，気象庁にはGPS担当官，監視・予知業務のための評価解析官及び担当官が配置された。
   また，防災科学技術研究所には全国に整備された高感度地震観測施設，広帯域地震観測施設，強震観測施設から得られるデータの収集・処理や提供を行う防災研究情報センターが新たに設置され，また，法人化に伴う組織改編で，産業技術総合研究所においては，活断層研究センターや地球科学情報研究部門内の地震地下水・地震発生過程・実験地震学研究グループなど，目的を明示した研究グループが体系化され，組織としての研究目標が外部から見ても明らかになると同時に人員も強化された。
  （３）火山噴火予知研究との連携
     火山活動に関連する噴火に至る過程の研究においては，噴火予知研究との連携が随時取られてきた。その幾つかの例を挙げると以下のようである。
  ・ 神津島東方海域での群発地震と三宅島噴火に際しては，海底地震観測等において，火山噴火予知研究との連携の下に観測実施を図り成果をあげた。
  ・ 岩手山の活動においても，周辺域の地震学的構造探査や水準測量等を同様の連携の下に実施し，火山深部や周辺を含む広域の調査研究が進められた。
  （４）国際協力の推進
     総合プロジェクトとしての地震予知研究計画を推進するために国全体として組織化された国際協力の体制は実現していないものの，北アナトリア断層（トルコ）や（集集地震に関連する）台湾，南サハリンなどがその例であるように，個別的な課題においては共同研究が推進された。また，気象庁はフィリピンやカザフスタンに技術協力による専門家派遣や地震観測網構築の支援を行うとともに，韓国との共同研究により両国隣接域の震源決定精度の向上や日本海の歴史津波・地震資料の再評価を行った。さらに，国際地震センター(ISC)や包括的核実験禁止条約(CTBT)の遵守監視のためデータの提供や職員の派遣を行っている。

4.2.  今後の展望

     総合プロジェクトとしての本計画の課題を達成するためには，基盤的観測網を主体とする全国規模の定常的な調査観測と，それらのデータを活用しつつより焦点を絞った研究的な調査観測，及び得られたデータを地震発生予測につなげるモデリング研究を，一体として組織的に推進する必要がある。そのためには，計画遂行を担う各大学及び関係機関が，それぞれの機能に応じて適切に役割分担をするとともに，密接な連携・協力を図ることが求められる。
   全国規模の定常的な調査観測については，国の基盤的調査観測計画により，全国に地震やGPSの高密度の観測網が整備され，本計画を推進する上で重要な基盤が作られつつある。今後，一層の整備が期待される。
   基盤的観測網の整備が進められてきたことにより，各大学及び関係機関が役割分担と連携・協力を適切に実施するための体制が整えられた。大学の高感度地震観測網については，準基盤観測点として基盤的観測網の構築に協力しているが，基盤的観測網の更なる整備によって，大学が本来担うべき研究的な調査観測へ一層重点を移すことが期待される。
   大学における観測研究体制については，地震予知研究協議会が新たな体制として発足し，計画全体を組織的に推進する体制が整えられた。大学は基盤的観測網を活用しつつ，重点地域での研究的調査観測，手法開発のための試験観測や次代を担う研究者育成などの人材養成を分担するため，全国共同利用研究所と各センターの連携を強化する体制が，この地震予知研究協議会を中心として整えられてきたが，今後は大学の法人化への対応も含めて，連携機能の一層の整備が必要とされる。また，計画推進部会を通して進められてきた関係各機関との連携を更に密接なものとするため，今後，大学と関係各機関で協力し，研究計画全体を組織的に推進する体制の更なる整備が検討課題として残されている。
   国立大学の法人化に伴い，各大学の地震観測研究センターにおいては，教育と人材養成の機能を確保しつつ，地震予知研究に関する各種資料の広範な活用方策を更に推進する必要がある。また，複雑で多岐にわたる地震現象にかかわる情報を収集し地球規模での理解を一層深めるため，諸外国との共同研究を推進することが期待される。
   なお，地震調査研究推進本部の発足により，地震調査委員会が地震に関する調査結果等の収集，整理，分析，並びにこれに基づく総合的な評価を行うようになったため，現在地震予知連絡会は，これと類似した地震予知に関する総合的な判断を行っていない。しかし，地震予知連絡会は，大学や関係各機関の地震予知研究に関する情報交換や学術的意見交換の場として重要であり，今後一層その役割を明確にして，その機能を果たしていく必要がある。また，これに関連し，地震調査研究推進本部等により行政的に観測体制の整備が進んでいることや平成16年度に向けて地震動予測地図が作成されつつある現状を踏まえて，第二次地震予知計画に基づいて同連絡会が設定した特定観測地域については，その在り方を検討する必要がある。


（研究開発局地震調査研究課）

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