3．地殻活動シミュレーション手法と観測技術の開発　（2）観測技術

機関名略称：
国土地理院→地理院
防災科学研究所→防災科研
産業技術総合研究所→産総研
海上保安庁水路部→水路部
通信総合研究所→通総研

（2．1）具体的目標

（ア）宇宙技術利用の高度化
（イ）海底計測技術の開発と高度化
　（a）海底設置型傾斜計の実用化を行う。
　（b）レーザー干渉計を用いたボアホール海底傾斜計を開発する。
　（c）海底孔内設置型体積歪計の実用化を行う。
　（d）海底観測通信ブイの実用化を行う。
　（e）海底重力・圧力計の実用化を行う。
　（f）音響信号を利用した海底測距計の高度化を図る。
　（g）水深6000mまでの海底で1HzからDC帯域の電場変化と磁場変化を観測可能とする海底電位磁力計を開発する。
　（h）船上－海底間で行う海底測位を、海底局を固定した観測（連続観測）の段階にまで進め、精度・分解能等の検証を行う。
　（i）海面－海底間で行う音響測距技術の実用化を行う。
　（j）音響測距方式以外の海底地殻変動観測手法の開発を行う。
（ウ）地殻深部における計測技術の開発と高度化
　（a）ボアホール深部での繰り返し応力測定技術を確立する。
　（b）ボアホールを用いた比抵抗不均質構造の時間変化検出技術の開発を行う。
　（c）精密制御震源及び地震計アレイを用いた地震波伝播不均質構造の時間変化検出技術を確立する。特に調和振動を用いた散乱・反射特性の時間変動モニター技術を確立する。

（2．2）実施状況

（ア）宇宙技術利用の高度化

• 火山噴火や前線接近による大気遅延により、GPSの解析結果に系統的な誤差が生じることを示した。（大学、防災科研、産総研）
• 電子基準点等で構成されるGPS連続観測網から得られる大気遅延量をデータベース化し、大気遅延量推定用の準リアルタイム解析システムを完成した。（地理院）
• GPS観測におけるアンテナ位相特性やマルチパスなどの影響を評価し、新しく構築した位相モデルによって解析結果が大きく改善することを示した。また、解析における観測網の組み方による影響を突き止め、誤差を低減する方法を開発した。更に基線解析から海洋潮汐荷重のシグナルをとらえることに成功し、最新の海洋潮汐荷重変形モデルを適用することによって大部分の分潮について補正されることが分かった。また、地殻変動監視用の準リアルタイム解析システムを開発し、平成12年度から東海地域についての3時間毎の解析結果を気象庁に提供している。（地理院）
• 干渉SARの大きな誤差要因である鉛直方向の水蒸気変化の補正法と、干渉画像のコヒーレンスを向上させる高精度画像マッチング法を開発した。（地理院）
• 航空機SARについて、インターフェロメトリやポラリメトリによる地形変動の定量的な変化や地表状況の把握に関して、基本的な解析手法のめどをつけ、火山観測から基本的なデータ処理までの手法をほぼ確立した。また、VLBI、SLR、GPSの観測座標、速度ベクトル等の比較を行い、整合性を確認した。これらの結果が、国際基準座標系にも寄与するため、システム間の測量結果をIERS（国際地球回転事業）に提供した。（通総研）
• カップリングの比較的短期の時間変化に伴うスローイベントの検知・解析を目指して、高サンプリングGPSの開発を行い観測を開始した。今後、サイレントやスローなイベントが発生した場合、その解明に役立てられると期待される。（大学）

（イ）海底諸観測技術

（a）海底設置型傾斜計の実用化を行う。

• 最少分解能10ナノラジアンの精度を持つ自己浮上式海底傾斜計を開発し、浅い海底でほぼ3－5マイクロラジアンの潮汐変動を計測することができた。現在、温度変化の影響を受けにくい1400m水深の相模湾海底での観測を実施中である。（大学：ほかのプロジェクトとも共同）

（b）レーザー干渉計を用いたボアホール海底傾斜計を開発する。

• レーザー干渉計と光ファイバーリンクを組み合わせ、高温環境下の深層ボアホールでも観測可能な海底傾斜計を開発した。陸上ボアホールにおける水管傾斜計との比較により、潮汐やセイシュなどの周期的信号は水管傾斜計とほぼ一致し、約1000秒より短い周期側の自己ノイズレベルは水管傾斜計よりよいことが確認された。分解能は約0.1ナノラジアンである。現在、海底ボアホールでの観測を容易にするため、半導体光源の開発による一層の省電力化とDSPを用いた信号処理の高速化を進めている。（大学：ほかのプロジェクトとも共同）

（c）海底孔内設置型体積歪計の実用化を行う。

• 海底孔内設置型体積歪計（分解能およそ10－12）は、平成11年の8月、海半球計画と共同して、三陸沖海底に掘削されたボアホール（国際深海掘削計画LEG186による掘削、水深約2500m、海底下約1000mの孔底）に設置された。現在深海潜水艇を利用して観測開始が進められている段階にある。（大学：ほかのプロジェクトとも共同）

（d）海底観測通信ブイの実用化を行う。

• 海底観測を準リアルタイム化するための海底観測通信ブイは、水中音響により海底計測部とリンクし、更に衛星通信を利用して陸とリンクすることによって、海底と陸上との通信を確立するシステムである。開発したシステムは、2000年の神津島近海の大規模群発地震の際に神津島近海に設置されて、活動推移の準リアルタイムモニタリングに活用された。（大学：ほかのプロジェクトとも共同）

（e）海底重力・圧力計の実用化を行う。

• 1マイクロガルの計測精度、10－20マイクロガルの計測再現性を持つ海底重力計を開発した。深海潜水艇を利用して繰り返し観測を行うほか、自己浮上方式による設置回収が可能である。淡路島沿岸等での計測により、数マイクロガル程度の分解能で重力変動計測が可能であることが分かった。また、自己浮上型の海底圧力計を開発した。2000年の神津島近海の大規模群発地震の際には、神津島近海の2点に設置して、地盤の傾斜と考えられる変動を記録した。海底重力と海底圧力を同時に計測することによって、海洋の変動と海底の変動の分離が可能となる。（大学：ほかのプロジェクトとも共同）

（f）音響信号を利用した海底測距計の高度化を図る。

• 海底音響測距計を用いた観測では、1km程度の基線に対してcmレベルの水平歪みの検出が可能であることを明らかにするとともに、東太平洋海膨のような水温の変化が小さい太平洋の海盆底では、1km程度の基線に対してmmオーダーの測距精度が得られることを実証した。（水路部）

（g）水深6000mまでの海底で1HzからDC帯域の電場変化と磁場変化を観測可能とする海底電位磁力計を開発する。

• 海底電位磁力計を用いた観測により、海底において電場0.06マイクロV／m、磁場0.01nTの分解能を持つ高感度の電位磁力計測の手法を確立した。（水路部）

（h）船上－海底間で行う海底測位を、海底局を固定した観測（連続観測）の段階にまで進め、精度・分解能等の検証を行う。

• 海面と海底との間の測距に関して、幾つかの通信手法が用いられているが、いずれもほぼ実用的レベルに達した。（水路部、大学）
• キネマティックGPSによる船の測位をふく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。（水路部、大学）

（i）海面－海底間で行う音響測距技術の実用化を行う。

• 実用的な機器開発・整備を行い、海底基準局を設置して、繰り返し観測を実施した。（水路部）

（j）音響測距方式以外の海底地殻変動観測手法の開発を行う。

• 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い、開口合成手法として、5ピング（発信回数）の信号を用いて7倍の開口長を実現し、送波ファンビームの指向幅を通常の2度から0.3度に向上させた。（水路部）

（ウ）地殻深部における計測技術の開発と高度化

（a）ボアホール深部での繰り返し応力測定技術を確立する。

• 防災科研、東濃地震科学研究所、核燃料サイクル機構東濃地科学センターと共同して、深いボアホールにおける実験を行った。インテリジェント型歪み計による深さ300～500mにおける応力測定が可能になった。また、センシング技術の向上を図ったことで、外形40mm程度のインテリジェント回収型歪み計を製作できることが判った。（大学）

（b）ボアホールを用いた比抵抗不均質構造の時間変化検出技術の開発を行う。

• 野島断層における注水実験に際して、GPS技術を利用したダイポール・ダイポール法を新たに開発し、断層近傍の比抵抗を精密かつ連続的に測定した。送信に正弦波を用い、送受信ともにGPS時計に同期することにより地下比抵抗測定のSN比を飛躍的に高めることができた。（大学）
• データ処理においてニューラルネット法を用い、VLF帯におけるパルス状の信号（VPS）と雷ノイズ、背景ノイズ等とを識別し、VPSに基づく地震の発生予測の推定確率を向上させ得る可能性が高いことを示した。また、長さ33kmにおよぶ大島－伊東間電話用海底ケーブルを海底アンテナとする方法を開発した。異常電磁界の発生要因が、地殻内の間隙水（地下水）の急激な変動に伴う流動電位現象である可能性を検証するため、可搬型高温超伝導体磁界センサシステムを試作し、磐梯山における野外計測実験を行って連続的なデータ収集に成功した。（産総研）

（c）精密制御震源及び地震計アレイを用いた地震波伝播不均質構造の時間変化検出技術を確立する。特に調和振動を用いた散乱・反射特性の時間変動モニター技術を確立する。

• 各務原に設置したアクロス振動装置により基礎実験を行い、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。（大学）
• 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。その結果、鳥取県西部地震に伴うS波の遅れと異方性の変化が検出された。（大学）