資料 計77‐(2) 日本海溝海底地震津波観測網(S-net)の運用と現状

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1 資料計 77-(2) 本海溝海底地震津波観測網 (S-net) の運 と現状 国 研究開発法 防災科学技術研究所地震津波 ネットワークセンター 井真 1. S-net 整備と現状 2. 観測網の 体運 3. 今後の展望 防災科研の地震 津波 観測網 2 地震津波 ネットワークセンター Hi-net 感度地震観測網 F-net 広帯域地震観測網 KiKnet K-NET 強震地震観測 V-net 観測網 S-net DONET 海底地震津波観測網 Hi-net/F-net/V-net

2 1. S-net の整備と現状 整備の背景 的 推進体制 S-netのコンセプトと伝送システム海洋敷設 事 陸上局の建設 S-net 記録例 ( 地震計 圧計 ) S-netを いた津波即時予測 S-net の狙い 4 東 本 震災を引き起こした東北地 太平洋沖地震の震源域 本海溝 千島海溝沿いの今後の地震活動 誘発地震のおそれ 余震のおそれ ( 地震調査研究推進本部による )

3 2011 東北地 太平洋沖地震時の状況 5 本プロジェクトで観測網を整備 DONET 観測網 陸域 海域の観測網が極めて少ない S-net の 的と期待される成果 6 地震と津波を沖合 150 カ所でリアルタイム観測 1 津波即時予測への活 津波の沿岸への到達前に津波 を 精度に即時予測 これまでより最 20 分程度早く津波を実測 検知して情報の発信 2 緊急地震速報への活 これまでより最 30 秒程度早く地震の発 を検知 ( 平均的には 15 秒程度 ) 3 地震像の解明 期待される成果 津波即時予測技術の開発及び津波情報提供の 精度化 迅速化 東北地 の地震像の解明 地殻変動 ( 鉛直 向 ) の観測 将来起きる地震の正確な予測 緊急地震速報の 度化 ( 最 30 秒程度早く検知 ) 等

4 S-net の概要 7 S4 三陸沖北部 S3 宮城 岩 沖 世界初の広域 多点のリアルタイム海底観測網 S2 茨城 福島沖 S1 房総沖 海域名 観測点数 房総沖 22 点 茨城 福島沖 26 点 宮城 岩 沖 26 点 三陸沖北部 28 点 釧路 森沖 23 点 海溝軸外側 25 点 150 観測点 ( 地震計と海底 圧計を装備 ) を 5,700km の海底光ケーブルにより陸上と結び リアルタイムで観測 観測点の間隔はほぼ東 向約 30km 間隔ほぼ南北 向約 50-60km 間隔 M7.5クラスの震源域程度の拡がりに少なくとも1 観測点が存在するよう観測網を構築 地震動最 30 秒程度早く検知して緊急地震速報に活 S-net による地震動と津波の早期検知 8 津波最 20 分程早く検知して実測値の情報を発信 地震動予測早い避難 動早い交通機関の停 早い操業機械の停 津波即時予測の 度化沿岸津波 と到達時刻を迅速に予測, 災害を軽減する 地震波速度を 7 km/s に仮定 津波の速度を時速 623 km に仮定

5 S-net 整備事業の体制 9 部科学省 補助 本海溝海底地震津波観測網の整備に関する運営委員会 内閣府 部科学省 ケーブル整備事業 海上保安庁 国 地理院 事業実施主体 ( 独 ) 防災科学技術研究所 運営 針 気象庁気象研究所 防災科学技術研究所海洋研究開発機構 施 会社海洋調査 地下構造調査海底ケーブル製造海底観測装置製造ケーブル敷設 事陸上通信その他 技術 学関係者 オブザーバー 地 公共団体 他 海底地震津波観測データ利活 WG ケーブルルート調査 検討委員会 S-net の観測網設計コンセプト 10 海溝軸外側から陸域までつなぐ広域 多点観測網 ( 海底下埋設 ( 深 1500 m 以浅 ) による漁場への設置 ) 海底下埋設による い観測品位 ( 海底とのカップリングの向上 底層流起因雑 の低減 ) 同 地点 同 筐体での地震 圧観測 ( コスト低減 コンタミネーションの推定 ) 複数の地震センサーによる冗 化 広帯域化 強靱な観測システム 1 ケーブル障害 : 双 向伝送 両端給電 2 停電 : 常 電源で 週間対応 3 海底通信技術利 による 信頼性の海底観測装置の設計 製造 4 観測装置の故障 : 観測装置と陸上局間は 1 対 1 の対向伝送により他の観測装置のデータ伝送への影響を排除 5 陸上通信インフラ障害 : 局間冗 の開発 伝送の 重化 6 ケーブル切断リスクの回避 : 海底下埋設 ルート選定

6 このイメージは 現在表示できません 観測装置 このイメージは 現在表示できません S-net の観測網の耐障害性 11 陸上局 : なるべく 台に置く マイナス給電 1500 ボルト プラス給電 1500 ボルト 2 インフラ障害 : 常 電源 (1 週間分の燃料 ) 漁業操業海域 (1500 m 以浅 ) では ケーブルと海底観測所を海底下に埋設 ( 深さ 1 m 程度 ) 海底観測装置 ( 地震計と津波計 ) の 体化によるコスト低減 海底光ケーブル 外装ケーブル 無外装ケーブル 観測所 房総沖は 22 台 給電電圧は1.1アンペアの定電流を給電するように 動制御 ( 最 3000ボルト出 の直流電源 ) 1ケーブル障害に強いシステム : 陸上局設備の冗 両端給電と双 向データ伝送の採 信頼性の海底地震 津波計 12 : 地震計と津波計の 体化によるローコスト化最 深 8000m の海底に設置可能 外 : 直径 34 cmx さ 226 cm 重量 : 約 650 kg ベリリウム銅製の円筒型耐圧容器 圧計 ( 津波計 ) 地震センサ部 光アンプ部伝送部 4 フィードスルーの開発 数 mm の分解能 3 信頼性の装置 複数センサーによる冗 性 ( 海底 圧計 2 式 地震計 4 セット ) 海底通信 中継器の製造環境 技術の採 信頼性部品の採 レーザ溶接による 密構造 ベリリウム銅合 製の耐圧容器

7 PWR_CONT DATA_DIST SV_CONT DATA_WS OE_CONT SV_CONT DATA_WS OE_CONT DATA_DIST PWR_CONT PWR_CONT DATA_DIST SV_CONT DATA_WS OE_CONT SV_CONT DATA_WS OE_CONT DATA_DIST PWR_CONT PWR_CONT DATA_DIST SV_CONT DATA_WS OE_CONT 海底地震 津波計の概要 13 観測ユニット構成 : 空中重量 約 650kg 中重量 約 530kg 圧センサ筐体 ( 圧計 ) センサ部 ( 加速度計 / 速度計 / 周波数出 型加速度計 ) 光アンプ部 伝送部 電源部 1 ( 主電源系 ) 電源部 2 ( 制御系 ) 搭載センサー 周波数出 型 圧計 : 2 個 (Paro Scientific 社 ) 津波観測 地殻変動観測 加速度計 : 3 個 x2 式 (JAE1:±5G, JAE2L:±2G/ H:±0.0625G) 地震観測 速度計 : 3 個 (OMNI: 固有周波数 15Hz) 地震観測 周波数出 型加速度計 : 3 個 x1 式 (Paro) 多 的観測 センサ部 ( 加速度計 / 速度計 / PARO 加速度計 ) 圧センサ筐体 ( 圧計 ) 光アンプ部伝送部電源部 1 ( 主電源系 ) 電源部 2 ( 制御系 ) 観測ユニット データ伝送 式の強靱化 14 陸上局設備 圧給電装置 海中部データ伝送 式の強靱化 : 12 芯の海底光ケーブル 5 ファイバーペアを観測装置のデータ伝送 1 ファイバーペアを観測装置制御に割り当て 各観測装置は専 の波 により陸上局と 1 対 1 の対向接続 5 波 もしくは 6 波 の多重技術の採 1 ファイバーペア上に 5 台もしくは 6 台の観測装置 どの観測装置の障害も 他の観測装置のデータ伝送に影響を与えない IP-VPN 南房総局 ネットワーク 嶋局 陸上通信インフラ障害への対応 : 局間冗 の開発 監視制御装置 監視制御装置 データ配信装置 データ配信装置 電源制御装置 データ処理装置 データ処理装置 電源制御装置 光送受信装置 光送受信装置 波 多重伝送 房総沖のデータを隣のサブシステムに送る 観測装置

8 ケーブル切断のリスク回避 15 その対策 ❶ その対策 ❷ その対策 ❸ 底曳漁 桁漁等の漁具および 錨によるケーブル損傷を避けるため ケーブル及び観測装置を海底下埋設 ( 深 1500m 以浅 ) 海底地滑りや乱泥流の発 しそうな海底地形の場所を避けるようにケーブルルートの選定 2011 年東北地 太平洋沖地震による障害など過去の通信ケーブル障害情報を し 可能な限り そのような場所を迂回するようにケーブルルートおよび陸揚げ地の選定 ルート選定 観測データの伝送 流通システム 16 各陸上局でのデータを主系 冗 系とも EarthLAN (EL) にリアルタイム伝送 気象庁にも試験的にリアルタイム伝送開始 データ検証中 新東京 CC ADP 集積転送 AP WIN1/B C BkUp TDX EL 独 形式 /TCP 防災科研つくばDC 出 ADP BkUp WIN32/IMC+ MC 受信部 A システム 2 系データ 1 系データ 防災科研陸上局 配信 Sv 配信 Sv SW SW RT RT A システム 1 系データ IP-VPN 網 東 地震研バックアップ出 ADP WIN32 / MC バックアップ受信部 1 系データ 2 系データ B システム 2 系データ B システム 東京 学地震研究所に東京バックアップサイトを設置 運 について連携協定締結予定 ADP 岐 CC 集積転送 AP EL 独 形式 /TCP 気象庁東京 阪出 ADP 気象庁受信部

9 ケーブル敷設 17 海底ケーブル敷設船 KDDI パシフィックリンク (KPL) 総トン数 7,960トン裁荷重量 6,597トン全 X 幅 X 深さ Loa 109.0m X B 20.5m X D 9.0m 満載喫 7.5m 最 搭載 員 58 名航海速 10.5ノット ( 時速約 19km ) 航海 数 50 船尾スラスタ 800kw x 3 基発電機 1,600kw X 6 基主推進器 電動モータ ( アジマスタイプ ) X 2 基電動油圧ドラム式ケーブルエンジン 直径 3.6m X 2 台電動油圧タイヤ ( リニア ) 式ケーブルエンジン 20 対 X1 台 鋤式埋設機 Cable Plow-Ⅱ 最 深 1,500m 敷設船 鋤埋設機 ROV( 中ロボット ) MARCS-Ⅲ 最 深 2,500m ウォータージェット式マニピュレーター 2 基ケーブルグリッパー / カッター搭載 MARCS-V ケーブル敷設 18 鋤埋設機 NTT すばる 鋤

10 三陸沖北部システムの 事概要 19 敷設船 KDDI パシフィックリンク 28 台の観測装置 ( 前 17 台 奥側 11 台 ) ケーブルタンク LWケーブル LWSケーブル 観測装置はすべて敷設 DA ケーブル / ポリウレタン防護管陸揚げ部 SA ケーブル 宮古市陸揚げ部 事写真 20 DA ケーブル ( 直径 41mm) に直径 93mm のポリウレタン防護管を被せて繰り出し KPL 側から撮影 陸側から撮影 重機でケーブルを巻き取り 陸揚げに先 ちビーチマンホールの設置

11 観測装置の投 21 敷設船 KDDI パシフィックリンク クレーンでトラフに移動 トラフにセット トラフ上を移動 リニアケーブルエンジンを通過右舷シュータを通過着 S5 釧路 森沖海洋部設置 事 22 釧路 森沖海洋部敷設 事 ケーブル :734km 観測ユニット :23 台 ( 内埋設 5 台 ) S6 海溝軸外側 平成 28 年度実施予定 S5 釧路 森沖 釧路 森沖海洋敷設 事 すばる (NTT-WEM) 平成 27 年 10 1 すばる若松港出港 敷設 (Lay2) すばる下関港 港 平成 28 年 2 2 すばる 崎港出港 敷設 (Lay1) 2 28 すばる 崎港 港 22

12 S5 市陸揚げ 事 (2 21 ) 23 KPL ケーブルへブイの取り付け (KPL 船上 ) ケーブル端 汀線到達ケーブル陸揚げ ( 旧海洋学院 ) 旧海洋学院 KPL 船上より 陸上局設備 伝送 制御系 WME (6 波 ), OE-Cont,IP Converter, WS, GPS 直流 圧給電装置 (PFE) Supply voltage DC3000Vmax Constant current 1.1A 24

13 陸上局 25 開所式 (6 17 ) 陸上局舎建設地 地 県有地 ( 旧海洋学院跡地 ) を買い上げ 場所 : 森県 市 字鮫町字下盲久保 地積 : m2 陸揚地点 陸上局舎及び陸上管路 平成 27 年 3 完了 25 宮古陸上局 26 開所式 (6 10 ) 陸揚地点 地 私有地を買い上げ 陸上局舎建設地 場所 : 岩 県宮古市崎 第 6 地割 109 番地 2 地積 :744 m2標 : 約 38m 陸上局舎及び陸上管路 平成 27 年 3 完成 26

14 亘理陸上局 27 開所式 (5 25 ) 陸揚地点 亘理陸上局 ( 宮城県亘理郡亘理町荒浜 ) きずなぽーと わたり 3 階 27 島陸上局 28 地 嶋市 地開発公社所有の 地を買い上げ 場所 : 茨城県 嶋市明 字久保 564 番 5, 565 番 26 地積 : 約 1,500 m2標 : 約 30 m 陸上局舎及び陸上管路 平成 27 年 3 完成 陸揚地 陸上局舎建設地

15 南房総陸上局 29 陸上局舎建設地 地 南房総市所有の 地を賃貸 場所 : 千葉県南房総市 浜町滝 字横 5185 番 1 占有 積 : m2標 : 約 20 m 陸揚地 陸上局舎及び陸上管路 平成 27 年 3 完成 記録例 (±2G 加速度計 ) 30 房総半島はるか沖の地震 :23 M3.0 1 秒ハイパスフィルター適 縦軸は振幅で規格化 横軸は, 震源時からの経過時間

16 記録例 (±5G 加速度計 ) 31 房総半島はるか沖の地震 :23 M3.0 1 秒ハイパスフィルター適 縦軸は振幅で規格化 横軸は震源時からの経過時間 記録例 (OMNI 15Hz 速度計 ) 32 房総半島はるか沖の地震 :23 M3.0 1 秒ハイパスフィルター適 縦軸は振幅で規格化 横軸は震源時からの経過時間

17 記録例 ( 圧計 ) 33 D=730m 埋設 D=2456m 埋設 100hPa (1m) 0.1 埋設 埋設の観測点とも潮汐に伴う 圧変化は ΔP p- p = 100 hpa 程度 D=1472m 埋設 D=4107m 埋設 埋設した観測点の 圧の感度は 埋設観測点と べて著しく変化しているとは認められない. D=1425m 埋設 D=1607m 埋設 埋設した観測点でも津波による 圧変化を問題なく記録すると考えられる. D=816m 埋設 D=986m 埋設 2016 年 5 33 記録例 ( :51 の地震 ) 34 AQUA-CMT 震源 39.6N 143.5E 17km 三陸沖 Mw 4.1 向 /41.8 傾斜 24.0 /69.5 すべり 59.4 /102.8 S4 S2 の加速度計 (±5G) の paste up (XYZ 成分混在 ) 10 分間

18 AQUA-CMT 記録例 ( :47 の地震 ) 35 震源 :37.8N 141.8E 49km 福島県沖 Mw 5.9 向 /22.3 傾斜 19.3 /70.7 すべり 86.0 /91.4 S3 S2 の加速度計 (±5G) の paste up (XYZ 成分混在 ) 10 分間 津波シナリオバンク 可能性のあるシナリオを網羅的に計算し, 全地震シナリオについて津波伝播 ( 時系列 ) と浸 深分布をデータベース化する シナリオ 3 津波即時予測の概要 36 シナリオ 2 シナリオ 1 時空間マッチング 事前にデータベース化された全地震シナリオによる津波伝播と観測される波 ( 圧 ) 分布を逐次時空間マッチングすることにより, 似た波 分布を すシナリオを探す. 実時間観測 1 実時間観測 2 予測浸 深 2 実時間観測 3 時間と共に絞り込み 予測浸 深 3 時空間マッチング 津波伝播 3 津波伝播 2 津波伝播 1 選別 時間の経過と共にシナリオが絞り込まれ, 予測される浸 深分布の確度が くなる 浸 深分布 2 シナリオ# 浸 深分布 3 浸 深分布 1 選別されたシナリオ群 地形バンク 全国における津波遡上の予測計算のために防潮堤等の構造物も考慮した沿岸地形モデルを整備する 観測データを説明可能な複数の津波シナリオを選別することで不確実性を取り込んだ予測を可能にする 防災情報としての予測浸 深分布 36

19 2. 観測網の 体運 陸域観測網の維持 管理 運 JAMSTECからDONETの移管 観測網の整備中核機関として海陸観測網の 体運 防災科研の地震観測網 ( 陸域 ) 38 阪神 淡路 震災 (H7 年 ) を契機に地震調査研究推進本部が発 地震に関する基盤的調査観測計画に基づき整備 的 : 地震による被害の軽減及び地震現象の解明 期的な地震発 の可能性の評価 地殻活動の現状把握 評価 地震動の予測 津波予測の 度化 地震に関する情報の早期伝達 感度地震観測網 (Hi-net) 広帯域地震観測網 (F-net) 強震観測網 (K-NET & KiK-net) つよい 強震計 広帯域地震計 感度地震計 観測点分布図 よわい ゆっくり はやい

20 防災科研の地震観測網 ( 陸域 ) 39 感度地震観測網 (Hi-net) 平距離約 20km 間隔の三 網 内陸地震の震源と発震機構の決定精度を めるとともに 破壊した断層の把握に資する その地域に発 する地震の最 規模の評価に資する内陸地震の発 する深さの限界の把握 強震観測網 (K-NET & KiK-net) 広帯域地震観測網 (F-net) 平距離約 20km 間隔の三 網 地震動の強さ 強い地震動の周期及び継続時間と空間分布の把握 震源域の詳細な破壊過程の解明に資する また 表層の構造が地震動に及ぼす影響を明らかにして 強い地震動の予測に寄与する また 強い地震動を即時に把握して防災活動を有効に展開する 平距離約 100km 間隔の三 網 地震 (M3 クラス ) 以上の地震の発震機構や震源過程の解明に資する 震源の複雑さ 多様性の系統的な把握 プレートや地殻構造の解明等に資するほか 津波地震の検知と解明に資する K-NET02 地震計 F-net 地震計 熊本地震以来 障害のある九州の地震観測点を復旧中 地震 津波観測監視システム (DONET) 40 海溝型地震震源域におけるリアルタイムモニタリングシステム Dense Oceanfloor Network system for Earthquakes and Tsunamis:DONET 1 地震津波の早期検知 評価 いち早く地震 津波をキャッチすることで 緊急地震速報の 度化に貢献 2 地震発 予測モデルの 精度化 震源域の常時観測データを いて 南海トラフ巨 地震発 予測の 精度化を図る 3 最先端の海底観測技術の開発 世界初の 精度で 密度な観測を実施 また 冗 性を持ったケーブル展開 拡張機能を持った分岐装置等の先進技術を装備 平成 28 年度から防災科研に移管 JAMSTEC と連携した運 開始 DONET は計 51 ヶ所の観測点から構成されるリアルタイムネットワーク 各観測点は 精度の地震計 圧計 ( 津波計 ) などで構成される

21 16 観測点からなる 観測網 41 防災のために監視 観測体制の充実等の必要がある として 噴 予知連絡会によって選定された 50 気象庁が常時監視を実施している 50 GPS 傾斜計 感度地震計広帯域地震計 内部のマグマがどのくらい膨脹しているかを推定するため の地表の動き ( 地殻変動 ) を測定する装置 マグマの上昇量の推定するため マグマの上昇による 本体の傾きを測定する装置 マグマが移動時に周辺岩盤を破壊することにより発 する微 地震を検知する装置 検知した微 地震は マグマの移動場所の推定に活 噴 活動の推移や噴 の規模を推定するため 噴 による 周期の振動を検出するための装置 中核機関としての 期的な運 体制 点以上の陸上観測点 K-NET, KiK-net F-net, Hi-net, V-net S-net DONET 配信の最適化 海陸観測網 DB Hi-net, F-net K-NET, KiK-net DONET, S-net V-net その他全国 元化 海陸ネットワーク統合データ保存 観測 元管理 本の海陸観測網を 括管理する中核機関としての防災科学技術研究所海陸ネットワークの受信システム統合企業地震 津波モニタリング表 機能の統合データ利活 促進へリソースの共有化 容量のデータ配信に伴う効率化 コスト最適化 地 治体 地 学 データ利活 研究機関 内閣府 気象庁 地震本部

22 3. 今後の展望 新たな海域観測網の整備新たな観測項 の導 新しい地震津波予測技術の開発 新規海底ケーブルシステムの開発 44 DONET の拡張性 置換性 マルチセンサー化による広帯域性 S-net の広域性 多点観測機能 インライン 式と DONET 式の利点を取り れる 観測ノード間通信に最新通信技術を検討 多数の観測点を接続可能とし 観測ノードの割り れも容易に 交換できるインライン 式の検討

23 海域観測網の拡張 展開 45 特に巨 地震発 が危惧される南海トラフ域 東海沖 佐沖 向灘 M w =8.3 南海地震域の固着状態次第で 向灘から地震発 のシナリオの可能性もあり得る (Hyodo et al., 2015) M w =8.1 M w = 年 M w =7.5 4 年 M w =8.3 まとめ 46 平成 28 年 2 3 時点 S1-S5の5システムに関して観測網を整備 構築済み S6は今年度中に敷設予定 S-netの試験運 開始 気象庁へデータの試験的なリアルタイムを伝送開始 データのクオリティコントロール実施中 S-netを海陸統合観測網の 部として 体的に運 地震 津波即時予測や 期評価に活かす 佐沖から 向灘のエリア等の南海トラフ域を初めとする新たな海域における観測網構築に期待

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