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1 DAT 型 レコーダを 用 いた 神 奈 川 県 西 部 における 臨 時 地 震 観 測 永 井 悟 * * 棚 田 俊 收 Temporary seismic observation in western Kanagawa prefecture with DAT-recorders by Satoru NAGAI and Toshikazu TANADA 1. はじめに 神 奈 川 県 西 部 及 びその 周 辺 部 は 本 州 弧 に 伊 豆 - 小 笠 原 弧 が 衝 突 する 伊 豆 衝 突 帯 に 位 置 しており 箱 根 丹 沢 山 地 神 縄 国 府 津 松 田 断 層 帯 など 複 雑 なテク トニクスを 有 する 伊 豆 衝 突 帯 における 地 殻 構 造 及 び フィリピン 海 プレート(PHP)の 形 状 については 未 だ 不 明 瞭 な 点 があり 十 分 な 解 明 がなされていない PHP 形 状 については 1990 年 代 以 降 盛 んに 議 論 され ている( 例 えば Ishida, 1992; 津 村 ほか 1993) 近 年 の 3 次 元 地 震 波 速 度 構 造 解 析 (トモグラフィー 法 )によ る 推 定 (Matsubara et al., 2005; 弘 瀬 ほか 2008)や 反 射 屈 折 法 地 震 探 査 により 関 東 山 地 東 縁 下 での 詳 細 な 2 次 元 断 面 による 推 定 ( 例 えば Sato et al., 2005)は 既 往 研 究 での PHP 形 状 とは 整 合 的 ではない また 一 方 で 30km 以 浅 地 殻 及 び 上 部 マントルの 構 造 については 議 論 が 尽 くされたとは 言 い 難 い 例 え ば 富 士 山 合 同 稠 密 観 測 による 地 震 波 トモグラフィー 解 析 (Nakamichi et al., 2007)では 地 震 波 速 度 と 地 表 地 質 との 比 較 をしているが 富 士 山 直 下 の 構 造 に 関 する 議 論 が 中 心 であり 伊 豆 衝 突 帯 特 に 神 奈 川 県 西 部 のテク トニクスにまでは 議 論 が 及 んでいない また 関 東 山 地 東 縁 下 での 反 射 屈 折 法 地 震 探 査 による 構 造 の 議 論 (Sato et al., 2005)は 2 次 元 断 面 によるものであり 水 平 方 向 の 広 がりを 議 論 するにはより 多 くの 探 査 測 線 が 必 要 であ る そこで 神 奈 川 県 西 部 地 域 を 中 心 とした 伊 豆 衝 突 帯 におけるフィリピン 海 プレート 上 面 に 至 るまでの 地 殻 及 び 上 部 マントルの 3 次 元 地 震 波 速 度 構 造 の 解 明 及 び そのテクトニクスについての 研 究 を 進 めている 観 測 点 分 布 の 粗 密 ( 図 1)による 地 域 差 もあり 3 次 元 地 震 波 トモグラフィー 解 析 において 数 km 程 度 の 構 造 の 変 化 を 議 論 するための 十 分 な 解 像 度 が 得 られていない これ 図 1 神 奈 川 県 西 部 および 周 辺 部 の 定 常 地 震 観 測 点 と 本 研 究 における 臨 時 観 測 点 ( ) 定 常 観 測 点 は 神 奈 川 県 温 泉 地 学 研 究 所 :HSRI 気 象 庁 : JMA 防 災 科 学 技 術 研 究 所 :Hi-net 東 京 大 学 地 震 研 究 所 :ERI による 観 測 点 を 示 している を 補 うため 神 奈 川 県 西 部 において DAT 型 レコーダ を 用 いた 機 動 的 臨 時 地 震 観 測 を 行 うこととした 本 報 告 では その 臨 時 観 測 の 概 要 と 処 理 方 法 について 紹 介 する なお 解 析 については 別 稿 で 報 告 する 2. DAT 型 レコーダ DAT 型 レコーダ( 篠 原 ほか 1997; 羽 田 ほか 1999)は 海 底 地 震 観 測 用 低 消 費 電 力 大 記 録 容 量 デジタルレコーダ ー( 篠 原 ほか 1993)に GPS 受 信 機 能 付 加 した 小 型 で 長 時 間 地 震 観 測 の 出 来 る 現 地 収 録 方 式 の 機 動 的 陸 上 観 測 機 器 である レコーダ 名 称 は 開 発 当 初 Digital Audio Tape を 使 用 していたことに 由 来 し 現 在 では Data * 神 奈 川 県 温 泉 地 学 研 究 所 神 奈 川 県 小 田 原 市 入 生 田 586 資 料, 神 奈 川 県 温 泉 地 学 研 究 所 報 告, 第 40 巻,69-74,2008.

2 図 2 DAT 型 レコーダ 収 録 におけるブロックダイアグ ラム(クローバテック 株 式 会 社 HP: より 引 用 ) Acquisition Terminal の 略 称 として 使 用 されている 本 研 究 での 臨 時 地 震 観 測 では ハードディスク(HDD) を 記 録 媒 体 とする DAT-4 型 レコーダを 使 用 した GPS 受 信 ボード プリアンプ 電 源 部 CPU および A/D 変 換 基 盤 HDD 接 続 部 からなる 主 な 仕 様 は A/D 変 換 分 解 能 16bit 最 大 出 力 電 圧 ±4.5V 外 部 電 源 として 12V を 必 要 とする 外 部 電 源 としては 単 1 乾 電 池 40 本 ま たはカーバッテリー( 一 部 には 商 用 電 源 を 利 用 するため に 充 電 器 を 接 続 )を 使 用 した 取 得 チャンネル 数 サン プリング 周 波 数 位 置 情 報 内 部 時 計 校 正 用 の GPS デ ータ 受 信 間 隔 は 選 択 できるようになっている また ア ンプ 基 板 増 幅 率 は 3 段 階 で 温 泉 地 学 研 究 所 所 有 の DAT レコーダは 40dB 60dB 80dB の 仕 様 となっている データ 収 録 は 図 2 に 示 すブロックダイアグラムに 従 って 行 われ 圧 縮 可 能 な 独 自 のフォーマットで 記 録 される なお 2004 年 以 降 は 小 型 化 及 び A/D 変 換 分 解 能 24bit に 拡 張 した DAT-5 型 の 開 発 改 良 及 び 処 理 ソフト 改 良 が 行 われている( 羽 田 2006) 3. 臨 時 地 震 観 測 定 常 観 測 点 の 分 布 及 び トモグラフィー 解 析 におけ る 解 像 度 向 上 を 確 認 しつつ 神 奈 川 県 西 部 に 臨 時 観 測 点 を 2008( 平 成 20) 年 に 展 開 した 定 常 観 測 点 の 間 を 埋 めるように 観 測 点 候 補 位 置 を 決 めて さらに 理 論 地 震 波 走 時 データによる 解 像 度 テスト(チェッカーボードテス ト)による 3 次 元 トモグラフィー 解 析 への 寄 与 を 確 認 し て 最 終 的 な 候 補 地 とした 2008( 平 成 20) 年 5 月 12 日 に 踏 査 設 置 した 丹 沢 (WK81J) 及 び 足 柄 平 野 (WK82J) の 2 点 を 最 初 に 計 9 点 を 6 月 までに 展 開 した( 図 1 表 1 および 写 真 1) 各 観 測 点 は Mark Products 社 製 の 固 有 周 波 数 2Hz の 3 成 分 地 震 計 と DAT-4 型 レコーダ からなる GPS データ 受 信 間 隔 は 4 時 間 とし サンプ リング 周 波 数 200Hz アンプゲインは 通 常 収 録 時 のデー タ 圧 縮 がなされるように 60dB または 40dB とした 臨 写 真 1 臨 時 地 震 観 測 点 設 置 概 況 (WK80J) 時 地 震 観 測 点 は 約 40 日 ごとに 外 部 電 源 及 び HDD 交 換 を 行 い 2008 年 末 まで 観 測 を 継 続 した 4. DAT 型 レコーダの 収 録 記 録 再 生 処 理 一 連 の DAT 型 レコーダ 収 録 記 録 再 生 処 理 に 関 するフ ローを 図 3 に 示 す 各 臨 時 観 測 点 で HDD に 収 録 された データファイルは 処 理 用 及 びバックアップ 保 存 用 の HDD に 全 てコピーした 収 録 記 録 ファイルは 1 観 測 点 1 収 録 期 間 毎 に DAT-4 用 に 改 良 されたプログラム 群 を 用 いて 最 終 的 に WIN フォーマットファイル( 卜 部 1994)に 変 換 した まず 解 凍 処 理 プログラム rubbish5 により 収 録 記 録 ファイルを 地 動 データファイルと GPS 取 得 データファ イルとに 分 解 した 解 凍 処 理 だけは 1 収 録 ファイルそ れぞれに 対 して 行 う 必 要 がある 解 凍 処 理 以 降 は 1 観 測 点 1 収 録 期 間 毎 に 処 理 が 出 来 るように 地 動 データリス トファイルと GPS 取 得 データファイルをそれぞれ 1 フ ァイルにまとめた GPS 取 得 データファイルは GPS デ ータ 解 析 プログラム gpsread5 により 位 置 座 標 情 報 ( 緯 度 経 度 データファイル 群 )と GPS 時 刻 とその 内 部 時 計 (RTC)との 差 である 時 刻 校 正 情 報 と に 分 離 した 位 置 座 標 情 報 は 観 測 点 位 置 座 標 の 決 定 に 用 いた( 表 1) 時 刻 校 正 情 報 は 内 部 時 計 のズレの 日 変 化 やその 変 化 の 連 続 性 などを 考 慮 して 校 正 データの 飛 びの 手 動 削 除 や RTC 設 定 後 及 び HDD 回 収 後 の GPS 取 得 記 録 を 追 加 す るなどして 補 正 された 補 正 した 時 刻 校 正 情 報 を 使 用 して 時 刻 補 正 を 行 うと 同 時 に UT から JST に 変 換 しな がら 解 凍 された 地 動 記 録 データから 正 分 から 1 分 ご とに 切 り 出 し WIN システム( 卜 部 束 田 1992)に おける raw フォーマット 形 式 に 変 換 した 時 刻 補 正 解 凍 されたデータの 切 り 出 しから WIN フォーマット 化 処

3 表 1 臨 時 地 震 観 測 点 一 覧 表 図 3 DAT 型 レコーダ 収 録 記 録 再 生 処 理 のフローチャート 本 稿 における 観 測 データ 最 終 処 理 は 図 4 に 示 す 図 4 解 凍 展 開 された DAT 型 レコーダ 収 録 記 録 の WIN フォーマット 変 換 プログラム rub2winraw5 のデータ 処 理 フ ローチャート

4 図 5 臨 時 地 震 観 測 網 展 開 後 から 2008 年 9 月 末 までに 発 生 した 地 震 の 震 源 分 布 (M 1.5) は 図 6 で 示 す 地 震 波 形 記 録 例 の 地 震 理 は 従 来 は 必 要 なデータ 範 囲 のリスト 作 成 データの 切 り 出 し フォーマット 変 換 の 3 段 階 の 処 理 をしなけれ ばいけない DAT-5 型 レコーダにも 対 応 した 処 理 プログ ラムでは この 点 は 解 消 されているが 著 作 権 の 問 題 に よりプログラムの 使 用 は 限 られている そこで 以 前 に 著 者 が 開 発 した 効 率 よく WIN フォーマット 化 できる 変 換 プログラムをさらに 改 良 した rub2winraw5 を 使 用 し た( 図 4) また 時 刻 補 正 についてだが サンプリン グ 間 隔 以 下 の 時 刻 校 正 値 については 切 り 捨 てられ それ に 応 じたサンプル 数 をずらすのみの 補 正 であり リサン プリングにより 補 正 はなされない このような 補 正 は 従 来 の 処 理 方 法 を 踏 襲 している その 為 サンプリング 間 隔 以 下 の 時 刻 校 正 値 は 各 生 成 ファイルについてログフ ァイルに 出 力 される 上 記 の 処 理 によって 生 成 された 観 測 点 毎 の WIN フォ ーマットファイルは WIN システムにより 同 時 刻 毎 の 統 合 定 常 観 測 データとの 統 合 及 び 検 測 処 理 など が 容 易 に 可 能 となる 5. 取 得 データの 検 測 処 理 臨 時 観 測 点 で 取 得 された WIN フォーマット 連 続 記 録 は WIN システムを 用 いて 定 常 地 震 観 測 データと 同 様 に イベント 抽 出 及 び 検 測 処 理 を 行 う イベント 抽 出 は 温 泉 地 学 研 究 所 定 常 地 震 観 測 デー タ 及 び 気 象 庁 一 元 化 地 震 データとの 統 合 処 理 を 行 う 事 を 前 提 として 行 う 温 泉 地 学 研 究 所 定 常 観 測 におけるグル ープトリガーにより 得 られたイベント 検 出 情 報 により 定 常 観 測 データと 同 名 称 で かつ 同 じ 時 間 範 囲 のイベ ントファイルを 作 成 した トモグラフィー 解 析 用 の 基 本 データ( 以 下 基 本 処 理 データ)として 永 井 ほか(2008)の 方 法 に 従 って 温 泉 地 学 研 究 所 の 処 理 対 象 としている 神 奈 川 県 およびそ の 周 辺 で 発 生 した マグニチュードが 1.5 以 上 の 地 震 を 気 象 庁 一 元 化 震 源 から 抽 出 した 臨 時 観 測 点 の 展 開 され た 2008 年 5 月 12 日 以 降 9 月 末 日 までで 72 個 の 地 震 が 抽 出 できた( 図 5) 上 記 の 地 震 について 気 象 庁 一 元 化 震 源 に 基 づいた 半 自 動 検 測 と 呼 ばれる 方 法 で 初 期 処 理 を 施 した 半 自 動 検 測 とは 震 源 情 報 をもとに 各 観 測 点 での 予 想 到 着 時 刻 を 計 算 し,その 予 想 到 着 時 刻 をもとに 各 地 震 記 象 に 時 間 窓 を 設 定 し,その 時 間 窓 の 中 で 自 動 検 測 を 行 うことによって 初 動 の 到 着 時 刻 を 読 み 取 る 方 法 で ある この 手 法 の 有 効 性 は 2000 年 鳥 取 県 西 部 地 震 稠 密 余 震 観 測 データに 適 用 した 千 葉 (2003)により 示 され ている なお 1 次 元 速 度 構 造 モデルは 定 常 観 測 に 使 用 している 単 純 な 構 造 モデルを 使 用 した この 後 に 順 次 会 話 的 検 測 をしつつ 定 常 観 測 データと 統 合 して 3 次 元 トモグラフィー 解 析 を 行 っている 記 録 波 形 及 び 半 自 動 会 話 的 検 測 の 例 として 全 臨 時 観 測 点 で 良 好 な 記 録 が 得 られた 2008( 平 成 20) 年 7 月 15 日 22 時 25 分 ごろに 山 梨 県 東 部 富 士 五 湖 で 発 生 した M2.7 の 地 震 の 記 録 を 図 6 に 示 す この 直 前 の 震 度 3 を 記 録 した M4 クラスの 地 震 が 発 生 したが DAT 型 レ コーダで 設 定 した 記 録 可 能 な 範 囲 を 超 えた 地 震 動 であっ たため 主 要 動 到 達 前 にその 記 録 が 振 り 切 れていた 図 6(A) 及 び(B)は それぞれ 丹 沢 山 地 (WK81J)と 足 柄 平 野 (WK82J)の 2 臨 時 観 測 点 における 3 成 分 記 録 臨 時 観 測 点 6 点 における 上 下 動 成 分 の 記 録 であり 半 自 動 検 測 の 結 果 を 示 している 初 動 極 性 の 読 み 違 いなどは あるが おおむね 地 震 波 到 着 時 刻 の 検 測 は 良 好 である 図 6(C) に 会 話 的 検 測 の 結 果 を 示 すが 大 差 はない 初 期 処 理 としての 検 測 精 度 は 解 析 における 誤 差 を 考 慮 す ると 3 次 元 トモグラフィー 解 析 には 有 効 である また 図 6(A) 及 び (B) に 点 線 で 示 される 予 想 到 着 時 刻 はズレ が 生 じているが これらのズレは 丹 沢 山 地 で 早 く 足 柄 山 地 および 足 柄 平 野 では 遅 いという この 地 域 の 地 震 波 速 度 構 造 をよく 反 映 している これらのズレは 1 次 元 速 度 構 造 では 考 慮 されていない 速 度 構 造 の 3 次 元 不 均 質 によるものである トモグラフィーの 結 果 などから 観 測 点 補 正 値 を 導 入 すれば 半 自 動 検 測 でも 会 話 的 観 測 と 大 差 のない 精 度 の 高 い 検 測 が 可 能 となる

5 (A) 図 6 臨 時 地 震 観 測 網 で 取 得 された 地 震 波 形 記 録 の 例 この 地 震 の 震 源 は 図 5 における である (A)( 左 図 )は 丹 沢 山 地 (WK81J)と 足 柄 平 野 (WK82J)の 2 観 測 点 における 3 成 分 記 録 (B) 及 び(C)( 左 下 図 および 右 下 図 )は 各 臨 時 観 測 点 における 上 下 動 記 録 波 形 記 録 は 7 秒 長 記 録 で 目 盛 りは 1 秒 である 波 形 記 録 中 の 点 線 実 線 は 地 震 波 の 到 着 予 想 時 刻 検 測 値 を 示 す (A)(B) は 気 象 庁 一 元 化 震 源 値 を 用 いた 半 自 動 検 測 によるもので (C) は (B) を 会 話 的 検 測 による 更 新 したもの 記 録 の 縦 幅 は m/s で 観 測 点 WK84J WK85J WK86J の 記 録 は 他 の 記 録 に 比 べて 8 倍 拡 大 ( m/s)してある (B) (C) 6. まとめ 3 次 元 地 震 波 トモグラフィー 解 析 における 解 像 度 向 上 を 主 目 的 として 神 奈 川 県 西 部 において DAT 型 レコ ーダを 用 いた 臨 時 地 震 観 測 網 を 展 開 した 2008( 平 成 20) 年 6 月 には 計 9 点 を 展 開 し 良 好 な 記 録 が 得 られて いる 本 臨 時 観 測 は 2008( 平 成 20) 年 末 まで 継 続 した トモグラフィ 解 析 などに 有 効 なデータが 得 られた 臨 時 地 震 観 測 により 取 得 されるデータと 定 常 地 震 観 測 データを 統 合 したデータに 用 いて 3 次 元 地 震 波 トモグ ラフィー 等 の 地 震 波 解 析 を 行 う 事 で 解 像 度 の 向 上 による 詳 細 な 地 下 構 造 など 新 たな 知 見 が 得 られる 事 を 期 待 さ れる 謝 辞 本 研 究 では 気 象 庁 一 元 化 震 源 カタログを 使 用 しま した 気 象 庁 一 元 化 震 源 カタログは 独 立 行 政 法 人 防 災 科 学 技 術 研 究 所 東 京 大 学 気 象 庁 及 び 神 奈 川 県 温 泉 地 学 研 究 所 の 地 震 観 測 データを 使 用 して 気 象 庁 が 文 部 科 学 省 と 協 力 して 整 理 したものです 本 研 究 は 神 奈 川 県 重 点 基 礎 研 究 推 進 事 業 ( 平 成 20 年 度 )として 実 施 し た 臨 時 観 測 点 2 点 は 東 京 大 学 地 震 研 究 所 強 震 動 観 測 施 設 を 使 用 させて 頂 きました また 図 の 一 部 は Generic Mapping Tools(Wessel and Smith, 1995)によって 作 成 し ました ここに 記 して 感 謝 いたします

6 参 考 文 献 千 葉 美 穂 (2003),2000 年 鳥 取 県 西 部 地 震 の 精 密 余 震 分 布, 東 京 大 学 理 学 系 研 究 科 地 球 惑 星 科 学 専 攻 修 士 論 文,p.p.42. 羽 田 敏 夫 (2006) DAT 型 レコーダの 改 良 と 新 型 DAT-5 型 レコーダの 開 発, 東 京 大 学 地 震 研 究 所 技 術 報 告, 12, 羽 田 敏 夫 酒 井 要 小 林 勝 橋 本 信 一 井 上 義 弘 三 浦 禮 子 田 上 貴 代 子 松 原 誠 (1999) デジタルオー ディオ 記 録 機 (DAT レコーダー)を 用 いた 地 震 観 測 ( 東 北 合 同 観 測 ), 東 京 大 学 地 震 研 究 所 彙 報, 5, 弘 瀬 冬 樹 中 島 淳 一 長 谷 川 昭 (2008) Double- Difference Tomography 法 による 関 東 地 方 の 3 次 元 地 震 波 速 度 構 造 およびフィリピン 海 プレートの 形 状 の 推 定, 地 震,2,60, Ishida, M. (1992) Geometry and relative motion of Philippine Sea plate and Pacific plate beneath the Kanto- Tokai district, Japan, J. Geophys. Res., 97, Matsubara, M., Hayashi, H., Obara K., and Kasahara K. (2005)Low-velocity oceanic crust at the top of the Philippine Sea and Pacific plates beneath the Kanto region, central Japan, imaged by seismic tomography, J. Geophys. Res., 110, B12304, doi: /2005jb 永 井 悟 棚 田 俊 收 本 多 亮 (2008) 気 象 庁 一 元 化 震 源 に 基 づいた 温 泉 地 学 研 究 所 地 震 データベースの 整 備 と 今 後 の 課 題, 温 地 研 報 告,40, Nakamichi H., Watanebe H., and Ohminato T. (2007)Threedimensional velocity structures of Mount Fuji and the South Fossa Magna, central Japan, J. Geophys. Res., 112, B03310, doi: /2005jb Sato, H., Hirata N., Koketsu K., Okaya D., Abe S., Kobayashi R., Matsubara M., Iwasaki T., Ito T., Ikawa T., Kawanaka T., Kasahara K., and Harder S. (2005)Earthquake source fault beneath Tokyo, Science, 309, 篠 原 雅 尚 末 広 潔 松 田 茂 夫 小 沢 和 夫 (1993) DAT レコーダーを 用 いたディジタル 大 容 量 海 底 地 震 計, 海 洋 調 査 技 術,5(1), 篠 原 雅 尚 平 田 直 松 田 茂 夫 (1997) DAT を 用 いた GPS 時 計 付 き 低 消 費 電 力 大 容 量 デジタルレコーダ, 地 震,2,50, 津 村 紀 子 堀 内 茂 木 長 谷 川 昭 笠 原 敬 司 (1993) 山 梨 県 東 部 におけるフィリピン 海 プレート 上 部 境 界 面 の 位 置 - SP 変 換 波 による 推 定 -, 地 震,2,46, 卜 部 卓 束 田 進 也 (1992) win - 微 小 地 震 観 測 網 波 形 験 測 支 援 のためのワークステーション プログラム ( 強 化 版 ), 地 震 学 会 講 演 予 稿 集,No.2,331. 卜 部 卓 (1994) 多 チャンネル 地 震 波 形 データのための 共 通 フォーマットの 提 案, 日 本 地 震 学 会 講 演 予 稿 集, No.2,384. Wessel, P. and Smith, W.(1995)New version of the generic mapping tools, EOS. Trans. Am. Geophys. Un., 76, 329.