3.2 地殻現象のモニタリングシステムの高度化

 地殻活動予測システムの構築にあたって、モニタリングは2つの重要な意味をもつ。1つは、過去から現在に至る一定期間の地殻の状態を把握し、それを予測システムへ入力することである。もう1つは、予測システムからの出力を評価・検定し、システムの改良を促すことである。3.1節で述べたように、本研究計画ではいろいろなスケールの状態揺らぎを捉えることがとりわけ重視される。そのためには、まず高精度の観測データを日本列島全域規模で均質かつ継続的に得る必要がある。

3.2.1 広域地殻活動モニタリングシステムの整備

 地殻は不均質でありかつ断層系は相互作用している。このような複雑系は臨界状態に向かって自己組織化する可能性があり、その結果、種々の物理量が発散し震源域における前駆的な変動の影響が相当広い領域に及ぶことが予想される。実際これまでも、震源から遠く離れた観測点において異常な変化が観測される例があったが、これらの現象は、広域にわたる地殻の状態変化を時間的空間的に連続的に捉えることによって初めてその実体が明らかになると考えられる。このような観点から、島弧全域規模で地殻の状態をモニターするため、以下の観測網の整備充実とその継続的な観測計画を提案する。これらは、現在国家事業として進められている基盤的調査観測を軸としつつ、不足しているものを補う形で進めるのが適当である。

(a) 地震観測
 地震活動は地下の応力状態や不均質度を知る上で有力な情報源である。とくに、震源分布だけでなく地震のメカニズム解や応力降下などが得られると、威力を発揮する。ある地震の震源断層における応力の解放過程は、その後の強度回復過程等次の地震発生に向けてのプロセスの初期条件となる。また、一つの断層運動により拡散される応力により、周辺の断層の応力状態が変化する。すなわち、断層間の力学的な相互作用が、広域の地震活動に大きな役割を果たす。したがって、断層運動を正確に把握することにより広域の応力変化をできるだけ正確に評価することが、周辺地域あるいは島弧全体における地殻活動の予測に極めて重要である。
(高感度地震観測)
 陸域の高感度地震観測は、気象庁の津波地震早期検知網や大学及び防災科学技術研究所の微小地震観測網が設けられており、現在約600の観測施設が稼動している。基盤的調査観測計画においてはこれら既存の高感度地震観測施設を可能な限り活用し、全国的に15〜20km間隔の観測網を設置することとしている。これにより日本列島全域において、ほぼ 1km の精度で震源決定が可能となり、また微小地震のメカニズム決定も可能となる。本研究計画は、この全国均一な高感度地震観測網を積極的に活用する。
(広帯域地震観測)
 基盤的調査観測計画では、広帯域地震計を全国に約100km間隔で設置することとしている。これが完成すれば、全国的にM4級以上の地震の震源過程をルーチン的に求めることが可能となるであろう。モーメントテンソルや応力テンソルインバージョンにより、その地域の応力状態を推定することも可能となる。しかし、M7級の内陸地震の断層の大きさが約50kmであることを考えると100kmの間隔は粗い。地震の準備過程が最終段階にあると判断される震源域について、高感度地震観測並の密度を確保する必要がある。
(高密度強震観測)
 震源過程の複雑さに加えて地下構造の不均質性が、強震動の生成に大きな影響を与えていることが知られている。このようなことを調べるために高密度強震観測は欠かせない。基盤的調査観測計画では、全国的に高感度地震計観測網と同じ密度で設置することになっている。これに加えて、地方自治体、鉄道、電気・ガス等公共企業体が全国に数千の強震計を設置している。本研究計画では、これらの既存の観測施設を最大限有効利用できるように、関係機関に積極的なデータの公開を呼びかける。

(b) GPS連続観測・測地測量
 GPS連続観測は、国土地理院により全国を20〜30km間隔で覆う観測網が敷かれ、既に1年以上の観測を実施し、数々の成果を挙げている。この観測網は本研究計画にとって最も重要なシステムの1つであり、今後とも観測網の充実・維持が図られることが重要である。
 変位や歪速度場が全国に展開されたGPS観測網により明らかにされつつあるが、誤差要因の研究等によりいっそう精度を向上させ(特に上下成分について)、また時間分解能を高め、例えば、天気予報の気圧図に対応するような歪み図を月単位で描けるようになると、日本列島における地震発生予測に大きく貢献すると思われる。また、これらの変動は地表での変動であるが、実際に知りたいのは、地震発生域、すなわち深さ10〜20kmにおける歪状態であり、地表データからそれを推定する手法の開発が望まれる。
 現時点でのGPS連続観測は電力・通信手段の確保の問題からそのほとんどが平野部ないしは盆地に設置されており、これまでの測地測量で測られてきた山頂等の三角点等での観測との継続が難しい。そのためGPS連続観測以前と以後での歪速度に変化を生じたか否かの検討には寄与することができない。また、多くの場合、盆地・平野部の縁辺には活断層が存在し、GPS観測点が活断層に近すぎて、モデル化に任意性が生じる。さらには、GPS連続観測の上下方向の精度が依然として水準測量に劣り、微小な変化の検出にはかなりの時間を要する。したがって、今後とも三角点でのGPS測量と全国の水準測量を定期的に実施する必要がある。また、電力・通信手段のない地域においても連続観測を行うための技術の開発も進めるよう求める。

(c) 歪み計・傾斜計による地殻変動連続観測
 GPS連続観測は広域の地殻歪を検出する有効な手段であるが、精度の点では歪計・傾斜計等の地殻変動連続観測に劣る。震源核モデルが正しいとして、M7級の内陸地震の場合、深さ10〜15kmでせいぜい長さ5km程度の範囲の断層が10〜20cmずれるに過ぎない。これに伴う地殻変動をGPS連続観測で検出することは現時点ではほぼ不可能である。これを検出できる観測は地殻変動連続観測しかなく、できればGPS連続観測と結合した総合観測として実施すべきである。
 現在行われている横穴式の観測は、降雨等気象要素の影響や観測点固有の問題を抱えている上、新たに用地を選定するのはかなり困難な状況にある。したがって、今後はボアホール式の観測施設を主力とし、アレイの構築など地震学的な手法も取りいれた信号抽出に取り組む必要がある。深部での安定した長期間の計測を可能とする技術開発も重要である。

(d) 地殻応力測定
 GPS連続観測及び地殻変動連続観測で得られるデータは、日本列島を乗せた地殻の歪変化ないしは歪速度である。これは起震応力に即結びつく量ではない。歪は地震を起こす弾性変形と流動などによる塑性変形の和であり、これらの分離は必ずしも容易ではない。地殻変動の観測とは独立の応力値を得ることが重要である。その一つの方法が地殻応力測定である。しかし現時点では連続観測が困難で、くり返し測定に頼らざるを得ないこと、また観測地点の確保が困難であることなど、いくつか問題を抱えている。さらには、これを全国にわたって組織的に実施する体制にはなっておらず、得られたデータは限られた地域に分布するにとどまっている。したがって、実績ある機関が中心となって、組織的かつ計画的に全国を均等に応力測定することが重要である。

(e) 地下水・地球化学観測
 地殻内流体が地震発生に大きな役割を果たしているであろうことは今日研究者の意見の一致するところである。しかし、これをどのようにモデルに組み込み、さらに予測結果を観測にフィードバックするかについての理論的研究は進んでおらず、またその検証データと提供すべき観測も十分ではない。とくに、全国的に均等な密度での観測は不十分である。
 地殻変動連続観測が観測点近傍の歪状態を捉えていると考えられるのに対し、地下水の水位観測はある程度広い領域をカバーする高感度の歪センサーとなりうると考えられる。したがって、全国的な地下水位観測網を展開することが望まれる。
 一方、これまでの地球化学観測は、ラドンなどの断層運動に伴い発生すると考えられるガスの検出に重きを置いていた。しかし、このような観点では、地震発生をコントロールすると考えられる地殻内流体の運動の全貌を捉えることは不可能である。しかし、たとえばマントル・ヘリウム・フラックスを捉えることにより、地殻内流体の運動を捉えることが可能となるかもしれない。これに代表される新しい観測項目を開拓し、地震発生域に関する情報を更に豊富にすることが望まれる。

(f) 地球電磁気諸観測
 地震発生に伴って電磁気現象が発生することは理論的にも予想されることであり、また過去幾多の観測例が報告されている。近年では、VAN法や電磁放射などの観測に、地震発生前に異常現象が観測されるとして、論争が巻き起こされている。全国的な地球電磁気観測としては、これまで地磁気永年変化の観測が関係観測研究機関の協力の下に行われてきた。また、最近国土地理院が全国的な地磁気3成分の連続観測網を設置し、観測を行っている。しかし、後者は現状では全国で20ヶ所の観測点しかなく、それぞれの観測データ間に相関が期待されるような観測網ではない。地殻変動など力学的な変動を支配する物性の不均質に比べて、比抵抗構造等電磁気の物性の不均質は桁違いに大きく、これを考慮しない観測は不十分といわざるを得ない。例えば地殻のブロック構造などの不均質のスケールに比べるとあまりにもその間隔は広すぎる。したがって、今後地磁気3成分観測等を高密度に展開し、場としての変動を常時把握する観測を実施すべきである。
 一方、VAN法や電磁放射などで観測された現象は、その発生についての理論的な裏付けの問題等からまだ十分認知されているとは言えない。したがって、現象発生の物理的な理解がまず求められる。VAN法に見られるselectivityなような現象をテストフィールドや高密度観測網を使って解明していくことが必要である。

(g) 海底諸観測、リモートセンシング技術等の新技術開発
 我が国が四方を海に囲まれた島弧からなり、またM8級のプレート間地震が海域で発生する以上、海域での諸観測は必要不可欠であるが、現状ではケーブル式海底地震観測が一部で行われているにとどまり、陸域とは画然とした差が存在する。
 また、陸域の諸観測においても、せいぜい地下2〜3kmの深さの歪等を計測するのが精一杯であり、震源域まで届く観測は実施されていない。内陸地震の震源の多くは地下10〜15kmもの深さにあり、現状の技術ではこの深さに到達することは不可能であり、またたとえ可能となったとしても経済的な困難から、全国的にこのような深さの観測施設を展開するのは非現実的である。何らかの信号を用いて地下の状態を能動的にモニターするリモートセンシング技術を開発する必要がある。

(h) データベース構築・管理及びデータ流通
 ここで提案した観測網から得られるデータは膨大な量になることは間違いなく、これを効率的にデータベース化し、モデル研究グループや他の研究者に提供する体制作りが必要である。また、過去100年間にわたる観測データの保存・データベース化も忘れてはならない。
 地震調査研究推進本部においては、基盤的調査観測網の維持管理体制・データ流通の体制及びそのルール作りを速やかに確立することを要望する。また、本研究計画に参画する大学や関係観測機関においても推進本部のデータベースと密接にリンクしたデータ・センターを構築し、データの管理・流通を効率的に行う必要がある。これとともに、本研究計画として、研究者間においては観測データ取得者に対する正当な評価をするシステム作りとルールの尊重を促すとともに、各機関のデータ公開のための人員と予算の確保も重要である。

(i) 統計的地震予測の組織的研究
 地震発生現象は極めて多様で確率的性質を併せ持つため、決定論的モデルのみでは解明することが困難である。したがって地震発生の現実的な予知は確率予測にならざるを得ない。そこで、地震発生過程や地殻活動の素過程のそれぞれの研究の発展段階に見合った物理モデルを観測量と結びつける統計的モデルを追求するとともに、地震活動の静穏化や前震活動等の各種前駆的現象の報告例を統計学的に吟味し、これらを準備段階の判定や地震発生の確率的予測に結びつけるための研究を進める必要がある。