Ocean Hemisphere Project

平成１１年度の研究成果

海洋底観測研究班（第２班）

　海洋底観測研究班の目的は、海底および孔内における長期観測、海底における長期電磁気観測、さらに海底測地観測を実現させ、陸上観測網と有機的にリンクさせてグローバルなマントル・コアイメージを向上させ、またリージョナルな西太平洋マントルの状態、プレート境界近傍での海洋プレートの移動を詳細に描き出すためのデータを得ることである。平成11年度の成果は大きく３点である。

１）海底孔内地震・地殻変動観測システムのJT-1、JT-2孔への設置に成功
　前年度までは、西太平洋の1000 kmメッシュ広帯域高性能地震観測ネットワークの建設に必要な海底孔内地震・地殻変動観測システムの要素開発とそのインテグレーション、および試験観測を通じた高度化をすすめてきた。並行して、観測システムを設置して実海域における観測をスタートするための海底孔の掘削を、西フィリピン海盆（WP-1）、北西太平洋海盆（WP-2）、三陸沖日本海溝陸側斜面（JT-1、JT-2）の3海域について国際深海掘削計画（ODP）に提案し、その実現を働きかけてきた。
　このような開発と海底掘削に向けた努力がようやく実を結び、11年度は、ODP186次航海で三陸沖日本海溝陸側斜面に1150孔（JT-1）と1151孔（JT-2）を掘削し、海底孔内地震・地殻変動観測システムを設置することに成功した。それぞれの観測システムの機器構成は、広帯域地震計（Guralp社CMG-1T）、稍広帯域地震計（PMD社2123）、傾斜計（Applied Geomechanics社510）、ひずみ計（Sacks-Evertson型）からなる。設置後の９月には海洋科学技術センターのROVが観測システムに近づき、３年間の長期観測に必要な電力を発電する能力を持つ海水電池と観測システムをつないでシステムを起動し、試験的な観測をスタートした。その際、８時間分の観測記録を入手することができた。観測システムやその解析結果等については、本ニュースレターの記事「海半球ネットワーク海底孔内地球物理複合観測所のシステムと設置」に詳しく述べられているので、そちらを参照されたい。
　また、北西太平洋海盆（WP-2）、西フィリピン海盆（WP-1）の掘削は、それぞれODP191次航海（2000年７－９月）とODP195次航海（2000年３-４月）で行われることが国際深海掘削計画で認められた。

２）海底設置型広帯域地震計の実海域での観測
　ROVによるシステム起動の際に、システム開発研究班（３班）で開発してきた自己浮上型広帯域地震計をJT-1近くに海底設置し、孔内観測と同じGuralp社CMG-1Tセンサーを用いての比較観測を行った（図１：ROVのテレビカメラが捉えた観測中の海底設置型広帯域地震計）。

その際、沈降時、海底観測時、浮上時の姿勢のバランスの確認をはじめ、機器の動作状況の確認などを水中音響データ通信機能を利用して実施するといった各種試験を行った。これにより、海底設置型広帯域地震計は、ジンバルをはじめとする要素単体、要素間通信による協調的作動、およびシステム全体が当初の設計通りに機能していることが確認できた。観測記録を解析しての結果からは、海底設置型の水平動成分が上下動成分よりは10 dBほどノイズスペクトルが高いことが確認された（図２）。

図２　海底設置による観測と孔内観測で得られたノイズスペクトルの比較。CMG1T sea floorは海底設置型広帯域地震計、L25Bは高感度の自己浮上型海底地震計（4.5 Hzセンサー）、NEREID-1とPMDはJT-1孔内観測によるノイズスペクトルを示している。　（荒木英一郎氏の博士論文より）

この点については、その原因を確認するための各種の試験を行っている最中である。この孔内と海底における比較観測はいろいろな情報を含んでおり、広帯域地震観測を高度化していく上での重要な知見を得ることができた。
　また、北西太平洋海盆（WP-2）での孔内観測のさきがけとして、平成11年８月に東京大学海洋研究所白鳳丸航海で自己浮上型広帯域地震計をWP-２掘削予定点近くに設置し、約10ヶ月の長期連続観測を開始した（なお、平成12年５月 27日に海洋科学技術センターの「みらい」船上から、水中音響通信により自己浮上させて回収することができた旨の朗報がとどいており、記録が楽しみである）。

３）PHS（フィリピン海）長期海底地震・電磁気アレー観測（設置航海）
　マントル下降流の中心域である、マリアナ海溝-フィリピン海-東シナ海-中国大陸東部を結ぶ測線上および周辺に、海底地震・電磁気観測アレーを平成11年11月に展開し、約８ヶ月の観測を開始した（図３）。

図３　フィリピン海長期海底地震・電磁気アレー観測の測線。OBS1-15が地震観測点。OBEM1-7が電磁気観測点。

この観測により、海溝から沈み込んだ後の太平洋プレートの行方、背弧海盆および背弧大陸の上部マントルから遷移層にかけての力学的・熱的構造、プレート沈み込みとそれに関連する大規模なテクトニックな過程に関する理解が大きく進展することが期待される。海底地震観測のねらいは、測線の延長線周辺（例えばトンガ-ケルマディック海溝周辺）で発生する遠地地震の実体波を捉えることで、従来までの観測点配置では得られなかった高解像度での速度構造の解明を目指している。海底電磁気観測では、地磁気および海底電位差変動の観測を行ない、数百kmまでの深さのマントルの電気伝導度構造の解明がねらいであり、平成12年６月に用船によりアレー全体を回収する予定である。

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