[S-SS12] 海域地震津波地殻変動観測の最前線

[SSS12-P03] 重錘形圧力天びんを用いたRBR社製海底水圧計の室内加圧実験および実海域試験による精度評価

鈴木 秀市¹、佐藤 真樹子¹、*太田 雄策¹、日野 亮太¹ (1.東北大学大学院理学研究科附属地震・噴火予知研究観測センター)

海底水圧計は海域における地殻上下変動場を連続的に計測できる観測センサーである。これら地殻変動の定量的検出を目的とした観測においては、Paroscientific社製の水圧観測センサーが使われることが多い。一方、データロガー部を含めたシステム全体の消費電力が比較的大きいため、自己浮上式装置による長期・多点観測の実現の阻害要因となっていること、また、センサー自体の調達コストが高価であるなどの課題が存在する。一方、近年、地球科学用途を視野に入れたより低廉な水圧センサーが登場している。本研究ではそれらセンサーのうち、RBR社製Duet3T.Dに着目する。データロガー部と一体化している同製品は、空中重量0.4ｋｇ、水中重量0.07ｋgと小型かつ軽量で、低消費電力である。一方、Paroscientific社製センサーと比較した同センサーの精度評価は十分ではない。これらの背景に基づき、本研究ではRBR社製センサーの精度評価を目的とし、室内加圧実験および実海域におけるParoscientific社製センサーとの比較実験を行った。
室内加圧実験には正確に圧力を生成できる重錘形圧力天びんを用いて行った。Paroscientific社製センサーは、1/16インチの圧力配管を直接接続できる圧力ポートを持つため、圧力天びんから直接印加が可能である。しかし、RBR社製センサーは受圧ポートがセンサー外部に暴露している構造を持つため、そのままでは圧力天びんから加圧することができない。そのため、RBR社製センサーと圧力天びんを接続するための耐圧容器を開発し、その容器内に満たした清水を介して加圧した。実験時にはParoscientific社製センサーとRBR社製センサーを並列につなぎ、同時に加圧した。圧力天びんを用いた試験は5回の加圧実験を1セットとして行い、実験終了後は水圧センサーを含めた系を圧力天びんから切り離し、約40MPa（室温変化等により厳密に一定にはできない）で圧力保持した。この実験を1週間に１セットずつ行うことで、短期的な安定性および長期の機器ドリフト特性などを明らかにすることを目指した。その結果、重錘形圧力天びんが安定して圧力を生成している約2分間の間、両センサーの出力値はともに安定していること、短期的なばらつきは、Paroscientific社製センサーの方がRBR社製センサーよりも小さく、前者の測定分解能が高いことが明らかになった。一方で、圧力天びんにより加圧している約2分間におこる圧力の経時的な微小変動の様子は，両者の記録間でよく一致していることから、RBR社製センサーはParoscientific社製センサーに比べて測定の分解能の面では劣るものの、計測値の時間平均をとることにより数分程度の時定数の圧力変動を測定する上ではParoscientific社製センサーに匹敵する圧力データを提供できる可能性があることが分かった。
さらに、実海域において、両センサーの同時観測を実施した。具体的には三陸沖北部における海底間音響測距観測の補正を目的として実施した海底圧力観測の際に、Paroscientific社製センサーとRBR社製センサーの並行観測を行った。その結果、観測機器を設置した直後の機器特有の長期ドリフト成分はRBR社製センサーの方が明瞭に大きいものの、それらを指数関数と１次関数の組み合わせで除去した時系列で見た場合、数時間以上の帯域において、両センサーで得られた圧力変動の記録はよい一致を示した。これら室内実験および実海域試験の結果は、RBR社製センサーによって、Paroscientific社製センサーと同程度の品質で海底圧力観測が実現できることを示唆する。発表では、より長期の室内実験データや、他の海域における並行観測結果も用いて、より詳細な議論を行う。