箱根火山を対象とした歪時間変化グラフの作成
道家涼介 *1

Drawing of strain time series graphs for the Hakone Volcano
byRyosuke DOKE*1

1.

想定していない変動源に対しては、変動を検出できない

はじめに神奈川県西部に位置する箱根火山では、数年に一回の可能性がある。

頻度で群発地震活動が発生し、その際に、同火山の膨張以上のような課題の一部を解決するため、歪の時間変を示唆する地殻変動が GPS により捉えられている（例化を自動的に計算し図化する仕組みを構築した。平面内

えば、原田ほか、2013、2015）。これまでの複数回のにおける歪は、x 軸方向（東西方向）、y 軸方向（南北方向）

群発地震活動における観測の結果、山体膨張を示唆すに沿った変形を表すεxx、εyy と、軸と垂直な方向の変形る GPS 基線の伸びは、約半月～ 1 ヶ月程度、群発地震を表す剪断歪εxy で記載される。この歪の 3 成分を求めに先行して生じていることが分かっている。しかしながるためには、3 基線における基線長変化が必要となる。

ら、GPS 解析結果に生じるバラつきのため、基線の伸びまた、面積歪はεxx、εyy を足し合わせることで記載するが有意であるかどうかリアルタイムで判断するのは困難ことが可能である。これにより、ダイク貫入や断層変位であり、判断できるまでに半月～ 1 ヶ月程度を要する。のような、異方性がある地殻変動が生じた場合でもそのそれを解決する方法として、箱根火山を取り囲む複数基変形を記載でき、なお且つ、スタッキング法では見出し線のデータをノイズレベルで規格化し、足し合わせるこづらかった、物理的に意味がある値を得ることができる。とによるスタッキング法が提案されている（宮岡ほか、本報告は、歪の時間変化の算出・グラフ作成の自動化に2014）。このスタッキング法では、単一の基線における関して、その概要を報告するものである。なお、歪の定時系列データのみの場合に比べ、S/N 比が向上し、例え義などについては、関連する文献を参照されたい（例えば、山体膨張による基線の伸びの立ち上がりを早期に検ば、鷺谷，2002）。

出できる利点がある。
一方、スタッキング法は、データの規格化を図っては2.

使用データいるものの、基本的にはデータを足し合わせただけなの使用した観測点の位置を図 1 に示す。箱根火山におで、異常の早期検出という面では有効な手法と言えるが、ける歪変化を求めるために、必ずしも図 1 に示した全その変化が持つ物理学的な意味については評価するのがての観測点のデータを使用するわけではないが、余裕難しい。例えば、スタッキング波形において伸びが認めをみてやや広域の観測点を抽出した。また、参照点とられた場合、それが全体の膨張を示すのか、特定の方向して対象地域からやや離れた GEONET 牧丘観測点（図への伸びを見ているのか、もしくは特定の観測点におけ1 の範囲外、北緯 35.747°東経 138.695°）も使用してる異常を見ているのかどうかを判断するためには、個々いる。温泉地学研究所および気象庁の観測点についての基線における時系列データに立ち返る必要がある。まは、Bernese ソフトウェア（Dach et al ., 2007）によりた、球状圧力源の膨張に起因する変化であれば、全てのルーチン的に日々の座標値を推定しており（道家ほか、基線で伸びが観測されるが、ダイク貫入などに起因する2013；Doke et al ., 2018a）、その解析結果を使用した。

変化が生じた場合は、必ずしも全ての基線が伸びになる

GEONET 観測点については、国土地理院が公開していとは限らない。スタッキングでは、想定した変動源に対る日々の座標値（F3 解および R3 解）を使用した。なする各基線の極性（値の正負）をそろえる必要があり、

お、神奈川県及びその周辺の GEONET 観測点について*1 神奈川県温泉地学研究所〒 250-0031

神奈川県小田原市入生田 586

報告 , 神奈川県温泉地学研究所報告 , 第 50 巻 ,45-52, 2018

－ 45 －図１

使用した GPS 観測点。白丸は国土地理院の GEONET 観測点、青丸は温泉地学研究所、緑丸は気象庁による観測点を示す。図中の赤線は活断層（中田・今泉編、2002）を示す。
は、温泉地学研究所の観測点のデータと合わせて、独自含む計 11 日の移動平均を求め、基準日（後述）との差に解析を行っているものの、静岡県や山梨県に位置するを、日々の変位のデータとした。なお、移動平均をとる

一部の観測点については未実施であることから、全ての際、直近の数日においては、当該日より後の観測日のデGEONET 観測点について、F3 解および R3 解を使用すータがないことから、最大の 11 日間よりも少ない日数ることとした。独自の解析結果と、F3 解・R3 解との間で平均値が算出されることとなる。これについては、今のギャップについては、独自解析結果における GEONET後検討し、改善していく必要があると思われるが、本稿小田原観測点（950230）の座標値が F3 解・R3 解の座執筆時においては、データが追加され次第、日々再計算標値と一致するように補正を行った。

することで値を更新することとしている。

そ の 後、 各 観 測 点 に お い て GEONET 牧 丘 観 測 点（950264）を基準とした南北、東西（および上下）の3.

各成分における距離を算出し、当該日と前後 5 日間を－ 46 －歪の算出
歪の計算は、道家ほか（2014）にて報告した手法にて

図２

歪の値を抽出した地点（青丸）。背景は、2013 年群発地震活動時に生じた歪変化を示す（道家ほか、2014 を改変）。

行った。詳細な説明はそちらに譲るが、同手法では、各

こでは直近 1 年間に十分な観測データがある観測点をGPS 観測点における変位を、Nearest Neighbor アルゴ対象とすることとし、基準日は 1 年前の日付を、そのリズムによって、緯度・経度方向に 0.05°× 0.05°のグ都度抽出することとした。すなわち、現時点から 1 年リッド点に補間し、グリッド点を結ぶ三角網を構築した

前を基準日として、各日の変位から歪を算出することと後、三角形ごとに歪を計算する。そして、計算された歪した。

は、三角形の重心の位置の値とする。
歪の算出に当たっては、プログラム上において、任意4.

歪時系列の図化の日付を基準日として選ぶことができるようにしてい歪の時間変化の図化に当たっては、算出される各地点る。ただし、各観測点の変位を反映するためには、基準の歪のうち、箱根火山における 2013 年群発地震活動時日と各日の双方において観測データが存在する必要があに正の面積歪変化が認められた地点（図 2 に示した青る。そのため、古い日付を基準日として設定した場合、○の地点）の歪の平均値をとってグラフ化した（図 3）。

近年増設した観測点のデータが反映されないという問題

なお、個々の地点ごとに算出された歪の値についてはバがある。科学的な研究を目的とするのであれば、全期間ラつきが大きく、観測点におけるデータの欠測や、観測でデータがある観測点のみを選択し等品質のデータで歪点増設の影響を受けるが（図 4）、複数地点の値を平均変化を見るのがよいが、火山における地殻変動をモニタ化することにより、値のバラつきは相殺され、軽減さリングする目的においては、直近に増設された、より多れていることが分かる。また、2015 年末に追加されたくの観測点のデータを使用するべきである。また、観測観測点（大涌谷観測点：OWKD、図 1）の影響で、いく網の強化により、今後、観測点が追加される可能性があ

つかの地点の歪の時間変化にステップが認められる（図ることに加え、これまで継続して観測されたデータが、4）。この様なステップは、隣接する地点間でトレード今後も継続して観測される保証もない。したがって、こオフの関係にあるため、平均化した結果（図 3）におい－ 47 －

図３

歪の時間変化グラフの出力結果（5 年間）。上から順に、東西方向の歪、南北方向の歪、剪断歪、面積歪の時間変化を示す。表示期間は、2013 年 5 月 1 日～ 2018 年 4 月 30 日で、歪算出の際の基準日は、2017 年 5 月 1 日。

－ 48 －

図４

地点ごとの歪の時間変化グラフ。上から順に、東西方向の歪、南北方向の歪、剪断歪、面積歪の時間変化を示す。

表示期間および基準日は、図 3 と同様である。地点番号の 1 ～ 8 は、図 2 に示した各地点の番号と対応する。

－ 49 －

図５2001 年以降の歪の時間変化グラフ。上から順に、東西方向の歪、南北方向の歪、剪断歪、面積歪の時間変化を示す。歪算出の際の基準日は、2014 年 1 月 1 日。

－ 50 －

て、相殺されている。

る。

5.

謝辞

長期間における歪の時間変化
以上により、定常的に箱根火山の歪を監視する仕組み

解析には、国土地理院が提供する GEONET 観測点のを構築することができたが、本手法の妥当性を確認する

日々の座標値のデータを使用しました。また、仙石原観ため、2001 年まで遡り歪の時間変化の算出を行った（図測点（J540）のデータについては、気象庁とのデータ5）。その際、計算の基準日は、便宜的に 2014 年 1 月交換協定に基づきご提供いただきました。本稿は 2 名

1 日とした。箱根火山では、2001 年、2006 年、2008-の査読者のコメントにより改善されました。ここに記し2009 年、2011 年、2013 年 お よ び 2015 年 に 群 発 地て感謝します。

震活動が発生しているが、それぞれの活動時において、山体の膨張を示唆する、東西、南北方向の伸長と、面積参考文献の拡大が認められる。また、剪断歪については、定常時

Dach R., Hugentobler U., Fridez P., Meindl M. (2007)

は、概ね一定のレートで変化していることが分かる。こBernese GPS Software Version 5.0, Astronomical

れは定常的な地殻変動によるものと考えられる。また、Inst. Univ. Bern.

2011 年に剪断歪が大きく変化しているのは、東北地方

代田寧・棚田俊收・丹保俊哉・伊東博・原田昌武・太平洋沖地震による影響である。箱根火山の群発地震に萬年一剛（2009）2001 年箱根群発地震活動に伴対応した剪断歪の変化はわずかながら認められ、特にった傾斜変動と圧力源の時間変化に関する研究，

2001 年、2015 年の活動時には、面積歪の変化に対応

火山，54，223-234．

して、剪断歪のレートも上がっている様に見える（図 5）。

道家涼介・原田昌武・宮岡一樹・里村幹夫（2013）神両イベントでは、箱根火山の浅部でクラックの開口が推奈川県を対象とした Bernese による GPS 統合解析

定されていることから（代田ほか、2009；Honda et al .,表示システムの構築，神奈川県温泉地学研究所報、剪断歪の変化は、それら
2018；Doke et al ., 2018b）

告，45，63-70．

による地殻変動を捉えた可能性がある。また、図 5 中

道家涼介・原田昌武・里村幹夫（2014）空間的に均質で歪の値がステップ状に変化する箇所が認められるが、な歪場の推定手法 ‐ Nearest Neighbor 法による

これは、いくつかの観測点の増設や欠測の影響を受けた

試み ‐ ，神奈川県温泉地学研究所報告，46，21-

もので、平均化処理によっても取り除けていないものが26．

あるためと考えられる。今後、原初データを精査するこDoke R, Harada M, Miyaoka K (2018a) GNSSとにより補正を行う必要があるだろう。

Observation and Monitoring of the Hakone Volcano
and the 2015 Unrest. J Disaster Res 13:526–534.

6.

doi: 10.20965/jdr.2018.p0526

まとめと今後の課題
GPS の変位から、歪の時間変化を計算し、時系列グラDoke R., Harada M., Mannen K., Itadera K., Takenaka J.

フの図化までを自動で行う仕組みを構築した。これによ(2018b) InSAR analysis for detecting the route ofり、単一基線長やスタッキング波形では得られない、変hydrothermal fluid to the surface during the 2015

形の方向やその大きさの時間変化を、歪という物理学的phreatic eruption of Hakone Volcano, Japan, Earth,に意味のある値で記載し、地殻変動をモニターすること

Planets and Space, 70:63. doi: 10.1186/s40623-

が可能となった。一方、異常の早期検出という観点に関018-0834-4

しては、現時点では十分な検討を行っていないため、依原田昌武・行竹洋平・宮岡一樹・本多 亮・板寺一洋・然として課題が残る。例えば、歪の時間変化に対して、

道家涼介・里村幹夫・吉田明夫（2013）箱根火山閾値を設定するなどが今後の展開として考えられる。閾

における群発地震活動の分類，神奈川県温泉地学

値を検討する上では、過去に取得されたデータの精査が研究所報告，45，1-8．

必要である。加えて、変位を算出する際にとる移動平均原田昌武・板寺一洋・本多亮・行竹洋平・道家涼介の期間、グラフの表示期間なども、異常をより検出しや（2015）2015 年箱根火山活動に伴う地震活動と地すくするよう、今後検討を行う必要があるだろう。また、

殻変動の特徴（速報），神奈川県温泉地学研究所報

気象庁が湯河原町鍛冶屋に設置している体積ひずみ計の告，47，1-10．

観測結果との比較なども今後の検討課題として挙げられ

Honda R, Yukutake Y, Morita Y, Sakai S, Itadera K,－ 51 －Kokubo K (2018) Precursory tilt changes associated中田高・今泉俊文編，2002，活断層詳細デジタルwith a phreatic eruption of the Hakone volcano

マ ッ プ， 東 京 大 学 出 版 会，60p．1Map，2DVD-

and the corresponding source model. Earth,ROM．

Planets Space, 70:117. doi: 10.1186/s40623-018-

鷺谷

0887-4威（2002）明治期以降の歪み集中帯，大竹政和・平宮岡一樹・原田昌武・道家涼介（2014）スタッキング法を用いた GNSS 地殻変動監視，温地研報告，46，
1-8．

－ 52 －

朝彦・太田陽子編『日本海東縁の活断層と地震テクトニクス』，東京大学出版会，133-150．