干渉 SAR 時系列解析による神奈川県西部地域周辺の地殻変動
道家涼介 *InSAR time series analysis for detecting crustal deformation around western part of
Kanagawa Prefecture
by
Ryosuke DOKE*

研究背景および目的

GNSS 観測網（GEONET）の観測点が比較的密にある地

人 工 衛 星 搭 載 の 合 成 開 口 レ ー ダ ー（Synthetic

域であるものの、その間隔は 10 ～ 15km 程度である。

Aperture Radar：SAR）の観測データを用いた干渉解析

箱根火山周辺においては、温泉地学研究所の観測点を加（SAR 干渉法）は、地震活動や火山活動などに伴う地殻

えるとおよそ 5km 間隔で GNSS 観測点が分布すること

変動を把握する有効な手法として、近年定着している。

になるが、例えば、2015 年の水蒸気噴火に前駆した大本手法は、衛星の回帰日数により同一観測条件での観測

涌谷の膨張（道家ほか、2015）の様な局所的な変位を間隔が規制されるものの、地表面の変位を面的に把握す抽出するのは困難である。したがって、干渉 SAR 時系

ることが可能である。これにより、地上の観測点（GNSS、

列解析により神奈川県西部地域における地殻変動速度を傾斜計など）の設置が困難な場所における変位や、これ面的に把握することは、同地域の複雑なテクトニクスをらの分布密度では捉えることのできない局所的な変位が評価する上で重要かつ基礎的なデータを提供するものと抽出可能になるなど、地殻変動観測において大きな強みいえる。また、神奈川県の平野部においては、生活およを発揮している。また、地表面における高密度の変位量

び工業目的で地下水の利用がなされていることから、解のデータから、詳細かつ複雑な変動源モデルの推定も可析結果は、地盤沈下のモニタリングにも貢献が可能と考。
能となった（例えば、Ozawa et al ., 2016）

えられる。本稿では、2006 ～ 2011 年に宇宙航空研究

1.

一方で、干渉 SAR 解析の結果には、大気遅延や電離開発機構（JAXA）により運用された陸域観測技術衛星

層遅延などに起因する様々なノイズが含まれているこ『だいち』（ALOS）に搭載された SAR センサー（PALSAR）とが知られており、これらのノイズを低減・除去するによる観測データを用いて実施した、神奈川県西部地域

様々な方法が提案されている（藤原ほか、1999；小林、における干渉 SAR 時系列解析の予察的な解析結果につ2016 など）。また、同一の観測条件で取得された多数

いて報告する。

のデータを用いる干渉 SAR 時系列解析（Beradino et al .,2002 など）も行われている。干渉 SAR 時系列解析では、

2.

方法

多数の干渉ペアをとり、同時に処理することによりノ

ALOS/PALSAR が神奈川県西部地域の図 1 に示す範

イズを除去し、変位量・変位速度を、数 mm（mm/yr）

囲を撮像した観測データの内、表 1 に示したデータをの精度で推定することが可能である。

使用した。使用したデータの内 407-690 は北行軌道

本研究では、干渉 SAR 時系列解析を神奈川県西部地で西側上空から観測されたもので、59-2910 は南行軌域に適用し、当該地域の地殻変動速度を面的に推定する道で東側上空から観測されたものである。解析には、ことを試みた。同地域は、フィリピン海プレートにのる

ENVI+SARscape ソフトウェアを用い、干渉 SAR 時系列

伊豆半島が本州に衝突する地域に当たり、非常に複雑な解析の手法のうち Small Baseline Subset（SBAS）法とテクトニクス場に位置している。活動度の高い活断層呼ばれる手法を適用した。本手法は、同一の衛星軌道上が多く分布するほか、2015 年に水蒸気噴火を起こしたから取得されたデータから、観測日の間隔および垂直軌

箱根火山も位置する。また、本地域は、国土地理院の道間距離（2 回の観測における衛星位置の相対的距離の* 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 49 巻 ,11-19, 2017

–11–

表1

36.0˚N
関東平野

35.5˚N90

59-291

407-6

箱根

0

富士山

35.0˚N

伊豆半島

34.5˚N138.0˚E

図1138.5˚E

139.0˚E

139.5˚E

140.0˚E

本研究で使用した ALOS/PALSAR データの範囲図。赤四角が北行軌道、青四角が南行軌道のデータを示す。

視線方向に垂直な成分）の短い干渉ペアを多数とり、各観測時における変位量、変位速度を推定する手法である（Beradino et al ., 2002）。本手法では、解析の際に、地表変動が滑らかに変化するという拘束条件のもと、高度の残差および変位速度をインバージョンにより同時推定
し、大気による位相成分を除去した各観測時の変位量を推定する。本研究では、軌道毎に垂直軌道間距離が概ね
1,000m 程度以内となる干渉ペアを抽出し、干渉 SAR
解析を行った後、目視により干渉の悪いペアを取り除き、北行軌道では 21 シーン・64 ペア、南行軌道では
21 シーン・57 ペアを解析に用いた。なお、北行軌道では、他のデータ群との間で衛星の垂直軌道間距離が大き使用したデータおよび観測日

北行軌道
南行軌道
407-69059-2910※
2006/7/27 1
2006/9/29
1
2006/9/11 2 2006/11/14
2
2007/6/14 3 2006/12/30
3
2007/7/30 4
2007/8/17
4
2007/9/14 5
2007/10/2
5 2007/10/30 6 2007/11/17
6 2007/12/15 7
2008/1/2
7
2008/1/30 8
2008/4/3
8
2008/3/16 9
2008/5/19
9
2008/5/1 10
2008/8/19※
2008/6/16 11
2008/10/4※
2008/8/1 12 2008/11/19
10
2008/9/16 13
2009/5/22
11 2008/12/17 14
2009/8/22
12
2009/2/1 15
2009/10/7
13
2009/6/19 16 2009/11/22
14
2009/8/4 17
2010/5/25
15 2009/12/20 18
2010/7/10
16
2010/2/4 19
2010/8/25
2010/3/22 20 2010/10/10
17
18
2010/5/7 21 2010/11/25
19
2010/8/7 ※2011/4/12
20 2010/12/23
21
2011/2/7※数字が振られていない観測日のデータ
は、解析から除外したデータを示す。

く離れている 3 シーンを除外した。また、南行軌道では、2011 年 3 月 11 日に発生した東北地方太平洋沖地震の後に取得された 1 シーンを除外した。
解析の際、S/N 比を向上させるため、衛星進行方向おなるよう補正を行った。その際、国土地理院が公開してよびレーダー照射方向の各ピクセルについて、それぞれいる日々の座標値（F3 解）を用いて、その座標値を 10

約 15m × 15m で平均化を行った。また、初期干渉画

日間のタイムウィンドウでフィルタリング処理したもの

像における地形の影響を取り除くため、国土地理院によを使用した。以上の解析の結果から得られた変位速度分る 10m メッシュの標高データと EGM2008 ジオイド高布（レーダー座標系）を、およそ 25m × 25m メッシ

モデル（Pavlis et al ., 2012）を使用した。解析結果におュの地理座標系に変換した。その際、高さの推定誤差がけるノイズ低減のため、Goldstein and Werner（1998）

5m 以下、変位速度の推定精度が 8mm/yr 以下となるピによるフィルターを適用したのち、解析により得られるクセルのみを対象とし、最終的な地表面変位速度マップ

位相データ（2 πサイクル）を Minimum Cost Flow アを得た。

プローチによりアンラッピングした。また、時系列解析

なお、南行軌道については、データの取得範囲に富士の際、座標既知の点（Ground Control Point：GCP）と山が含まれる。標高が周囲に対して極端に高い富士山周して、解析範囲内にある GEONET 観測点を使用し、各辺を含めた解析結果では、GNSS 観測点と同一地点のピ観測点における既知の座標変化との間で調和的な変位とクセルの変位と、GNSS の変位とを比較したところ、大–12–

35˚30'35˚24'

(a)

伊勢原市

d

(d)

35˚23'

35˚20'

秦野市

c
35˚22'

35˚10'

35˚21'b35˚00'

向衛星進行方

34˚50'

平塚市
35˚20'
139˚15'

km

レーダー
照射方向

0

シーン中心における入射角＝38.7°

138˚50'139˚00'139˚10'139˚20'139˚16'

139˚17'

仙石原

伊東

強羅

35˚15'

姥子

34˚58'

川奈

34˚56'

35˚13'

34˚55'

138˚59'

富戸

図2

大涌谷

芦ノ湖

35˚14'

34˚57'

34˚54'
139˚03'

139˚20'139˚30'(b)

34˚59'

139˚19'(c)

10

35˚16'

35˚00'

139˚18'139˚04'139˚05'139˚06'139˚07'139˚08'139˚09'139˚00'139˚01'

139˚02'

遠ざかる−20

139˚10'139˚03'

近づく

−10

0

10

衛星視線方向への変位 (mm/yr)

20

北行軌道の解析結果。
（a）全体、(b) 静岡県伊東市周辺、（c）箱根火山大涌谷周辺、（d）神奈川県平塚市・秦野市周辺。

きな差異が生じてしまった。富士山周辺の観測データをおける広域的な変位を示すものと解釈できる。

除外して解析を行ったところ、概ね GNSS の変位と調和

また、いくつかの地点において、全体の変位傾向に反的な変位が得られたので、本稿では、こちらを報告する。

して、衛星から遠ざかる変位も認められた。それらは、
伊豆半島東部の伊東市周辺（最大で約－ 15mm/yr；図3.

2b）、箱根火山の大涌谷西側（最大で約－ 23mm/yr；

解析結果

3.1.

図 2c）
、平塚市～秦野市周辺（約－ 1 ～－ 11mm/yr；

北行軌道

北行軌道（407-690）の解析結果を図 2 に示す。解図 2d）などである。

析結果は、衛星視線方向（西側上空からの視線）の変位速度を示したものであり、解析地域全体に約 4mm/yr

3.2.

南行軌道

で衛星に近づく変位が得られた（図 2a）。平野から山地南行軌道（59-2910）の解析結果を図 3 に示す。解を含む解析対象地域が、一様に隆起したとは考えづらい析結果は、衛星視線方向（東側上空からの視線）の変ことから、この変位は解析地域全体が西方に変位してい位速度を示したものであり、解析地域全体に約－ 4.5 ～ることを示しており、解析期間（2006 ～ 2011 年）に－ 5.8mm/yr で衛星から遠ざかる変位が得られた（図–13–

35˚30'35˚24'(a)(d)

d
35˚23'

35˚20'c
35˚22'

35˚10'b35˚00'

衛星進行方
向

35˚21'
レーダー
照射方向

平塚市
35˚20'
139˚15'km
34˚50'

0

シーン中心における入射角＝38.1°

138˚40'138˚50'139˚00'139˚10'139˚16'

139˚17'

仙石原

伊東

強羅

35˚15'

姥子

34˚58'

川奈

34˚56'

35˚13'

34˚55'

138˚59'

富戸

図3

大涌谷

芦ノ湖

35˚14'

34˚57'

34˚54'
139˚03'

139˚20'139˚20'(b)

34˚59'

139˚19'(c)

10

35˚16'

35˚00'

139˚18'139˚04'139˚05'139˚06'139˚07'139˚08'139˚09'139˚00'139˚01'

139˚02'

遠ざかる−20

139˚10'139˚03'

近づく

−10

0

10

衛星視線方向への変位 (mm/yr)

20

南行軌道の解析結果。
（a）全体、(b) 静岡県伊東市周辺、（c）箱根火山大涌谷周辺、（d）神奈川県平塚市周辺。

3a）。これは、北行軌道の解析結果で、解析地域全体が3.3.

2.5 次元解析

西向きに変位していたとする結果を支持するもので、解2 方向の衛星視線方向から取得された干渉 SAR 時系

析地域全体の大局的な変位を示すものである。なお、箱列解析の結果を用いて、より直感的に分かり易い方向

根火山～富士山周辺では、衛星に近づく変位（約 0 ～の変位速度に変換を行った。変換方法は、Fujiwara et

7mm/yr）が認められた。

al .（2000）により紹介された 2.5 次元解析と呼ばれる

また、北行軌道で衛星から遠ざかる変位が認められた手法で、異なる 2 つの衛星視線方向ベクトルがのる平箇所では、周囲よりも大きな速度で衛星から遠ざかる

面上の変位に変換するものである。本手法を適用するこ変位が認められた（図 3b ～ d）
。その変位速度は、伊東とにより、準東西方向、準上下方向の変位を得ることが市周辺で約－ 28mm/yr、大涌谷西側で約－ 20mm/yr、可能である。

平塚市周辺で約－ 7 ～－ 10mm/yr である。異なる視線

本手法を北行軌道と南行軌道の解析結果に適用した方向の観測結果に対して、周囲よりも相対的に衛星から結果を図 4、5 に示す。この解析は、両データにおける遠ざかる変位を示していることから、これらの変位は沈ピクセル毎の変位速度（図 2、図 3）に加え、解析時に降を示しているものである。

得られる各ピクセルの視線方向ベクトルの値を用いて、–14–

35˚30'35˚24'(a)(d)

d
35˚23'

35˚20'Ac
35˚22'

35˚10'

35˚21'b35˚00'

平塚市
35˚20'
139˚15'km
034˚50'

138˚50'139˚00'139˚10'139˚20'139˚16'

139˚17'

仙石原

伊東

強羅

35˚15'

姥子

34˚58'

川奈

34˚56'

35˚13'

34˚55'

138˚59'

富戸

図4

大涌谷

芦ノ湖

35˚14'

34˚57'

34˚54'
139˚03'

139˚20'139˚30'(b)

34˚59'

139˚19'(c)

10

35˚16'

35˚00'

139˚18'139˚04'139˚05'139˚06'139˚07'139˚08'139˚09'139˚00'139˚01'

139˚02'

西向き

139˚10'−20

139˚03'

東向き

−10

0

10

準東西方向への変位(mm/yr)

20

準東西成分における変位速度。
（a）全体、(b) 静岡県伊東市周辺、（c）箱根火山大涌谷周辺、（d）神奈川県平塚市周辺。

GIS ソフトウェアの画像演算機能を用いて計算したもの

方向の点から、それが正しいかどうかは検討が必要であである。両データの衛星視線方向ベクトルが作る平面のる。例えば、先述したように、富士山周辺のデータが解

走向・傾斜は、ピクセル毎に値に前後があるものの、概析結果に新たな誤差を生み出している可能性も否定でき

ね N89°W・85°N である。

ないため、この箇所の結果の妥当性については、今後十2.5 次元解析の結果において、準東西成分の変位をみ分に検討する必要がある。

ると、先に述べたとおり、解析地域全体が西方に変位

また、準上下成分においては、富士山～箱根周辺や、していることが分かる（図 4a）。一方、富士山のふもと

伊豆半島でやや隆起する傾向が認められ、神奈川県の平にある御殿場市周辺（図 4a の A 地点周辺）と箱根火山

野部においては、変位無し、もしくはやや沈降の傾向がの一部では、ほぼ変位無し、もしくは東向きの変位を認められた（図 5a）。先述した、顕著な沈降箇所である、示している。この期間、富士山周辺や箱根火山周辺で伊東市周辺、大涌谷西側、平塚市周辺では、それぞれ、は、山体の膨張が観測されていることから（原田ほか、

最大－ 29mm/yr、－ 30mm/yr、－ 9mm/yr の沈降速

2010）、これらの変位が、解析地域全体における西向き度が得られた（図 5b ～ d）。

の変位を打ち消している可能性があるが、変位量・変位–15–

35˚30'35˚24'(a)(d)

d
35˚23'

35˚20'c
35˚22'

35˚10'

35˚21'b35˚00'

平塚市
35˚20'
139˚15'km
034˚50'

138˚50'139˚00'139˚10'139˚20'139˚16'

139˚17'

仙石原

伊東

強羅

35˚15'

姥子

34˚58'

川奈

34˚56'

35˚13'

34˚55'

138˚59'

富戸

図5

4.

139˚04'139˚05'139˚06'139˚07'139˚08'139˚09'139˚00'139˚01'

139˚02'

下向き

139˚10'−20

139˚03'

上向き

−10

0

10

準上下方向への変位(mm/yr)

20

準上下成分における変位速度。
（a）全体、(b) 静岡県伊東市周辺、（c）箱根火山大涌谷周辺、（d）神奈川県平塚市周辺。

考察

4.1.

大涌谷

芦ノ湖

35˚14'

34˚57'

34˚54'
139˚03'

139˚20'139˚30'(b)

34˚59'

139˚19'(c)

10

35˚16'

35˚00'

139˚18'間、2009 年 12 月 17 日から伊豆半島東方沖では、地

伊豆半島東部の地殻変動

震活動が発生しており、GNSS 観測においてダイクの貫

伊豆半島東部の伊東市付近においては、局所的な沈降入を示唆する変位が観測されている（例えば、国土地理が認められた。この付近において、沈降が見られた地点

院、2010）。したがって、干渉 SAR 時系列解析におい（図 2b の青■）とそれ以外の地点（図 2b の赤■）の 2て認められた局所的な沈降は、伊豆半島東方沖の地震活点を選択し、両地点の北行軌道の結果における時系列変動に伴う地殻変動を見ていると考えられる。GNSS の解化グラフを作成した（図 6）。この結果、2009 年 8 月 4析結果から変動源のモデルが提案されているが（例えば、日の観測までは、両地点は同傾向の変位を示すのに対し、国土地理院、2010）、このモデルでは SAR で観測され2009 年 12 月 20 日の観測で、青■の地点が顕著に衛た地表面変位の一部しか説明できないので、今後、SAR星から遠ざかる変位を示した。このことから、同地域データを説明する詳細な地殻変動モデルについて検討すにおいて認められた沈降は、2009 年 8 月 4 日～ 12 月

る必要があるだろう。

20 日の間に発生もしくは開始したと考えられる。この

–16–

60

20

0

-20

-60

赤：図2bにおける■の地点の変位
青：図2bにおける■の地点の変位
1-Mar-08

11-Sep-06
図62009/08/04-40

2009/12/20

衛星視線方向への変位[mm]4019-Aug-09

日付

7-Feb-11

静岡県伊東市における変位の時系列グラフ。各グラフは、それぞれ図 2b において示した各色の■の位置における各観測日の変位（2006 年 9 月 11 日を基準）を示す。

4.2.

降速度は約 9mm/yr と見積もられた（図 5d）。この沈大涌谷西側における地表面変位

大 涌 谷 の 西 側 に お い て は、 準 上 下 成 分 で 最 大 約

降は、水平変位を伴わず（図 4d）、純粋な沈降成分を示し、30mm/yr という大きな速度で沈降する箇所が認められ平野部における地盤沈下を見ているものと解釈される。

た（図 5c）。また準東西成分に着目すると、沈降域の西側で東向きの変位、東側で西向きの変位を示しており、

5.

まとめ

沈降域の中心に向かい収縮するような変位を示している

ALOS/PALSAR データの干渉 SAR 時系列解析を実施（図 4c）。このことから、
大涌谷西側の本地域においては、し、神奈川県西部を中心とする地域の地表面変位速度の収縮が卓越しているものと考えられる。この地表面変位マッピングを行った結果について報告した。

は、標高約 702m（地表からの深さ約 300m）付近に、
4

対象地域全体においては、西向きの変位が卓越してお3

年間 1.04 × 10 m の速度で収縮する球状圧力源（Mogi,

り、これは、この地域の大局的な変位を示しているも1958）の存在を仮定すると、説明することが可能であのと考えられる。また、局所的な変位として、2009 年

る（図７）。この収縮源が、何を示しているかは不明で

12 月 17 日から伊豆半島東方沖で発生した地震に伴うあるが、この変位から約 400 ～ 500m 東に位置する活変位、大涌谷西側における収縮源、平野部における地盤

発な噴気域で、2015 年の火山活動に伴い膨張が見られ沈下を検出した。大涌谷西側における収縮源の存在は、たことを考えると（道家ほか、2015）、収縮は過去に存

これまで地上からの観測では抽出されておらず、箱根火在した噴気域が衰退している様子を見ている可能性も挙山浅部における熱水の分布や移動を考える上で重要な結げられる。

果と言える。
今後、隣接する地域についても同様の解析を実施し、4.3.

今回解析した地域を含め、プレート収束帯における地殻

平野部における沈降

2.5 次元解析の結果、神奈川県西部～中部の平野部に変動速度を面的にマッピングすることを試みると共に、

おいて、周囲よりも沈降速度がやや大きい箇所がいくつ

地殻変動を説明する変動源モデルについても解析を進めか抽出された。特に顕著なものは平塚市付近で、その沈

ていく。
–17–

（a）

（b）

35˚15'00"

35˚15'00"

35˚14'30"

35˚14'30"

35˚14'00"

139˚00'30"

35˚14'00"
139˚01'30"

139˚01'00"（c）

35˚15'00"

35˚14'30"

35˚14'30"

図7

139˚01'00"

139˚01'30"

139˚00'30"

139˚01'00"

139˚01'30"（d）35˚15'00"

35˚14'00"

139˚00'30"

139˚00'30"

35˚14'00"
139˚01'30"

139˚01'00"

遠ざかる
近づく
大涌谷西側における地表面変位を説明する変動源モデル。
（a）北行軌道の観測値、（b）北行軌道のモデル値、(c) 南行軌道の観測値、（d）南行軌道のモデル値。モデルの推定は、変化が顕著な箇所を 20m 間隔、それ以外を
−20

−10

0

10

20

100 m 間隔で再サンプリングしたデータを対象に実施した。×の地点は、変動源モデルの水平位置を示す。モデ
衛星視線方向への変位 (mm/yr)
ルパラメータについては本文を参照。

–18–

Goldstein R. M., Werner C. L. (1998) Radar

謝辞
本研究で使用した ALOS/PALSAR データは、火山噴火

interferogram filtering for geophysical applications,

予知連絡会衛星解析グループを通して JAXA から提供頂

Geophys Res Lett, 25, 4035–4038.

きました。原初データの所有権は、JAXA および経済産

原田昌武・細野耕司・小林昭夫・行竹洋平・吉田明夫

業省にあります。２名の査読者のコメントにより本稿は（2010）富士山及び箱根火山の膨張歪と低周波地改善されました。ここに記して感謝します。

震活動，火山，55，193-199．
小林知勝（2016）数値気象モデルを用いた干渉 SAR の参考文献

大気遅延誤差の低減効果について～ 2015 年桜島Berardino P., Fornaro G., Lanari R., Sansosti E. (2002) A

マグマ貫入イベントの解析を例に～，測地学会誌，

new algorithm for surface deformation monitoring

62，79-88．

based on small baseline differential interferograms,

国土地理院（2010）伊豆地方の地殻変動，地震予知連

IEEE Transactions on Geoscience and Remote絡会会報，84，164-203．

Sensing, 40, 2375-2383.
道家涼介・原田昌武・竹中藤原Mogi K. (1958) Relations between the eruptions of

潤（2015）干渉 SAR によvarious volcanoes and the deformations of the

る 2015 年箱根火山の活動に伴う大涌谷の地表面

ground surfaces around them, Bull Earthq Res Inst,変位，神奈川県温泉地学研究所報告，47，1-10.

36, 99-134.

智・飛田幹男・村上亮・中川弘之・Rosen P.

Ozawa T., Fujita E., Ueda H. (2016) Crustal deformation

A.（1999）干渉 SAR における地表変動検出精度向associated with the 2016 Kumamoto Earthquake

上のための基線値推定法と大気 ‐ 標高補正，測地and its effect on the magma system of Aso volcano,

学会誌，45，315-325．

Earth, Planets Sp, 68, 186.

Fujiwara S., Nishimura T., Murakami M., Nakagawa H.,

Pavlis N.K., Holmes S.A., Kenyon S.C., Factor J.K.

Tobita M. (2000) 2.5-D surface deformation of(2012) The development and evaluation of theM6.1 earthquake near Mt Iwate detected by SAR

Earth Gravitational Model 2008 (EGM2008).

interferometry, Geophys Res Lett, 27, 2049-2052.

J Geophys Res Solid Earth 117:n/a-n/a. doi:
10.1029/2011JB008916

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–20–