箱根機動観測点の設置方位推定
本多亮 *1・行竹洋平 *1・安部祐希 *1・酒井慎一 *2

Azimuth verification of temporary seismic observation sites
in and around Hakone volcano
by*1Ryou HONDA , Yohei YUKUTAKE*1, Yuki ABE*1 and Shin’ichi SAKAI*2
1.

えば、平田ほか , 2009; 酒井・平田 , 2009; 笠原ほか ,はじめに2015 年に発生した箱根火山の群発地震活動は、6 月2009）に適用された地震計設置方位の推定手法（加納29 日の水蒸気噴火を経て、10 月ごろにはほぼ通常のほか , 2015）を踏襲した。

地震活動の状態まで回復した。この活動中、温泉地学研究所（以下、温地研）では東京大学地震研究所（以2.

データ下、地震研）の協力を得て 6 か所で機動地震観測を行

本研究では、図１に三角で示した 39 か所の機動観測った。さらに、箱根火山直下の地震波速度構造を推定す点について地震計の設置方位を推定した。その際、図１るため、2016 年 7 月 25 日から翌年 9 月 14 日まで箱に四角で示した当所の定常観測点の設置方位が正しいこ

根内外の 34 か所に地震計を設置して、微小地震の観測とを仮定してそれらを基準観測点と定義し、その波形をを行った。これらの観測点は、道路わきのコンクリート機動観測点の設置方位推定のためのリファレンスとしてや露岩などに石こうを用いて固定、もしくは地中に埋設用いた。

され、定期的にデータ回収とメンテナンスを実施した。

観測期間に発生した地震のうち、USGS のカタログ観測に使用したセンサーはサーセル社製 2Hz 計（L22E-に記載されている震央距離が 25 度以上 120 度以下の3D）、レナーツ 社製 1Hz 計（LE-3Dlite MkII）および範囲にある M ７以上の地震の波形を用いて解析を行っ

CHONGQING GEOLOGICAL INSTRUMENT FACTORY 社た。震央分布と地震のリストを図２と表１にそれぞれ示製 2Hz 計（CDJ-S2C-2）である。
（行竹ほか、2016）。

す。ボアホール観測点などのセンサー方位の推定方法と地震波速度構造解析では主として P 波および S 波のして、複数観測点間の波形相関を用いることが多い。そ走時データを使用する。この場合、重要なのはデータのの際に使用する周波数帯は、観測点間で地震波形のソー時間の精度と観測点の位置情報である。一方、異方性のス・パス・サイトの影響が無視できるよう、50 ～ 100

解析やレシーバ関数解析などに使用する場合には、地震秒程度の十分長周期の波を用いる（例えば汐見 ,2013；

計の水平成分がどの方向を向いているかという点も解析加納他、2015）。しかし、本報告でセンサー方位の推定上重要である。短期間の観測である機動観測の場合、方を行う地震計は、1Hz もしくは 2Hz 計であり長周期帯位磁石を用いて地震計の水平 2 成分を南北方向と東西の感度がよくない。また、観測に使用した機材のうち、方向に合わせるのが一般的であるが、実際には設置環境

レナーツ社製 1Hz 計と計測技研製 HKS-9700 の組み合や作業時間の制約により正しい方位に地震計を設置するわせでは、周期 20 秒程度より長いフィルターをかけるのは難しい。そこで本研究では、異方性解析などにデーと 600 秒ごとに周期的にノイズが入る現象がみられた。

タを使用する前段階として、設置した地震計の方位の推この原因についてレナーツ社に問い合わせたところ、セ定を行った。なおこの機動観測の際には、温地研の定常ンサー内部に 600 秒ごとにノイズを発生させるような観測点と同様に地震計の設置方位は真北（対象地域にお機構は存在せず、機器の組み合わせによって GPS、電源ける磁気偏角は、西偏約 7 度）を基準としている。設あるいはアース線などからのノイズの影響があるのでは置方位の推定方法は、首都圏地震観測網 MeSO-net（例ないかとの回答であった。本報告では、このノイズの原*1 神奈川県温泉地学研究所*2 東京大学地震研究所〒 250-0031〒 113-0032

神奈川県小田原市入生田 586

東京都文京区弥生 1-1-1

資料 , 神奈川県温泉地学研究所報告 , 第 52 巻 , 69-77 2020

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図１

観測点分布図。黒い三角が解析対象の観測点。ピンクとオレンジの■はそれぞれ温地研のボアホール観測点と地表設置の観測点であり、本研究では基準観測点と定義した。
因特定は難しいと判断し、観測波形にこのノイズの影響が見られない 10 秒から 20 秒の帯域のバンドパスフィルタをかけ積分して得られた変位波形を用いて、方位の推定を行うことにした。P 波の見かけ速度が８km/s とすると、周期 10 秒の波の波長は 80km 程度となり、基準観測点との距離の最大値である 10km 程度は波長の1/4 程度に相当する。
方位の推定には水平成分の波形を使用することから、S 波もしくは表面波部分を解析の対象とすることが多い。しかし、この周期帯では P 波および S 波の後続波の振幅もそれなりに大きくなり、50 ～ 100 秒の帯域を用いた解析のように S 波と表面波を含めるために 1 時間程度の長さの波形を用いると伝播経路の影響が無視できない可能性がある。そこで、本解析では P 波の到達時刻を含む 150 秒間の波形を切り出して解析に使用した。
図２

解析に使用した地震の震央分布図。点線で描かれた二つの円は、角距離 25°と 120°を示す。赤丸は震央位置。数字は表 1 に示す地震の識別番号（ID）。
－ 70 －

3.

地震計設置方位の推定ある二つの観測点の地震計が異なる方位を向いている表１

解析に使用した地震のリスト。発生日時（JST）、緯度、経度、深さ、マグニチュードを示す。

るイベント k の東西および南北成分であり場合、一方の観測点の水平２成分の波形を，座標軸を回,転させながら両者の波形の相関係数を計算すると、両者は対象観測点 i におけるイベント k における波が同じ方位を向くように回転させたときに水平 2 成分形を角度φだけ回転させたものである。2 成分の相関係のそれぞれの相関係数が最大になることが期待される。

数の平均

そこで、方位の推定対象の観測点の水平 2 成分の波形いて求めたのち、それらの重み付き平均を以下のようにを回転させながら、方位が正しいことが保証されているして求める。

を、全ての基準観測点とイベントにつ観測点の水平 2 成分の波形との相関係数を計算し、対象観測点の方位ずれを推定する。本解析では、温地研が箱根火山周辺に設置したボアホール及び地上設置の定常

ただし、観測点を基準観測点とした（図１）。ボアホール観測点それぞれ示し、重み係数についてはジャイロで方位を測定して地震計を設置して点の距離おり、ボアホール、地表いずれの設置方法でも真北を基して以下のように定義する。

,

は基準観測点およびイベントの個数をは対象観測点と基準観測と相関係数の最大値の関数と準としている。
方位を推定する観測点間距離は最大でおよそ 10km離れており、わずかながら走時差が発生する。そこでイベントごとに基準観測点と対象観測点の走時の補正を行った。具体的には、方位ずれの影響を受けない P 波の上記の関数は、相関係数が 0.65 未満のときには 0 にな上下動成分を用いて、時間をずらしながら相関係数を計り、それ以外の場合には観測点間の距離と相関係数に応算し、相関係数が最大となったときの時間ずれの大きさじた重みとなる。

が最大値をとる時の角度から得られる方位を観測点 i におを走時差 ( τ ) とした。
次に、以下の手順に従って方位の推定を行う。ある観ける設置方位とする。ただし、HKN32 と HKN37 につ

測点 i で得られたイベント k に対する波形を、-179 度いては観測波形の相関が悪く、閾値が 0.65 では結果がから 180 度まで 1 度刻みで回転させ、あらかじめ求め得られなかったため、相関係数の閾値を 0.55 とした。

た走時差を補正して基準観測点 j の東西・南北成分とのまた、HKN27 は閾値を下げても相関の良い結果は得ら

相互相関係数、を求める。

れなかった。
設置方位の推定誤差も加納ほか（2015）と同様に、以下の式によって求めた。

ただし、ここで、φは回転角、,は基準点 j におけ－ 71 －である。

図３

各観測点で得られた回転角の分布と最終的に推定された設置方位のずれ。

－ 72 －

図３

つづき－ 73 －図４設置方位のずれの推定結果。

－ 74 －

4.

した場合などである。そこで、複数方向にずれが予想さ結果と考察の分布をローズダイアグラムで示す。たれた観測点については、メンテナンス記録と照合してセだし、水平 2 成分の平均相関係数が 0.6 より大きいイ

ンサーの設置方向が変わった時期と思われる時期を挟んベント・観測点ペアの場合のみ、数をカウントした。図で二つの期間に分割し、それぞれ設置方位の推定を行っ

３から、概ね 30 度程度のばらつきを持つ観測点が多いた。メンテナンス記録から推定できたセンサーの方位変が、いくつかの点では 90 度あるいは 180 度方位がず化の時期は、HKN08 が 2017 年 6 月 14 日、HKN20 がれていると見られることがわかる。この原因としては、

2017 年 2 月 14 日、HKN23 が 2017 年 4 月 25 日であ設置時の方位合わせの際のミスやセンサーケーブルの付る。HKN12 はセンサー調整の明確な記載がなかったが、け間違いなどが可能性として考えられる。

2017 年 4 月 13 日になんらかのトラブルを思わせる記

図３に、

HKN05、HKN08、HKN12、HKN20、HKN23、述があることから、この日の作業によって方位が変わっ

HKN32 では、ローズダイアグラムに複数のピークがあたと判断した。HKN05、HKN32 はセンサーを動かしたるように見える。
（図３）。この原因として考えられるのような記録がないことから、解析時期を分けずに方位ずは、観測期間中に何らかの理由でセンサーを設置しなおれの推定を行った。

表２

設置方位の推定結果を表に示す。一列目がサイト名、2 列目 3 列目はそれぞれ設置方位（北から時計回りの角度）と推定誤差 ( 度 )、N は解析に使用できたサンプル数である。HKN08、HKN12、HKN20、HKN23 については、観測期間中に方位が変わっているため、メンテナンス記録から方位変化の時期を推定し、その前後で二つの期間に分けている。期間を区切った時期については、本文を参照のこと。なお、HKN27 は解析可能なペアがなかったため省略した。

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各観測点における相関係数の重み付き平均をが最大値をとる時の回転角を、図

本報告では、2016 年 7 月から 2017 年 9 月にかけてから得られたセ行った機動地震観測のセンサー設置方位について検討しンサーの設置方位とその推定誤差、解析に使用したサンた。その結果、おおむね数度以内の方位ずれの観測点がプル数を表２に示す。設置方位の推定誤差はほぼ数度以多かったものの、一部の観測点では 90 度以上の設置方内となっている。2 つの観測点（HKN09、HKN12）で位のずれがあることが分かった。また、観測期間中にセ90 度近い方位のずれがあり、７つの観測点（HKN19、ンサーを設置しなおした際に、設置方位が変わっている

HKN28、HKN29、HKN37、HKN20、HKN23） で 180観測点もあった。

図４に、３にオレンジの矢印で示す。また、

５．結論度の方位ずれがあることが分かった。また、メンテナン

火山活動や地震の前後に置いて地殻内の応力場が変ス時に方位を大きく変えてしまった観測点も４か所化し、S 波スプリッティング解析などから推定される（HKN08、HK12、NHKN20、HKN23）あった。

異方性に変化が現れる現象が報告されている（例えば、

HKN27 は、今回の条件では解析可能なサンプルがな

Savage et al. , 2010）。また、断層破砕帯など微小クラッかったため、表から除外した。この観測点は箱根の外輪クが集中する領域とその周辺でも異なる異方性が検出さ山の南端付近に位置し、芦ノ湖スカイラインのすぐわきれることもある（例えば、Nihara et al. , 2013）。このよの地面に埋設されているが、普段から S/N が悪い。周うな解析では、センサーの設置方位のずれがそのまま結辺は広く笹に覆われており、地盤の状況があまりよくな果に影響を与えるため、本報告であきらかとなったよういことや、スカイラインを走行する自動車によるノイズな設置方位のずれをあらかじめ修正したうえで、解析をなどの影響と考えられる。

実施する必要がある。

なお、参考のために駒ヶ岳観測点（KOM）を基準点としたときの、定常観測点におけるセンサーの推定方位謝辞を表 3 に示す。このようにほぼ正確な方位で設置され本原稿は、加藤照之所長と原田昌武博士のコメントにている観測点同士であっても、数度の方位ずれと推定誤より、大幅に改善されました。記して感謝いたします。

差が得られる。これは、推定に使った周期帯では局所的な速度構造のばらつきなどの影響が完全には無視でき参考文献ないことを示唆している。一方で、方位ずれと推定誤差

平田直・酒井慎一・佐藤比呂志・佐竹健治・纐纈一起

が表３と同程度である機動観測点はかなり正確に方位を(2009)「首都直下地震防災・減災特別プロジェク合わせて設置されているとも考えられる。ただし、推ト」サブプロジェクト①「首都圏周辺でのプレー定誤差が非常に小さい場合でも、イベント数が少ないト構造調査、震源断層モデル等の構築等」の概要 ,観測点（例えば、HKN05、HKN10、HKN20、HKN23、地震研彙報 , 84, 41-56. 酒井慎一・平田直 (2009)

HKN29、HKN32、HKN34、HKN37 など）については、

首都圏地震観測網の設置計画 , 地震研彙報 , 84, 57-

必ずしも精度の高い推定結果であるとは限らない点に注70.
加納将行・長尾大道・酒井慎一・中川茂樹・水迫覚信・意が必要である。

堀
表３

KOM を基準点としたときの定常点のセンサー方位推定結果。

宗朗・平田直・汐見勝彦・本多亮（2015）

首都圏地震観測網（MeSO-net）地震計の設置方位の検証 , 地震 , 68, 31-44
笠原敬司・酒井慎一・森田裕一・平田直・鶴岡弘・中川茂樹・楠城一嘉・小原一成 (2009) 首都圏地震観測網（MeSO-net）の展開 , 地震研彙報 , 84, 72-88.
Nihara, Y., Tadokoro, K., Yukutake, Y., Honda, R., Ito, H.
(2013) Spatial distribution of crack structure in thefocal area of a volcanic earthquake swarm at theHakone volcano, Japan, Earth Planets Space, 65,51-55
酒井慎一・平田直（2009）首都圏地震観測網の設置計
画 , 地震研究所彙報 ,84,57-69－ 76 －Savage, M., Ohminato, T., Aoki, Y., Tuji, H., Sonja, M. G.

情報推定手法の改良 , 防災科学技術研究所研究報告(2010) Stress magnitude and its temporal variation, 80, 1-20

at Mt. Asama Volcano, Japan, from seismic

行竹洋平・本多亮・安部祐希・酒井慎一（2016）2016（平anisotropy and GPS, Earth and Planetary Science成 28）年に実施した機動地震観測点の整備、温泉

Letters, 290, 403-414

地学研究所報告 , 48, 33-36

汐見勝彦（2013）防災科研 Hi-net 地中地震計設置方位－ 77 －

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