箱根周辺で観測された地震時の傾斜ステップに関する考察
本多亮 *1

On coseismic tilt changes observed at Hakone volcano
byRyou HONDA*1

1.

温泉地学研究所（以下、温地研）が箱根火山に展開す

はじめに
傾 斜 計 や ひ ず み 計 の 観 測 記 録 に は、 近 地 あ る い は

る傾斜観測網においてもコサイスミックな傾斜ステップ

遠地地震の地震波によって地盤が揺らされた直後が観測されることがあるが、火山活動が活発な時期におに生じるステップ的な変動が記録されることがあける数十日～数か月間の変動や水蒸気噴火直前に観測さる。このような地震時の傾斜ステップに関する報告

れた数分間の傾斜変動以外についてはこれまで特に注意は、 岡 田 (1975)、McHugh and Johnston(1977)、 小を払ってこなかった。しかしながら 2019 年 5 月 19 日

向・ 石 井（1978）、 岡 田 (1980)、 佐 藤 ほ か（1980）、に芦ノ湖付近で発生した M2.6（温地研のルーティン観

Wyatt (1988)、Wyatt et al . (1994)、 鵜 川・ 熊 谷測による。以後、温地研によるマグニチュードを Monk、（1994）、Bonaccorso et al. (1996)、Gambino (2002)、）の地震では、地気象庁マグニチュードを Mjma と表記。

Gambino et al . (2007)、Gambino (2016) など、傾斜計

震波到達と同時にクラックの収縮とも解釈されるようなの黎明期から近年に至るまで多く存在する。また、傾斜傾斜変動が観測され、一見、地震波によって地下のクラの計測方法もボアホール型（ばね式、気泡式）、水管傾ックの活動が誘発されたようにも見える（図１、２）。

斜計など様々である。

図 1 に観測された傾斜記録、図２に地震時に観測され傾斜計記録にステップを生じる理由として、1) 地震

た傾斜ステップの方向と、グリッドサーチで推定した開を起こした断層運動による静的なひずみ変化、2) 地震

口クラックの位置を示す。この解析では裾野観測点のデ後に断層面上で発生した非地震性の滑り（after slip）にータは使用してないが、裾野観測点は明らかにこのクラよるひずみ変化、3) 観測点周辺の経年的な傾斜変化のックの活動による変動よりも大きなステップを記録して加速 4) 地震動による応力変化にトリガーされた、観いる。したがって、おそらくこの時の傾斜ステップは開測点近傍の微小なクラックや断層の活動によるひずみ口クラックによるものではないと推定される。しかし、変化、5) 観測点近傍に存在する流体の移動によるひず

仮にこのような現象が実際に発生しているとすると、箱み変化、6) 機械的な不具合などが考えられる ( 例えば根の火山活動・火山防災を考える上で重要な現象である。

Wyatt et al . 1994)。

図１

そこで本研究では、箱根火山で観測される傾斜計のコ

2019 年 5 月 19 日に発生した M2.6 の地震による傾斜記録。3100 秒から 3200 秒の平均値と 3350 秒から 3400秒の平均値の差からステップ量を推定。
*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 51 巻 , 17-23, 2019－17－サイスミックな変動記録に改めて着目し、その特徴と原器によって、孔底にセメンチングされているステンレス因について考察した結果を報告する。

製のケーシングパイプ内に固定される。傾斜計の出力感度は 20mV/ μ radian、分解能は 1 × 10-9 radian 以下2.

である。傾斜計出力は 30 秒のローパスフィルターをか

傾斜計の概要温地研が管理する箱根周辺の地震・傾斜観測点は、けられたうえでテレメータ装置に渡され、1 秒サンプリ５か所（駒ヶ岳、湖尻、小塚山、裾野、塔の峰）で、ングでデジタル化される。なお、本研究では気象庁が1989 年から 1994 年にかけて整備された。使用してい設置・管理する二ノ平観測点および台ヶ岳南観測点のる機器はミツトヨ製 JTS-33 で、傾斜計として水平 2 成データも使用する。二ノ平観測点の観測機器は温地研分の加速度センサーを搭載するほか、速度計、孔底温度と同じミツトヨ社製のボアホール傾斜計で、出力感度計を備える。これらのセンサーは、耐水耐圧容器に収納(5mV/ μ radian) 以外は、温地研が管理する観測点とのされており、耐水耐圧容器の上部および下部にある固定違いはほぼない。台ヶ岳南観測点は、ピナクル社製の気泡式傾斜計である。
3.

傾斜変動の特徴

3.1.

使用した地震について

本研究では、箱根を震源とする地震のうち、Monk1.5以上で箱根の地震観測点で数ガル程度以上の強震動を観測した地震および神奈川県内とその周辺で発生した、
Monk ３以上の地震の中からいくつかを選び出し（図３）
地震時の傾斜ステップについて調べた。
（群発地震活動中で単発の地震によるステップが分離できないものは除いた）。なお、震源とマグニチュードは温地研のルーテ
図 2 黒の矢印で、2019 年 5 月 19 日に発生した M2.6の地震の際に観測された傾斜ステップの方向と傾斜量を示し、赤の矢印でグリッドサーチにより推定した開口クラックによる傾斜方向と傾斜量の推定値を示す。推定されたクラックの位置と推定されたパラメータも図中に示す。

図３

ィン解析によるものを使用した。ほとんどの場合、地震波の到達時に変位応答とみられる変動が記録され（小久保、2003）、その後数十秒程度かけて 10-8 から 10-6 ラジアンの静的な傾斜変化が記録されている。傾斜計出力には 30 秒のローパスフィルタがかけられているため、実際にはほぼ階段関数的な傾斜変化であると考えられる。

本研究の解析に使用した地震の震源。●が震源、日付とマグニチュードを示してある。赤い△、▽、□は観測点の位置であり、△は傾斜計、▽は傾斜計と強震計、□は傾斜計、強震計、広帯域地震計が設置されていることを示す。
台ヶ岳南と二ノ平は気象庁、そのほかは温地研が管理する観測点である。数字は地震の発生時 (yymmddhh) を示す。
マグニチュードは Monk である。

－18－

3.2.

見る限り、変化に要する時間は数十秒程度であり、30理論値との比較

傾斜ステップの原因としてまず考えられるのは、震源秒のローパスフィルターの影響を考えると実際のステッ断層のずれによる静的な傾斜変動である。そこで、それプはほぼ階段関数的であろうと考えられる（例えば、小ぞれの地震による静的な傾斜変動を計算し、観測値と比久保、2013）ので、after slip を記録しているとは考え較した。理論値の計算には断層モデルが必要であるが、にくい。

ここでは震源位置と滑り量を固定して傾斜角、走向、滑り方向をランダムに変化させ、Okada (1992) の式を用

3.3.

観測点ごとの傾斜方向の比較

いて各観測点位置における最大の傾斜変動量を見積もっ

観測点ごとに地震時に観測された傾斜方向をプロットた。滑り量については、佐藤 (1989) による気象庁マグしたものを図５に示す。地震波到達時に、近傍のクラッニチュードと地震モーメント (Mo) の関係式（式１）をクや断層などが非地震性の滑りを起こすのであれば、そ用いてマグニチュードからモーメントに変換し、次にれによる傾斜方向は観測点ごとに一定の傾向が見えるこ

Nadeau and Johnson (1998) による変換式（式２）を用いて地震モーメントから滑り量 (d) に変換した。ただし
Mjma=Monk と仮定した。
Log Mo = 1.5 Mjma+16.2 （１）Log(d) = -2.36+0.17 log(Mo) （２）
ここで、Mo および d の単位は dyne・cm と cm である。
図４にそれぞれの観測点について傾斜の観測値と理論値の比較を示す。観測された振幅は、ほぼすべての観測点において計算値の数倍から 10 数倍程度大きい。このような傾向は、岡田（1980）や McGarr et a l. (1982)、Wyatt (1988)、Bonaccorso et al . (1996) などでも報告されている。
理論値と観測値との違いを after slip の影響であると解釈する場合もある（例えば、Takemoto、1995 など）。
サンプリングレートが低い（例えば 30 分間隔）記録の場合、地震の直後から数十分間のゆるやかな変動があっ

図４

震源断層による傾斜変動の計算値と観測値の比てもステップにみえてしまうので、このような解釈も可較。横軸は傾斜の観測値、縦軸は傾斜の計算値（対能かもしれない。しかし 1 秒サンプリングのデータで数軸）。

図５

観測点ごとに、地震時の傾斜ステップの方向を 10 度ごとにプロットした。また、箱根の地震によるステップをグレーで、周辺の地震によるステップを白抜きで表現した。データ数を右下に示す。

－19－

とが期待される。しかし図５からは、箱根の地震、周辺度が記録された箱根を震源とする地震の場合には、明瞭の地震いずれについてもほぼすべての観測点で傾斜ステな相関関係が認められる。一方、最大加速度の方向と傾ップの方向には規則性は見られない（裾野だけは北東―斜ステップの方向には、相関関係は認められない。

南西方向に偏りが見られる）。また、遠地の地震であれ強震動と傾斜ステップに言及した論文もいくつかあばある程度の範囲内で同じような傾斜変動が生じること

り、Gambino et al. (2007) は強震動と傾斜ステップの関が期待されるが、図５からは傾斜方向がばらついている係を調査し、観測点の加速度が 0.1m/s2 を超える地震ことがわかる。

では、傾斜ステップが記録されたと述べている。また傾斜ステップの大きさや方向は、観測点周辺の地面の圧密3.4.

度や微小なクラックの存在、地質によって影響を受ける強震動との関係

地震・傾斜観測点のうち駒ヶ岳、湖尻、二ノ平観測点だろうと述べている。Wyatt (1988) も同様に強震動とでは地表に加速度計（明星電気製 KI-03A）を設置しての相関があることを報告しており、ローカルな地盤の影強震観測を実施している。そこでこの 3 観測点について、響だろうと述べている。

地表の強震動と傾斜ステップ量の関係を調べた。図６に最大加速度の大きさおよびその方向と傾斜ステップの大3.5.

地表と地下の傾斜ステップ量の違い

きさと方向との関係を示す。図６からは震源位置や観測傾斜計で記録された傾斜ステップが、観測点周辺のロ点によらず最大加速度が大きいほど大きな傾斜変動が記ーカルな地盤の変動を記録しているものかどうかを考え録される傾向が読み取れる。特に、比較的大きめの加速るために、地表と地下で観測された傾斜量を比較してみ

図６

傾斜ステップを最大加速度およびその方向と比較。上段が傾斜ステップと最大加速度の比較、下段が傾斜方向と最大加速度の方向の比較。左の列は箱根の地震について、右の列は周辺の地震について比較した結果を示す。

－20－

る。

理論値に比較して明らかにステップ量が大きく（図地表と地下に傾斜計が設置されている観測点は存在し４）、距離の離れた地震に対して観測点ごとに傾斜方ないが、広帯域地震計で記録される固有周期より長い見向が大きくばらつく（図５）こと、強震動に比例してかけの変位は、地面の傾斜に対する応答であることが知

ステップ量が大きくなること（図６）などから、断層られている（青山、2008）。そこで、地表に広帯域地震のずれを反映したステップとは考えにくい。

計（Nanometrics 製 Trillium Compact120s） が 設 置 さ

２．

地震後の after slip による変動の可能性。

れている駒ヶ岳観測点のデータを用いて検討する。図７１と同様に断層メカニズムから推定される変動方向とに駒ヶ岳観測点の傾斜記録と広帯域地震計の記録を積分は一致しないこと、また、傾斜ステップの継続時間がして得られた見かけの変位記録を示した。変位記録には数十秒程度で、フィルターの効果を考慮すれば入力さ地震計の説明書に記載してあるポールとゼロの数値かられた傾斜変化はほとんど階段関数的な変化であると考計算した傾斜との変換係数をかけてある（Honda et al.

えられることから、after slip によるものとは考えに2018）。これらを見ると、上下動にはほとんど静的な変くい。

位がなく水平動にのみ表れているため、静的変位は地面

３．局地的・経年的な傾斜が加速された可能性。の平行運動ではなく傾斜を反映していると解釈できる

地震によって傾斜変動の方向がばらばらなので、経年（Townsend、2014）。いずれの場合でも、傾斜計で記録的な傾斜変動が加速されたとは考えられない。

されたステップよりも地表の広帯域地震計のステップの４．観測点近傍のクラックもしくは断層の非地震性滑りほうが大きく、2019 年 6 月 24 日 9 時 11 分の地震をによる傾斜変化

除くと地表と地下で傾斜方向も大きく異なることがわかありうるが、毎回同じクラックなどが動くのであれば、る（図 7）。原因として考えられるのは、それぞれのセ地震によらず変動方向が同じになると考えられる。しンサーが自身のごく近傍の傾斜変動を記録していて、そかし変動方向に一定の傾向は見えず、共通のソースでの変動の仕方が地上と地下で異なる、あるいは、一方も説明するのは難しい。たくさんのソースがあり、毎回しくは両方が地殻変動をきちんと記録していない（セン異なるソースが動くとすれば説明できるかもしれないサー自身のがたつきなど）、などがあげられる。

が判定は困難。
５．観測点近傍の流体の拡散

3.5.

ほとんどの傾斜ステップは、ほぼ階段関数的な傾斜変考察

以上のことから、はじめに傾斜ステップの原因の候補化であると考えられる。継続時間から考えると、流体として挙げた項目についてまとめる。の拡散によるものとは考えにくい。
６．観測点の機械的な不具合

１．

地震断層のずれによる静的な傾斜変化の可能性。

図７

駒ケ岳観測点に設置されている広帯域地震計の変位記録と傾斜記録の比較。５つの地震について比較した。グラ地表と地下でも傾斜ステップの傾向が異なることか

フの左肩の数字は地震の日付である。変位記録には傾斜との変換係数をかけて、静的変異が傾斜ステップと比較できるようにしてある。静的変位にいたるまでの間は、並進運動と傾斜の両方の応答が混ざっていることに注意。右上に、広帯域地震計と傾斜計それぞれの記録から計算した、ステップ量と傾斜方向を示す。

－21－

ら、傾斜ステップはセンサーのごく近傍もしくはセン一方で、断層運動による地殻変動をとらえたと考えら

サーそのものの傾斜を反映していると考えることに無れる観測もある。例えば Fukuyama (2015) は、2007

理はない。また、強震動との相関があることについて

年新潟県中越沖地震の際に断層直上の観測点で記録されも、強い力でたたかれたときに、傾斜計を納めた耐水た傾斜記録や加速度記録から、地震時の傾斜変動を読み耐圧容器の固定にわずかなずれが生じることは考えら取り、断層モデルの検討を行っている。ただし、これはれる。

大地震の震源断層近傍で観測された傾斜記録で、本研究で扱った記録より 3 桁ほど大きい傾斜の場合である。

ここまで検討してきた傾斜ステップはほぼ階段関数的

また、岡田（1980）はたくさんの地震時の傾斜変動をな変化であった。しかし、数は少ないが地震波到達後詳細に調べ、多くは理論値とは一致しないが、極性のみに 1000 秒程度の継続時間を持つ傾斜変動が観測されたに注目した場合には断層運動による地殻変動と矛盾しな事例もある（図８）。特定の観測点（湖尻）でしか観測いと考えられるものも存在することを示した。ただしこされないことから、その観測点周辺におけるひずみ変化の研究でも扱った地震は M6 ～ 7 クラスで、いずれのによるものである。このような長い継続時間をもつひず例でも本研究で扱った地震よりも規模がかなり大きい。

み変化の原因の候補としては、地下の流体の移動が考え

本 研 究 で 示 し た 傾 斜 ス テ ッ プ は、McHugh andられる。例えば、地震波到達時の応力変化によって多孔Johnston（1977）や佐藤ほか（1980）が述べているよ

質媒体中の流体の拡散が誘発され、観測点周辺のひずみうな、地盤の非線形応答や機器のがたつきを反映してい変化が引き起こされたのかもしれない。
（McHugh andると考えるのがもっとも理解しやすい。しかし、傾斜計

Johnston、1977)。に記録される地震ステップが地殻変動によるものでないとしても、ステップの現れ方に何らかの傾向を見出すこ

4.とができれば、それを補正することは可能である。特まとめ本研究で見てきた地震時の傾斜ステップは、ほとんどに、群発地震活動の際に記録される傾斜変動には、多くの場合地殻変動のシグナルではない、という結論に至っの地震によるステップが含まれる。多くは、今回示したた。先行研究を見ても、
McHugh and Johnston（1977）、ような階段関数的なステップである。これにたいして補McGarr et al . (1982) は、地震時の傾斜ステップは断層正を行うことができれば、群発地震の中に隠れた傾斜変運動による地殻変動ではなく、地震波による機器とサイ動を見つけ出すことができる可能性もある。今後はそのトの非線形な応答を見ているのではないかと述べていような観点で本研究の結果を応用できないか考えていきる。また、佐藤ほか（1980）は、コサイスミックな傾たい。

斜変動については地震動に起因する耐水耐圧容器のがた

また、まれにではあるが、観測点周辺の流体移動を反つきであると述べている。佐藤ほか（1980）で使用し映したとも解釈できる傾斜変動が記録されることがあている傾斜計の設置方法は、ほぼ温地研の傾斜計と同じる。地震時の応力変化などで流体の拡散が起これば、さである。

らに地震が誘発される可能性も考えられるので、このよ

図８

湖尻観測点で記録された、1000 秒程度の継続時間を持つ傾斜変動の例。いずれも箱根で発生した地震による。震源は図３参照。

－22－

うな現象についても引き続き調査をしていく必要があ

McGarr, A., Sacks, I.S., Linde, A.T., Spottiswoode, S.M.,

る。

Green, R.W.E. (1982) Coseismic and other shortterm strain changes recorded with Sacks-Evertson
strainmeters in a deep mine, South Africa,Geophysi.

謝辞
本研究では気象庁の二ノ平観測点および台ヶ岳南観測

J. R. astr. Soc. 70, 717-40.

点の傾斜データを使用しました。本研究の一部は文部科

Nadeau, M. R., Johnson, L. (1998) Seismological

学省「次世代火山研究・人材育成総合プロジェクト」にStudies at Parkfield VI: Moment Release Rates

よる支援を受けて実施しました。
記して感謝いたします。

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