火山 第 48 巻 (2003)
第 6 号 479ῌ484 頁

寄 書

浅間火山 2003 年 2 月 6 日噴火の火山性微動
小 林 知 勝῍῎及 川純῍῎辻浩῍῎小 山 悦 郎῍ῑ2003 年 5 月 8 日受付ῌ 2003 年 9 月 19 日受理ῒVolcanic Tremor Associated with the Asama Volcano Eruption on February 6, 2003
Tomokazu KD76N6H=>῍, Jun O>@6L6῍, Hiroshi THJ?>῍ and Etsurou KDN6B6῍
We observed volcanic tremor associated with the Asama volcano eruption on February 6, 2003. The seismic
activity of the Asama volcano began to increase at about 3 : 00, and the eruption occurred at 12 : 00. The volcanic
tremor was preceded by one earthquake having large amplitude, and was followed by another. The source of thetremor, which is estimated by using amplitude decay with distance, is below the vent. Moreover, the tremor
contained harmonic oscillation having a dominant frequency of 1.4 Hz. Amplitude of the harmonic oscillation
increased just after the ﬁrst large quake, and decreased just before the second one. Particle motions of theharmonic tremor point to the vent. We interpret the source mechanism of the harmonic tremor as a resonance ofgas in the conduit.
Key words: Asama volcano, eruption on February 6, 2003, volcanic tremor, Helmholtz resonance
1. は じ め に浅間火山はῌ 長野県と群馬県の境に位置する安山岩質の活動的な活火山でῌ 数年から十数年ごとに小噴火を繰り返してきた῍ ここ十数年は噴火活動がなかったがῌ 日に数個から数十個の火山性地震は発生しておりῌ 時折群
発的な地震活動を見せる῍ 2003 月 2 月 6 日 12 時 01 分ῌ
1990 年の微噴火以来約 13 年ぶりに極小規模な噴火が発生した῍ 気象庁の監視カメラはῌ 山頂火口から少量の灰
白色の有色噴煙が火口縁上 300 m まで上昇して南東側に流れた様子を捉えた ῑ気象庁地震火山部ῌ 2003ῒ῍ この
噴火の際ῌ 継続時間が約 2 分の火山性微動が観測された῍ 我῏はこの噴火に伴って発生した火山性微動の解析を行ったのでῌ その結果をここに報告する῍
2. 観測概要
Fig. 1 に示すようにῌ 東京大学地震研究所浅間火山観

測所では浅間火山の山頂火口を中心として山腹に地震観測網を設置しῌ 火山性地震῎微動の連続観測を行ってい῍ ῔113ῌ0032 東京都文京区弥生 1ῌ1ῌ1
東京大学地震研究所
Earthquake Research Institute, University ofTokyo, 1ῌ1ῌ1 Yayoi, Bunkyo-ku, Tokyo 113ῌ0032,
Japan.
Corresponding author: Tomokazu Kobayashi
e-mail: tkoba@eri.u-tokyo.ac.jp

Fig. 1. Seismic stations around Asama volcano. In
our study, we used 3-component seismograms
observed at 6 stations, which are indicated bysolid circles. All seismometers are short-period
type (1 Hz).

る ῑ辻῎他ῌ 1998ῒ῍ 観測に使用された地震計は固有周期1 秒の速度型地震計でῌ デῐタは浅間火山観測所まで伝送される῍ 減衰定数は 0.7ῌ サンプリング周波数は 120
Hz である῍ Fig. 1 に示す 12 観測点のうちῌ 白丸で示す 6

観測点は欠測のためデῐタを使用することができなかっ480

小林知勝῎及川 純῎辻浩῎小山悦郎Fig. 2. Running spectrograms of vertical velocity seismograms at KAC and MAE, respectively. Warm colors
correspond to high-amplitude spectral components, and Cold ones are to low-amplitude ones.

Fig. 3. Volcanic tremor accompanied with the eruption on February 6, 2003. These records arevertical-component velocity seismograms at 6 stations. The inset shows the initial motion of “quake I” at
KAC. The arrow in the inset means that the initial motion is dilatational. Origin time on the horizontal axis
corresponds to 12 : 00 00 (JST).

Fig. 4. Running spectrograms of 3-component velocity seismograms at KAC and MAE. Warm colors correspondto high-amplitude spectral components, and Cold ones are to low-amplitude ones. Origin time on thehorizontal axis corresponds to 12 : 00 00 (JST).

たことからῌ 本論文における解析にはῌ 黒丸で示す 6 観

3. 2003 年 2 月 6 日の地震活動測点におけるデ῏タを利用した῍

噴火当日を含む前後数日間にῌ 地震回数の増加ῌ 火口
底温度の上昇ῌ 噴煙量の増加などの顕著な変動は見られ

浅間火山 2003 年 2 月 6 日噴火の火山性微動

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なかった 気象庁地震火山部 2003 そこで我は噴火が発生した 2 月 6 日の地震記録を詳細に調べた Fig. 2は KAC MAE 観測点の上下動成分の波形記録から得られた 0 時から 24 時までの 1 日分のランニングスペクト
ルである 15 秒間のウィンドウを 5 秒ずつ移動して 各
ウィンドウごとに FFT によって振幅スペクトルを求めた 暖色系になるほど振幅が大きいことを示す 振幅ス
ペクトルの表示スケルは両観測点で同一である その結果 3 時過ぎより振幅が増加しはじめたことが確認できる さらに 9 時頃になると振幅がさらに増加し 12時の噴火に至ることがわかる そして 14 時過ぎから振幅は次第に減少しはじめる

Fig. 5. (a) Vertical-component of the velocity
seismogram at KAC. (b) Band-pass ﬁlteredseismogram (3ῌ6 Hz). (c) Band-pass ﬁltered
3-component seismogram (1ῌ2 Hz). Origin
time on the horizontal axis corresponds to 12 :00 00 (JST).

4. 波形の特徴

先述したように 2 月 6 日噴火の際に 約 2 分間の継続時間をもつ火山性微動が観測された はじめに 微動の時系列について詳細に述べる 噴火に前後して発生した火山性微動の速度波形記録 上下動成分 を Fig. 3 に持たないことが確認できる Fig. 5(c) は 1.4 Hz 付近に示す 時間軸の原点は 12 時 00 分 00 秒 (JST) に一致さスペクトルピクをもつ波形を詳細に見るために 帯域せている 山頂火口中心から 200m 付近にある KAC 観

1

2 Hz のバンドパスフィルタをかけた波形記録であ測点では 火山性微動が明瞭に認められるものの そのる 波形 I の発生直後から 振幅が徐に増大し 波形 I

他の観測点では不明瞭である KAC 観測点の波形記録と波形 II のほぼ中間の時間帯にその振幅が最大になる

を詳細に調べると 以下のような経過をたどる 12 時 00

その後 振幅が漸減し 微動が発生し始めたときの振幅

分 45 秒付近から火山性微動の振幅が増加しはじめる

レベルに減少するとほぼ同時に波形 II が発生している

その振幅は徐に増大していき 12 時 01 分 4.7 秒に引きで始まるパルスが発生し振幅が急増する 以後 波形

5. 微動の震源域

I と呼ぶ 01 分 27 秒から再び振幅の大きなパルスが観測された微動は P, S 波が不明瞭なため 各観測点の発生しはじめ 波形 II と呼ぶ 01 分 34 秒頃には 01

走時差を用いて震源を決定することができない そこ

分 4.7 秒以前の振幅レベルに戻り 微動は徐に終息しで 各観測点での振幅の距離減衰を考慮した震源の決定ていく

を試みた 振幅が震源との距離の n 乗に比例した距離減

さらに 火山性微動をより詳細に調べてみる Fig. 4

衰をするとして理論値と観測値の残差が最も小さくなるに KAC, MAE 観測点で記録された微動の 3 成分のラような震源 比例係数 および n を最小二乗法により求ンニングスペクトルを示す Fig. 2 と同様の方法で 10めた このとき 微動の発生時間帯 波形 I II の RMS

秒間のウィンドウを 0.5 秒ずつ移動して振幅スペクトル

振幅を各観測点での微動の振幅とした また 火口中心を求めた 微動は 4 8 Hz 付近を中心として広い帯域の下に微動発生源があると仮定して震央を固定して計算し成分をもっていることがわかる この帯域を詳細に調べた 以上の方法によって得られた最適の理論振幅曲線をると 波形 I から始まる微動は 4 8 Hz の広い帯域の振Fig. 6 に示す ONI 観測点は微動が確認できなかったの

幅が大きいが 波形 II は 4で計算に使用していない このときの n は5 Hz 付近の振幅が相対的

0.98 であに減少していることがわかる さらに特徴的と思われるる 震源は海抜 2220 m の位置に求まった このことはのは 1.4 Hz 付近の低周波部分にスペクトルピクが現

震源域が火口底付近および火口底直下であることを示唆れることである このピクは KAC 観測点以外ではする (Fig. 7)

振幅が非常に小さい
Fig. 5 は KAC 観測点で記録された上下動成分の波形記録とバンドパスフィルタをかけた波形を示している

6. 1.4 Hz 微動の発生メカニズムについて

噴火に伴う火山性微動において特徴的と思われるの

6 Hz のバンドパスフィルタをかけは 微動の初期と終息期に振幅の大きい波形 I, II を伴うた波形記録である 波形 II はこの帯域に大きな振幅を点 およびそれら波形 I, II の間に 1.4 Hz 微動が卓越しFig. 5(b) は帯域 3

482Fig. 6.

小林知勝῎及川 純῎辻The relationship between the RMS
amplitude of tremor and the hypocentral
distance. The solid line represents the leastsquares ﬁt to the data (solid circles).

Fig. 7. Shaded area shows the source region of
volcanic tremor. The inset shows particle
motions of the band-pass ﬁltered (1ῌ2 Hz)
velocity seismograms at KAC.

て発生している点である῍ これらの特徴はῌ 噴火の物理過程を議論する上で重要な情報をもつと我῏は考える῍
この章では 1.4Hz 微動に焦点を置きῌ その物理過程を考察する῍
KAC 観測点で得られた 3 成分の波形記録に Fig. 5(c)浩῎小山悦郎Fig. 8. Density (solid line) and sound velocity(broken line) in the resonator (left : cylinder,
right : sphere) as functions of radiusaccording to Fujita and Ida (2003). Left axis
indicates density and right axis indicatessound velocity.

Fig. 9. (a) A conceptual model of a helmholtz
resonance. V, L, S, P, and P0 are the volumeof the cavity, the length of conduit, thecross-sectional area of conduit, the pressure
within the cavity and conduit, and thepressure of the atmosphere, respectively. Thechange of pressure in the conduit and cavity,
which is initiated by removing the lid, causes
the gas in the conduit to oscillate. (b) The
relationship between the cavity volume andthe acoustic velocity of gas in the conduit.
They are calculated every 50 m over thelength of conduit.

と同様に 1ῑ2 Hz のバンドパスフィルタをかけてῌ 1.4
Hz 微動の particle motion を得た (Fig. 7)῍ ほぼ直線状のいて計算された共鳴体の半径と共鳴体内の媒質の密度お軌跡を描きῌ その軌跡の延長線は火口底表面もしくは火

よび音速の関係である῍ ただしῌ 1.4 Hz を共鳴の基本

口下のごく浅部を指している῍ まずはじめにῌ 1.4 Hz 微モῐドとしている῍ 共鳴体内の媒質の物性を一意に決定動の発生メカニズムを火口下に存在する円柱もしくは球することは困難であるがῌ 噴煙の様子や噴火の規模などの radial 方向の共鳴振動と仮定してῌ その共鳴体のサイからῌ 水蒸気もしくは水蒸気と水の混合相が主体であっズの推定を試みた῍ 推定にはῌ Fujita and Ida (2003) で考たと考えられる῍ 水の密度 1000 kg/m3 を考慮するとῌ 円

察された円柱および球の共鳴モデルを利用した῍ 計算に

柱ῌ 球ともにその半径が 300 m 以上になる῍ しかしῌ 山あたりῌ 1.4 Hz のスペクトルピῐクの半幅値から求めた

頂火口は半径が 150 m であることῌ またῌ もしこれほど減衰定数 0.02727 を用いた῍ またῌ 共鳴体の周囲の弾性の大きさの共鳴体が存在すればῌ MAE や FJM 観測点な

体の P 波速度を 2500 m/s ῒ沢田῎他ῌ 1983ΐῌ および密どでも 1.4 Hz 微動が KAC 観測点と同程度の振幅で現度を 2200 kg/m3 と仮定した῍ Fig. 8 はῌ これらの値を用れると思われることからῌ 計算から求められた半径の値

浅間火山 2003 年 2 月 6 日噴火の火山性微動

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は現実的ではないと思われる そこで我は 先のモデ

7. 考ルより小さな発生源でかつ火口表面付近で発生している以上の解析結果から 我は 2 月 6 日噴火を以下のよことを考慮して 1.4 Hz 微動をヘルムホルツ共鳴 小うに考察した 2 月 6 日の午前 3 時過ぎから 浅間火山

察橋 1969 など による共鳴振動と考えた Fig. 9(a) のよ

体下の活動が活発化し 同日 9 時にはさらにその活動度

うに ある体積 V の空洞容器に 長さ L 断面積 S の管を高め 12 時の噴火に向けての準備がなされたと考えらがつながっている 管口の蓋がはずれるなどの理由でれる 噴火の開始時刻は正確に見積もられていないが

外部と圧力差ができて管内の気体に流れが生じる この

波形 I の発生時刻と噴煙の放出時刻が対応していると仮とき火道内の気体が共鳴振動する 今 噴火に伴って火定すると 噴火の初期段階は次のように推察される 12

口底が開くことで 圧力変化がもたらされてヘルムホル

時 00 分 45 秒付近から噴気量が増大し始めると同時に火ツ共鳴が起こったと考える このときの気体の振動数は

山性微動が起こり始める 噴気量が増大するとともに火

f

c
2p

ΐ

S
VL

(1)

山性微動の振幅が大きくなり 01 分 4.7 秒に噴気が通り抜けていた火口底の一部分が壊れて有色噴煙が放出されと表せられる ここで f は共鳴振動数 c は気体の音速始める と同時に 火口底の崩壊に伴い火道内に急激なである 下鶴他 (1982) より 1973 年噴火時に火口底減圧が生じて引きで始まる波形 I が励起される このとに出現した溶岩ドムの半径が 70 m であることから

き 火口底が開くことにより 火道および火口底下数十

その下につながる火道はそれより小さいと判断し 本研

m に存在する空洞部とその外部に圧力差が生じる その究では火道を半径 20 m の円柱として計算する Fig. 9

圧力差により火道内の水蒸気と水の混合相に流れが生(b) は L を 20 m ごとに固定して計算した体積 V と音速じ 火道内の混合相が共鳴振動を起こして 1.4 Hz 微動

c の関係である ヘルムホルツ共鳴の発生条件より次式が発生する その後 12 時 01 分 27 34 秒の間に 噴出が成立する

物の流量が減る過程で 噴火によって脆弱化した火口周ῌ2pf῏ 2pf
sin῍ ῐῒ
L
c
῎ c ῑ

(2)

辺の岩体が崩落して 波形 I 火道が閉じ噴火が終了する 同時に 1.4 Hz 微動も 火道の蓋が閉じることで共鳴

前述のように 噴煙画像からその主成分は水蒸気 もし

振動を終える 12 時 01 分 34 秒には波形 I 発生直前の状

くは水蒸気と水との混合相が主体であると考えられるこ態になり微動が終息に向かう

とから c は水の音速 1500 m/s より大きな値をとることはない このような仮定のもと (2) 式を踏まえると L は数十 m の範囲となる 今仮に L30 m, c500
m/s とすると 空洞部の体積はおおよそ 1

1000

105 m3 と5なる

8. ま と め2003 年 2 月 6 日噴火に伴う地震記録の解析を行った

その結果 以下のことがわかった(1)

これまでの N 型地震に関する研究から 浅間火山の山体下にクラック状および球状の共鳴体が存在すること

2 月 6 日の 3 時過ぎより火山体内部での地震活動が高まりはじめ 12 時の噴火に至った その後 14 時
過ぎからその活動度は次第に減少しはじめたが指摘されている (Aoyama et al., 2001; Fujita and Ida,

(2) 小さな振幅で開始した微動は その約 20 秒後に2003; Sakuraba et al., 2002) Fujita and Ida (2003) や

大きな振幅 波形 I を伴ってその活動を活発にした さ

Sakuraba et al. (2002) で見積もられた体積はそれぞれ 3
9106 m3, 5.6 106 m3 であり 見積もられた空洞体積はこれらよりほぼ 1 桁小さい また Aoyama and Takeo(2001) で見積もられた共鳴体は体積 510 m で 火口
5

3

らに 20 秒後に再び大きな振幅を 波形 II 伴い終息に向かった
(3) 微動の震源域は火口底付近に求められる
(4)

波形 I の発生直後 1.4 Hz が卓越する振動が現

底から 300 1300 m の深さに存在すると指摘され 見積

れる その後 振幅を増大させた後 波形 I の発生直前

もられた空洞部とほぼ同じ体積であるが 共鳴体の深さ

で微動が終息する

に相違点がある
1.4 Hz 微動は 波形 I の直後から振幅が漸増する ヘ

ルムホルツ共鳴モデルでは 気体の共鳴振動の振幅は空(5)1.4 Hz 微動の particle motion は直線状で その軌跡の延長線は火口底付近を指す
(6)

1.4 Hz 微動は 火道やマグマ溜りの radial 方向

洞部の圧力に比例する このことから 空洞部へのガスの共鳴振動ではなく 火道内の気体の共鳴振動によるもの流入量の変化が空洞部の圧力の変化をもたらし それのと考えられる

に伴って共鳴振動の振幅が変化したと我 は考えている小林知勝῎及川 純῎辻

484

謝

辞

共鳴振動の議論におきましてはῌ 防災科学技術研究所の藤田英輔博士に多大なる助力と有益な助言をいただきました῍ ここに厚くお礼申し上げます῍ またῌ 本稿編集担当の京都大学火山研究センタῐの大倉敬宏氏ῌ 北海道
大学地震火山観測研究センタῐの青山裕氏および 1 名の匿名査読者の方にはῌ 粗稿改善に有益な助言をいただきました῍ 以上の方῏に深謝の意を表します῍
引用文献
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ῑ編集担当 大倉敬宏ῒ