５−９2009 年 12 月の伊豆半島東方沖群発地震活動前後の伊東市周辺における地下水・地殻歪変化
Changes in groundwater level and crustal strain related to the earthquake
swarms off the east coast of Izu Peninsula,Japan in December, 2009
産業技術総合研究所
Geological Survey of Japan, AIST.

伊豆半島東部にある産総研の大室山北地下水位観測点（第 1 図の OMR）は ,1994 年 10 月の観測開始以来，群発地震前に水位の低下を何度も生じており，群発地震の原因であるダイク（岩脈）の地下深部からの貫入による地殻変動（ここでは体積変化）を，ダイクが群発地震を引き起こす前に検出していると考えると説明できる 1）．この場所では，10km 以深では，熱のために岩盤が柔らかくなっていてダイクの貫入があっても岩盤は変形するだけで破壊（地震）は生じないと考えられているからである．OMR が 1994 年 10 月に設置されてから 2009 年 11 月まで（今回の活動以前まで）に比較的規模の大きな群発地震活動は４回あり，1995 年 9 月，1996 年 10 月，1997 年 3 月，1998 年 4 月が開始月であった．また，それ以外にも明瞭な水位低下が認められる規模の小さな群発地震活動が何回かあった．これらの活動では，気象庁の東伊豆体積歪観測点（第 1 図）では，体積歪が一貫して減少（縮む）のに対し，OMR では当初水位の低下（体積膨張）で始まるが，震源が浅くなって地震活動が活発化するとともに水位が上昇する（体積圧縮）傾向が認められる．これは，想定されている貫入ダイクの先端の深さに関係なく東伊豆は圧縮領域だが，OMR の場合は，ダイクの先端深さが浅くなると体積膨張の領域から圧縮領域になることで説明出来る 1）．今回の活動でもそのような変化が認められた（第 2,3 図）．なお，これらの図では，便宜上，12 月 17 日〜 21 日を群発地震活動期間としている．
2009 年 12 月 16 日 17 時頃から OMR では，長期的な水位低下傾向を越える水位低下が始まった（第3 図）．気象庁の東伊豆体積歪観測点（HGS）では，それより数時間おくれて歪が減少し始めた．その後，17 日午前 11 時頃から群発地震活動が始まった．12 月 17 日 23 時 45 分の M5.0 の地震（伊東市で震度 5 弱）の 6 時間程度前から水位低下が緩和し地震活動が活発化しているように見える．この時間帯は，震源の深さが当初の 8km 程度から 6 ｋｍ程度にまで上昇した時期とも一致している（第 4図）．M5.0 の地震が発生した後水位は上昇した．また，12 月 18 日 8 時 45 分に M5.1 の地震（伊東市で震度 5 弱）が発生し再び水位が上昇し 20 日の未明まで水位上昇を続けた．12 月 16 日 17 時を基準とすると，17 日 23 時 45 分の地震直前までの水位低下量は（12 月 16 日までの長期的な水位低下傾向：-1.5cm/ 日も考慮して）約 5 ｃｍ，20 日 16 時までの水位上昇量は約 39cm である（第 3 図）．
OMR の水位の体積歪変化に対する感度（約 30cm/ppm1））から単純に換算すると，それぞれ 0.2ppmの伸び，1.3ppm の圧縮ということになる．他方，同時期の東伊豆の体積歪変化はそれぞれ 0.06ppmの圧縮，0.3ppm の圧縮である（第 3 図）．12 月 20 日 0 時頃から水位上昇が鈍り，HGS の体積歪変化の下降が穏やかになり，地震活動も沈静化しているように見える．なお，2010 年 1 月 21 日 2 時
59 分に M4.4 の地震（伊東市で震度 4）が発生し，地震直後に約１ｃｍの水位上昇が認められたが，その前後で特に大きな傾向の変化はなく HGS の体積歪の傾向にも変化が認められないので新たなダイクの貫入等は無いように思える（第 2 図）．
例年，この時期は，比較的降雨が少ない時期なので，長期的な水位低下があるのは特に異常ではない．
冷川南（HKW）の方には，群発地震期間中に大室山北のような変化は認められない．第 5 図に上述

－ 222 －

の OMR の水位と HGS の体積歪変化を説明する簡単な開口断層モデルを示した．計算には MICAP-G ２）を用いている．第 5-a 図は 2009 年 12 月 16 日 17 時〜 17 日 23 時の OMR の水位低下（5cm → 0.2ppmの伸び）と HGS（▲）の体積歪変化（-0.06ppm：圧縮）を説明するモデルである．地震の震源分布を参考にして，幅 3 ｋｍ，長さ 4.3 ｋｍ，先端深さ 5 ｋｍの鉛直断層を考え，開口幅 100mm を与えると，HGS の歪：-0.03ppm,OMR の体積歪：0.4ppm となっておおむね観測値を説明する．第 5ｂ図は 2009 年 12 月 16 日 17 時〜 20 日 13 時の OMR の水位上昇（39cm → -1.3ppm）と HGS の体積歪変化（-0.3ppm）を説明するモデルである．第 5-a 図の断層が上に移動してさらに開くと考える．
結果的に，幅 3 ｋｍ，長さ 4.3 ｋｍ，先端深さ 1.0 ｋｍの鉛直断層を与え，さらに開口幅 200mmにすると，HGS の歪：-0.2ppm,OMR の体積歪：-1.1ppm となって観測値を概ね説明する． 第 5- ｂ図では，ダイクの先端の深さを 1km としているが，地震の震源の分布の深さは 2km より深く（第 4図），この点は今後の検討課題である．
（小泉尚嗣）
参考文献1）Koizumi N., Y. Kitagawa, N. Matsumoto, M. Takahashi, T. Sato, O. Kamigaich and K. Nakamura,
2004, Pre-seismic groundwater level changes induced by crustal deformations related toearthquake swarms off the east coast of Izu Peninsula, Japan, Geophys.Res.Lett., 31, L10606,
doi:10.1029/2004GL019557.
2）内藤宏人・吉川澄夫，1999，地殻変動解析支援プログラム MICAP-G の開発，地震 2，52，
101-103．

KMT
□■
■

HKW

OMR

▲
HGS

0
第1図
Fig.1

20km

観測点の位置．■：地下水観測点（OMR: 大室山北 , HKW: 冷川南），▲：気象庁の体積歪観測点（HGS: 東伊豆），□：気象庁の地震観測点（KMT: 鎌田）．
Location of observation stations. ■ : Groundwater observation station (OMR: Omuroyama-kita station,
HKW: Hiekawa-minami station), ▲ : Strain observation station of JMA (HGS: Higashi-izu), □ : Seismicstation of JMA ( KMT: Kamata).
第１図－ 223 －産業技術総合研究所

ATMOSPHERIC PRESSURE (OMR)

1030
hPa

301020mm/h

hPa

ATMOSPHERIC PRESSURE (OMR)

mm/h
RAINFALL (OMR)

RAINFALL (OMR)
0970

0970
GROUNDWATER LEVEL (OMR) EARTHQUAKE SWARMSGROUNDWATER LEVEL (OMR)

ORI

AL

REC

M5.13m

GIN

COR

50

ACTIVE

INACTIVE

TED

M5.0

EARTHQUAKE SWARMS

ORIGINAL

0.8m

M4.4

CORRECTEDVOLUMETRIC STRAIN (HGS)

1.5ppmVOLUMETRIC STRAIN (HGS)ORIGINAL

ORIG

CORRECTED

INAL

M5.0
M5.1

CORR

ECTE

EVENTS/HOUR

DM5.1
M5.0

NUMBER OF EATHQUAKES RECORDED AT KMT300300200

M4.4

10000

Fig.2

第２図DEC.2009

JAN.2010

FEB.2010

Fig.3

1

DECEMBER 2009

産総研

産総研

2009 年 12 月 11 日 〜 2010 年 1 月 22 日 の 観 測 結 果．
M5.0,M5.1,M4.4 とは，マグニチュード 5.0，5.1，4.4 の地震．
水位や体積歪の生データ（Original）から気圧や潮汐・雨量の影響を除去し，さらに水位からは雨量の影響も除去したものが補正値（Corrected）である。
Fig.2 Observation results during the period from December 11, 2009 toJanuary 22, 2010. M5.0, M5.1 and M4.4 denote the earthquake ofM5.0, M5.1 and M4.4, respectively. The tidal and barometric effects
on the groundwater level at OMR and volumetric strain at HGS
were eliminated. The rainfall effect was also eliminated from thegroundwater level at OMR. The residuals are drawn as "Corrected".
− 224 −

第 3 図 2009 年 12 月 11 日〜 12 月 22 日の観測結果
Fig.3 Observation results during the period from December 11to 22 in 2009.

伊豆半島東方沖の地震活動(a)
CONEXTTRAENS

震央分布図（2009 年 12 月 17 日 00 時～21 日 15 時、深さ 20km 以浅、M1.5 以上）※一部未処理の期間を含んでいる

EXT

ENS

0.1ppm矩形領域内の時空間分布図（南北投影）

ION

0.01ppm▲-0.
pm

01p02p-0.

CON

0TRApm

南CTI

ON5km

139ﾟE

17 日

18 日

19 日

20 日

21 日

(b)

矩形領域内の深さの時系列図

CON

EXT

TRA

ENS

35ﾟN

ION

■1ppm

●

矩形領域内の時空間分布図（東西投影）
西ON

35ﾟN

●

北CTI

ION

東CTI

ON

EXT

ENS

ION

▲

CON

17 日

TRA

17 日
18 日

18 日

19 日

20 日

21 日

0ON5kmCTI

矩形領域内の地震活動経過図
139ﾟE

第5図

(a)2009 年 12 月 16 日 17 時〜 17 日 23 時の観測結果を説明する断層モデルとそのモデルから計算される体積歪変化．■ : OMR，● : HKW，▲ : HGS．
(b)2009 年 12 月 16 日 17 時〜 20 日 13 時の観測結果を説明する断層モデルとそのモデルから計算される
体積歪変化．
(a) A fault model for observation results during the period
from 17:00 on December 16 to 23:00 on December 17 in
2009. ■ : OMR，● : HKW，▲ : HGS.
(a) A fault model for observation results during the period
from 17:00 on December 16 to 13:00 on December 20 in2009. ■ : OMR，● : HKW，▲ : HGS.

Fig.5

19 日

20 日

21 日
17 日

Fig.5
18 日19 日

20 日

21 日

第 4 図 2009 年 12 月 21 日気象庁発表資料による伊豆半島東方沖の地震活動．
Fig.4 Earthquake activity off the east coast of Izu Peninsula announced by JMA onDecember 21, 2009.
第4図0.1ppm

気象庁作成− 225 −

産総研