伊豆大島火山観測所における火山観測

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技術研究報告( 東京大学地震日i究所) No. ，l 7‑17頁， 1996年.

Technica1 Research R巴port (Earthquake Research Inslilute， University of Tokyo)， No. ，1 p. 7‑17， 1996.

伊豆大島火山観測所における火山観測

坂下至功ネ・下村高史* ・三ケ田均料・渡辺秀文* * *

Volcano Monitoring at Izu‑Oshima Volcano Observatory，

Earthquake Research Institute， University of Tokyo

S h i k o u S A K A S H I T AヘT a k a f u m i S H I M O M U R A ，* Hitoshi M I K A D A料

a n d Hid e f u m i W A T A N A B E料口，

Abstract

T h e Izu‑Oshima Volcano Observatory (OVO) w a s established in 1984 fiscal year， b y combining a n d expanding the existing tsunami a n d magnetic observatories of Earthquake Research Institute o n Izu^嗣Oshima island， based o n the third ふyear plan of the National Project for Prediction of Volcanic Eruptions.

Izu‑Oshima is a n active basaltic volcano repeating m a j o r eruptions in historic times， a n d often produced low viscosity lavas containing m u c h magnetic minerals. In 1986， the first eruption started from the summit crater of Mihara‑yama. Successively， flank fissure eruptions occurred within a n d outside the caldera a n d forced the evacuation of habitants. T h e Izu‑Oshima volcano is located near the triple junction of the Pacific， Philippine Sea a n d Eurasian plates， a n d at the northeastern border of the subducting Philippine Sea plate. Consequently， the activity of Izu・O s h i m a volcano is closely related to the crustal activity at the Izu a n d off Boso peninsulas.

T h e m a i n object of O V O is to conduct comprehensive studies o n the activity of Izu‑Oshima volcano a n d the surrounding areas. T h e current projects include (1) study of volcanic p h e n o m e n a a n d its application to eruption prediction， (2) tomographic study of the subterranean structure of Izu‑Oshima volcano a n d the surrounding areas a n d (3) relation between the volcanic activity a n d the surrounding tectonic activity.

In the 1986‑1987 eruptions， a comprehensive cooperation a m o n g the related scientists w a s very effective in obtaining m u c h high‑quality data to promote researches o n precursors a n d mechanisms of the eruption. After the eruption， the networks of seismometric， geodetic a n d electromagnetic observa‑

tions have been strengthened to perform basic researches o n the m a g m a transport system of Izu‑

Oshima volcano. T h e geodetic observation has revealed a n inflation of the volcano， suggesting a continuous m a g m a supply from depths toward the next eruption in future.

K e y words : Izu‑Oshima volcano， seismic observations， geodetic observations， geoelectromagnetic observa‑

tions.

はじめに

伊亘大島は古くより活動的な火山として知られ，今世紀に入ってからも， 1912‑14年， 1950‑1951年， 1974年， 1986‑

1996年5月27 日受付. 1996年6月24口受理.

* 火山噴火予知研究推進センター伊豆大島火山観測所，件火山噴火予知研究推進センター( 現夜，地震火山災害部門) ，山火山噴火予知研究推進センター， ( 東京大学地震研究所)•

本Izu‑Oshirna Volcano Observatory， Volcano Research Cent巴r，料Volcano Research Center (now al Division of Disaster Mitigatiori Sci巴nce)，件本Volcano Research Cenler， (Earthquake Research Institute， Universily of Tokyo)

7

87年と噴火を繰り返してきた火山の島である. 島の中心には繭塑をしたカルデラがあり，その北西縁には 1338年の大島西麓へのいわゆる元町溶岩流の源と思われる火砕丘，

南東縁には1684年の噴火の際に形成されたと考えられている櫛形山がある. 古山体の→a部であるカルデラ壁は東方向が欠けている. カルデラの南部には，半径約5 0 0 mの中央火口丘三原山がある. カルデラ内には， 1684年， 1777 1792年， 1950‑51年， 1986年に噴出した溶岩流が累積している. 1986年には1777年安永以来の三原山山頂以外からの噴火( 割れ目噴火) がカルデラ内外に発生し，全島民避

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8 坂下至功・下村高史・三ケ聞均・渡辺秀文

難という状況を迎えるに至ったことは記憶に新しい.

伊豆大島火山観測所は，第3次噴火予知計画により，既設の津波，地磁気の2観測所を統合拡充して1984年度に設立されたが，新庁舎での観測は1986年噴火開始1年半前の1985年4月から始まった. 1986年噴火直後からは全国の研究機関による総合的な地球物理学・地球化学・地質学的観測調査が行われ，火111活動にともなう諸現象についての研究が進んだ( 例えば， 11986年伊豆大島火山噴火」月刊地球No. 97， No. 98， 1987 ; 1伊豆大島火山 1986年噴火」

火山33巻特集号，1988; T h e 1986‑1987 Eruption of lzu‑

O s h i m a Volcano， E R I Spec. Publication， 1988 ; O s h i m a Volcano， lzu， Jour. Geomag. G eoelectr.， 42， No. 3， Spec.

Issue， 1990).

1986年噴火から 10年を経た現在，噴気が上がったり，

山頂火口で火口壁の崩落が生じたりする以外の表面現象は 1 S k m 生じていないが，時折群発する大島火山周辺部の地震や

1987年以後進行する地殻変動など，来るべき次の噴火に向けた数10年のスケールでの変動が進行しているものと考えられている. こうしたスケールの長い変動期には，表面現象を伴う火山活動等の詳細な把握を目的とするだけでなく，変動の時間スケールに相当する地下深部で進行する状態の把握という困難な課題をも対象とする観測が必要である. また，伊豆東部にしばしば群発する地震と伊豆大島火山に発生する火山性微動との関連から，伊豆大島火山の活動と周辺の地域応力場との聞に何らかの関係があることが予てより指摘されており，テクトニクスとの関係をも視野

に含めた観測も重要である.

本報文では，伊豆大島火山観測所において行われている地球物理学的観測のうち，地震観測，地殻変動観測，地球電磁気学的観測を取り上げ，観測目的と観測方法との対応を中心にその技術的な状況を報告する.

地震観測

伊豆大島では現在，地震研究所による常設点，臨時点に気象庁設置の6点も併せて45点の観測点のデータを伊豆大島火山観測所まで有線・無線のテレメータにより伝送し，集中トリガ一方式による収録処理が行われている. 図 l にこれら地震観測点の分布を示す. 気象庁からは図中に示されている 6点 (B，C， D， E， F， H 点) のデータの分岐を受けている (この内， D， E， H については3成分すべて) . 地震研究所の3成分観測点は 19点( 新聞S NK，黒潮開拓K S K，岡田O K A，大島公園O S K，伊豆大島火山観測

所O V O，伊豆大島火山観測所ボアホールO V B，伊豆大島

火山観測所長周期O V L，北外輪N R M，奥山砂漠ボアホールO K B，奥山砂漠長周期O K L，野増N M S，表砂漠O S 2，

奥LlI O K U，二子山F U T，ツワイ T S W，波浮北H B N，間伏M B S，間伏ボアホールM B B，波浮港H B M)，上下動成

N4

寸

O V O O V B

M B S /

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¥

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• Tricomponent stations

• U/D component stations .

. .

J M A stations

図1 . 伊t d . . 大島火山観測所でテレメータ接続している地震観測点. 凶中・， e^{，企はそれぞれ}3成分，上下動成分，気象庁設置の観測点を示す.

Fig. 1. Telemetered seismic stations of lzu‑Oshima Volcano Observatory. Solid squares， circles， triangles are stations equipped with tri‑component， vertical seismometers and those installed by J M A， respectively

分のみの観測点は20点( 大島地磁気基準点O S M，大丸山 D A I，蜂の尻H C H，鎧端Y O R，元町東M O E，三原北東 M N E，三原北M H N，奥山北O K N，三原東M H E，三原 M H R，鏡端西K G W，三原西M H W，櫛形山東K S E，櫛形山K S G，三原南M H S，滑台S U B，二子山ボアホール F U B，滑台jJ!ijS U W，白石山南S H S，岳の平T A K ) となっ O K B，

M B B， F U Bの全4点 (F U Bは上下動のみ) である. 各観

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伊豆大島火山観測所における火山観測 9

表1 . 伊豆大島火山観測所地震観測システムに登録されている観測点，テレメータチャネル番号およびその他の関連する定数. C h， D， O b s， C o m p， Bits， Sens， T， h， Gain， V /b， Lat， L o n， Altはそれぞれテレメータ・チャネル番号，テレメータ遅れ (ms)，観測点名，成分， A /D のピット数，センサー感度 (V/(m/sec))，センサー固有周期( 単位sec)，減衰定数，テレメータ・アンプ増幅皮 (dB)，1ビット当たりのV 出力，観測点の北京草，東経，高度 ( m ) である.

Table 1. Seismic stations， channel numbers and other related constants in seismic observation system at lzu‑Oshima Volcano Observatory. C h， D， O b s， C o m p， Bits， Sens， T， h， G品in，V /b， Lat， L o n， Alt are telemeter channel No.， telemeter delay in msec， observation site n a m e， directional component o[

positive output， n u m b e r of bits in A / D converter， sensitivity of geophone in V /(m/sec)， period of the sensor in sec， damping factor， amplifier gain (dB)， output voltage per bit， latitude， longitude， and altitude of each station， respectively

Alt

mm mm mm gm mm mm mm mm mm

忠m

則叩

mm mm_附

mm mm mm m_町 mm mm m_四

日間日開問問問問問問問

80

80 3

3

165 142

640 630 452 20

蜘

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4 0

290 139.36197

139.43633

139.43633 370

130

28

140 V/b Lat

42 2.44E‑03 34.75167 139.3段踊7 12 2.44E‑03

36 2.44E‑Oヨ 36 2.44E‑03

42 2.44E‑03 34.75167 139.36667 36 2.44E‑03

36 2.44E‑03

o 2.44E‑03 34.75167 139.36667

o 2.44E心3

o 2.44E‑03

42 2.44E‑03 34.78192 139.38372 36 2.44E‑03

36 2.44E‑ω

42 2.44E‑0ヨ34.69372 139.41987 42 2.44E‑03 34.71H活 139.36494 36 2.44E‑03

36 2.44E‑03

42 2.44E‑03 34.72616 139.40496 42 2.44E‑03 34.71889 139.4∞m

42 2.44E‑Oヨ 34.72203 139.4235 42 2.44E‑03 34.78903 139.36481 18 2.44E‑03

36 2.44E‑03 36 2.44E‑03

42 2.44E‑03 34.71913 139.3885 42 2.44ε03 34.72378 139.3剣泊1 42 2.44E 03 34.72522 139.38014 42 2.44E‑03 34.71333 139.38486 42 2.44E‑03 34.70794 139.4α13l 42 2.44E‑03 34.73964 139.37828 42 2.44E‑03 34.72584 139.39 4 0 9 42 2.44E‑03 34.73058 139.3明)99 36 2.44E‑ω

36 2.44E‑03 42 2.44E‑03 34.729

18 2.44E‑03 36 2.44E‑03 36 2.44E‑03 42 2.44E‑03 34.741 36 2.44E‑ョ。

36 2.44E‑0ヨ 36 2.44E‑03 34.741 36 2.44E‑03 36 2.44E‑03

42 2.44E‑03 34.75608 139.43753 18 2.44E‑ω

36 2.44E‑ω 36 2.44E心3

42 2.44E‑03 34.69517 139.39935 36 2.44E‑03

36 2.44E‑03

42 2.44E‑03 34.69672 139.4α)89 36 2.44E‑03

36 2.44E‑03

42 2.44E‑03 34.71労2 139.43571 l..o姐 h G a i n

7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7

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Sens

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(4)

均・渡辺秀文坂ド至功・下村l句史・二三ケ日

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l

表 1. ( つづく) Table 1. (Continued)

Alt

mm mm mm mm mm mm

混同

mm mm

問m

問問問問

Mm mm mm mm mm

日m

出

5 5 6 5∞

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420 6∞

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230 V/b La1i加de

18 2.44E‑03 36 2.44E‑03 36 2.44E‑03

42 2.44E‑03 34.73083 139.42419 42 2.44E‑03 34.71237 139.41534 18 2.44E‑0ヨ

36 2.44E‑03 36 2.44E‑03

42 2.44E‑03 34.71237 139.41534 42 2.44E‑03 34.72035 139.41068 42 2.44E‑03 34.68423 139.43948 18 2.44E‑03

36 2.44E‑03 36 2.44E‑03

42 2.44E‑03 34.74295 139.39049 42 2.44E‑03 34.75075 139ωヨ2 36 2.44E‑03

3 6 2.44E‑03 42 2.44E心，3 34.75369 42 2.44E‑03 34.73833 4 2 2.44E‑03 34.73908 42 2.44E‑03 34.769 4 2 2.44E‑03 34.755 42 2.44E‑03 34.698 3 6 2.44ι03 36 2.44E‑03 42 2.44E‑03 34.683 36 2.44E‑03 3 6 2.44E‑03 4 2 2.44E‑03 34.711 42 2.44忍ー03 34.77 36 2.44E‑Oヨ 3 6 2.44E‑0ヨ

42 2.44E‑Oヨ 34.76237 139.37ω 7 ， 42 2.44E‑03 34.75958 139.38964 42 2.44E心'3 34.69786 139.43536 3 6 2.44E‑03

36 2.44E‑03

42 2.44E‑03 34.76902 139.4u169 18 2.44E‑03

3 6 2.44E‑Oヨ 36 2.44E‑03

139.41592 139.40433 139.416 139.417 139.375 139.374 Longi加de

139.427

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7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7

Aり nりハ υ A U ハリハ υ ハリハ U A リ nu nυ

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生と時期を同じくしており，伊豆大島の周辺地域応力場との関連において今後の研究課題となっている. 1993年に発生した伊亘東方沖群発地震の際には，三原火口直ドで火山性微動が発生し，その振幅の消長と三原111山頂直下に発生する微小地震数，そして伊豆東方沖群発地震数との間に関連も認められた( 三ヶ田ほか， 1994). この際には，大島周辺部ではなく三原山直下て、微小地震活動が特徴的に発生し，火IIJ性微動の発生と微小地震の発生とが相補的に推移したことが注目された( 図4). 地域応力場と火山活動の関連を研究するうえで，こうした微動や微小地震の震源分布や震源過程の究明は責要な子がかりとなる.

第5次火山噴火予知計画では，火山の地下構造探査が新たな重点項目として取り入れられているが，伊豆大島火山においては，従来から地震波の走時や減表定数を用いた構造探査が精力的に行われてきた( 例えば，伊藤ほか， 1981 ; 測点の緯度経度，標高および地震計必感度，テレメータ遅れ

などの情報を表 l に示す. 島内観測点の現在の平均間隔は 1.5 k m程度である. この観測ネットは，火山活動により変化する地震活動度の監視，火山に特徴的に発生する低周波地震，火山性微動の観測のみならず，自然地震を積極的に利用した地下構造の解明などをも日襟としている.

1983年に行われた伊豆大島火山集中総合観測時より 1995年7月末までの震源データを図2に示す. 図示された地震の多くは， 1986年から 1987年にかけ発生したが，

の後もカルデラ内の三原山から北外輪，大島北方，西方，

そして島内カルデラ近傍南東部に時折群発地震が発生する. 図3に伊豆大島火山観測所において観測された地震数の推移を示す. 1991年より毎年梅雨後に大島内外の群発地震活動があることがわかる. これらの地震活動は伊豆東方沖群発地震や新島・式根島近海や銭外i付近の群発地震の発そ

(5)

伊豆大島火山観測所における火山観測

1985年4月の火山観測所設置以前は，数年から 10年おきに光波測距儀や水準測量による観測が行われていた. こ

。。れらの観測結果によれば， 1980年頃までは大島の膨張を示す地殻変動が続いていたが，その後変動は停止し， 1986年の噴火前まで噴火の前兆としての山頂部の隆起や膨張は認められなかった. これに対して，三原火口周辺の比抵抗や全磁力などの後に議論する地球電磁気学的な観測データは，噴火の数ヵ月前から顕著な異常を示し，火口直下に浅い火山性微動も発生した. 予想に反したこのような 1986 年噴火の前兆過程も，現在では統一的な解釈がなされてい

る( 渡辺， 1990 b， 1995).

過去，様々な火山体において，噴火の推移とともに進行する地殻変動の観測から，増圧や減圧の圧力源の位置や増減圧量の見積りがなされているが，これらは噴火機構の解明や予知の観点からは必要不可欠な情報である. 伊豆大島火山においても，火山性微動の発生とともに観測された地殻変動は，その発生源をカルデラ北西部マグマ潟まりとするモデル( 井田ほか， 1988;渡辺， 1988， 1989) や帯水層であるとするモデル( 渡辺， 1990a) を導き出し，伊豆大島火 11Iのマクぉマ供給系を考える上で避けて通れない課題となっている( 藤井ほか， 1995). 図5にその火山性微動に伴う地殻変動( ここでは傾斜変化) の例を示す. この地殻変動は

らでも説明可能である. 1987年11月16 日に三原火口で爆発が起こり， 18 円には火口を満たしていたマグマが急激に地下に戻った. この際に，火山性微動に伴うものと同様の地殻変動が発生したが，低周波地震波の解析からは，地下

1‑2 k mに存在する水平面状の帯水層の存在が示唆さ. れ，

直接マグマJ留まりに結び付く結果は得られていない C T a k e o et a ，.l 1990).

1986年割れ目噴火以降に観測されるようになった微動に伴う地殻変動を捉えた傾斜計は， 1996年現在，図6 に示された地点に配置されている. 現在の観測点は，奥山砂漠ボアホールO K S C地震観測点O K B と同位置) ，伊豆大島火山観測所ボアホールO V B，野増N M S，表砂漠O S B C地震観測点O S 2近傍) ，三原西M H W，二子山ボアホール F U T ( F U B と同位置) ，奥山O K U，間伏M B S，間伏ボア

ホールM B B，波浮港H B M，そして気象庁からデータ交換

により転送される J ‑B，J ‑ C， J ‑ D， J ‑E， J ‑F， J ‑ G， J ‑ H ( これらは各々地震観拠点と同位置) の17点となる. 地表設置の傾斜計で'Ii温度変化や降雨の影響が大きく，長期的

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図2. 1983年5月の伊豆大島集中総合観測時より 1995年7 月31 日までの伊豆大島付近の地震震央図. 伊豆大島を北西南東に横断する 1986年11月の震源分布が特徴的である. また伊豆大島西方近海や北方，そして島内南東部，カルデラ北方に時折群発地震が発生している図中には海岸線， 2 0 0 m おきの等高線，北東方向に開いた形状のカルデラ壁，そして円形の中央火口が描かれている.

Fig. 2. Epicenter distribution for the period from M a y 1983 through the end of July 1995. Coast， 200 m contour lines of altitude， the location of the caldera wall that opens in the N ‑E direction， and a circle‑shaped crater is indicated in the figure. Hypocenters aligned in the N W ‑ S E direction are mainly associated with the 1986 fissure eruption of the volcano. Intermittent s w a r m activities were observed after the eruption in the north巴rn caldera， w巴st and north offshore and at the southeastern part of the island

長谷川ほか， 1987;伊藤ほか， 1988; Y a m a m o t o， 1993;

M i k a d a， 1995; O n i z a w a， 1996). 反射法地震探査も 1986 年噴火後に行われたが，いわゆる資源探査で用いられてい

k m より深部の情報を得ることは困難であることが明らかになった (Suzuki et a ，.l 1992;青木・村岡， 1995). このことから，自然地震を震源とする地震探査の重要性が改めて認識された . これまで，自然地震を用いたトモグラフィーの手法では，観測点数によりその解像度が規定され，本来地震波から得られるはずのスケールまで情報を充分に生かせていないのが現状である. 走時や減衰トモグラフィーによって，地殻内の地震波伝播速度や地震波の異常な吸収体のスケールを充分に考慮できるかどうかは，地震

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観測点をどれだけ多点化できるかにかかっていると言っても過言ではないだろう. 先に述べたように，伊豆大島火山観測所では網密な地震観測を行っているが，観測点の維持に必要な労力の保持が当面の問題である.

地殻変動観測

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12 坂ドヨ至功・下付高史・二三ケ問均・渡辺秀文

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Fig. 3. T he dayly n u mber of earthquakes in the vicinity of central cinder cone M ih^且ra‑yam a and other near earthquakes. In June 1993， shallo w earthquakes and con tinuous volcanic tremors were observed near the crat巴r， apparently related to the seismic s w a r m activity at the east of lzu Peninsula.

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図 4. 1993年伊豆東方沖群発地震と連動して発生した，伊豆大島火山連続微動の振幅と三原火口直下が震源と思われる微小地震発生同数の推移(三ケ問ほか， 1994) . 微小地震と連続微動は相補的に発生している. このような活動が30 k m も離れた群発地震活動と連動する事実は，火山活動が地域応力場の影響を受けていることを示唆する

Fig. 4. T i m e variation of the amplutide of continuous volcanic trem or and th巴 hourly n u m b e r of micro earthquakes supposed to be generated in the very shallo w part belo w the Mihara‑yam a crater. T his activity w as observed in coincidence in time w ith the 1993 Off‑Ito earthquake swarm . T h e distance between their epicenters and the volcano is about 30 k m and it m ight be sugg巴sted that the regional tectonic stress field w ould have an influence on v olcanic activity

な変動を捉えるには難があるが，ボアホール設置のO V B， O K S， M B Bの3点のデータでは図7に明らかなように，

長期的変動が観測できる. 図7の場合，O V Bでは南南東，

M B Bでは北， O K Sでは北西方向に隆起の中心があることが示唆され， O V BとM B Bではカルデラから西側にかけ

ての地点での隆起，O K Sでは大島南東部の群発地震の震源域方向での沈降あるいは1986年噴火の際に生じた大島を横断する北西一南東方向の割れ目の影響等が考えられ興味深いが，変動の機構を解明するためには今後他の観測結果を含めて検討する必要がある.

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伊豆大島火山観測所における火山観測 13

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図 5. 伊豆大島火山で1989年1月19日16時51分に発生した火山性微動に伴う傾斜変動. 凶中斜線部分を中心と考えることができる矢印で示された向きの傾斜変動が生じた (渡辺， 1990 a) このような変動は 1986年:11月21日の割れ目噴火後に綴測されるようになった.

Fig. 5. Tilt change pattern observed at lzu‑Oshima volcano accompanied b y the occurrence of volcanic tremor at 16: 51 o n January 19， 1989 (Watanabe， 1990 a).

D o w n ward tilt direction is indicated by an arrow at each station. These chang巴s suggest the existence of two pressure centers indicat巴d b y hatched regions in the figure. T h e change in ground tilt associated with volcanic tremor started to occur after th巴 fissure eruption on N o v e m b e r 21. 1986.

地殻変動を捉えるための測地測量は， 1986年以後1993 年までは主として光波測距儀( 地震研究所の定期観測と気象庁による連続観測) と水準測量( 国土地理院と地震研究所による ) が，以後は汎地球測位システム (以下G P Sと略す) と水準測量 ( 国土地理院) による観測が行われている . 水準測量の結果では，三原山山頂部がほぼ年5 0 m m程度の割合で沈降していること， 1986年以降続いた北西南東方向の割れ目噴火の軸を横切る部分の沈降が鈍ってきていることなどの結果が得られている. 光波測距儀による観測お