火山観測を振り返って

火山観測を振り返って

著者 植木 貞人

火山観測を振り返って

地震･噴火予知研究観測センター

植木貞人

東北大学理学研究科

国内火山観測草創期の歴史と関連事項

年(西暦) 年(和暦) 火山観測・関連事項 1875 年 明治 8 年 内務省地理寮，Palmmieri地震計による観測開始． 1875 8 内務省が大三角測量（後の全国三角測量）を開始． 1877 10 東京大学創立． 1878 11 内務省地理局内に地質課（地質調査所の前身）設置． 1888 21 磐梯山噴火．関谷による地震観測． 1891 24 濃尾地震(M8.0)． 1892 25 気象台，地震観測の強化（１，２等測候所に地震計の設置を決定）． 1892 25 震災予防調査会発足． 1907 40 東北大学創立． 1910 43 有珠山噴火．大森による臨時地震観測・水準測量． 1911 44 東北大学理科大学開講． 1912 大正 元 気象台，測候所に地震観測用無線時報受信機設置開始． 1912 元 東北大学理科大学附属観象所竣工．翌年1月，観測開始． 1914 3 桜島大正噴火．M7地震と広域地盤変動． 1923 12 関東地震(M7.9)．白鳥勝義講師，観象所で地電位変化を観測． 1925 15 気象台，Wiechert式地震計と大森式地震計を全国展開． 1928 昭和 3 京都大学，火山観測施設を阿蘇山に開設． 1929 4 北海道駒ケ岳噴火． 注）下線部は東北地方の事象あるいは東北大学関連事項．

関谷式簡単地震計

関谷・菊池による磐梯山

1888年噴火の調査

地震観測を試みるも成果なし．

測量により地形変化を定量化．

1910年代前半の噴火に伴う地震活動

（岡田，1986） 4

1910年有珠山噴火

1914年桜島噴火

桜島火山1914

年噴火にとも

なう地盤変動

水準測量による上下変動 三角測量による水平変動 (大森,1918) 3.62 m 4.52 m -100 mm -300 mm -500 mm -50 mm Leveling: 1914-1894 Triangulation: 1914-1898

噴火前後の測量結果

から，広域で大きな変

動が明らかになった．

水平変動

(吉川,1965) 上下変動

Sakurajima 1914

(山科,1997) Distance dh pressure source

弾性変形としての解釈

茂木モデル(Mogi Model)

depth D r Uz,Ur a <<D homogeneous half-space 山川(1955)の式を使用．

国内火山観測草創期の歴史と関連事項

年(西暦) 年(和暦) 火山観測・関連事項 1875 年 明治 8 年 内務省地理寮，Palmmieri地震計による観測開始． 1875 8 内務省が大三角測量（後の全国三角測量）を開始． 1877 10 東京大学創立． 1878 11 内務省地理局内に地質課（地質調査所の前身）設置． 1888 21 磐梯山噴火．関谷による地震観測． 1891 24 濃尾地震(M8.0)． 1892 25 気象台，地震観測の強化（１，２等測候所に地震計の設置を決定）． 1892 25 震災予防調査会発足． 1907 40 東北大学創立． 1910 43 有珠山噴火．大森による臨時地震観測・水準測量． 1911 44 東北大学理科大学開講． 1912 大正 元 気象台，測候所に地震観測用無線時報受信機設置開始． 1912 元 東北大学理科大学附属観象所竣工．翌年1月，観測開始． 1914 3 桜島大正噴火．M7地震と広域地盤変動． 1923 12 関東地震(M7.9)．白鳥勝義講師，仙台で地電位変化を観測． 1925 15 気象台，Wiechert式地震計と大森式地震計を全国展開． 1928 昭和 3 京都大学，火山観測施設を阿蘇山に開設． 1929 4 北海道駒ケ岳噴火． 注）下線部は東北地方の事象あるいは東北大学関連事項．

北海道駒ケ岳1929年噴火に関連して

東北大学が実施した観測

・地質調査

・地震観測

・水準測量

・地磁気伏角測定

・写真測量

東大地震研究所の調査項目：

地質，地震，地盤上下変動，地形変化，重力変化，傾斜変動．

中心は中村左衛門太郎教授

単位：mm

（中村，1930） （中村，1935）

震源分布

（1929年8月~10月）

上下変動

（1934年-1904年）

2点（森，大沼）での初動方向と初期微動 時間から震源を推定 南東山腹を中心に同心円状の沈降 いずれも東京大学より優れた成果と言えるが，あまり注目されていないように思える．

The Plastico-Elastic Deformation of a Semi-infinite

Solid Body due to an Internal Force

By K. Sezawa, BERI, 9, 398-406, 1931.

Surface

Elastic

伏角変化

（1929年~1930年）

比高変化

（1929年~1930年）

両者の分布に類似性あり，原因は共通 ．

(Kato, 1938)

北海道駒ケ岳における観測は，加藤による地震・火山活動に関連した

地磁気変化の研究へつながった．

1940年代~1960年代の火山観測･実験

・加藤による地磁気変化の研究

・加藤･庄司による昭和新山の地震探査

・中村･森による昭和新山生成機構のモデル実験

・加藤･高木･他によるプロトン磁力計の製作と火山

空中磁気測量

探査火山：伊豆大島火山，箱根火山，十和田火山，

秋田駒ケ岳火山，岩木火山．

技術は海上保安庁水路部に引き継がれた．

昭和新山地震探査

(Kato and Shoji, 1949)

Roof Mountain Dome

Ia

Ia

IIa

IIa

IIb

IIb

III

III

昭和新山生成機構のモデル実験

(Nakamura and Mori, 1949)

地形からマグマ貫入量と 地下構造を推定

以上の2研究で 潜在円頂丘の

東北大学による19７0年代以降の火山観測

・火山活動移動観測班の設置

(1977年)

1983年三宅島噴火，1986年伊豆大島噴火，

1989年伊東沖噴火，1990~1995年雲仙噴火．

全国共同観測：

吾妻火山(1979年)，磐梯火山(1988年)，

秋田駒ケ岳火山(1990年)集中総合観測．

岩手火山臨時観測(1998年前後)，集中観測(1999年)．

・構造探査の推進

軽量小型低消費電力データロガーの開発（森田・浜口），

磐梯火山(1997年)，岩手火山(2000年)構造探査．

・定常観測網の整備(1979年~1999年)

岩手火山・秋田駒ケ岳火山・秋田焼山火山，

吾妻火山・安達太良火山・磐梯火山，

蔵王火山，鳥海火山．

1983年三宅島火山

噴火後の地震観測

無線･有線テレメーターを用いた多点集中

記録方式

(10月3-4日噴火，6日観測開始)．

震源分布

Type 1（黒丸）と Type 2（星印： 赤丸領域）は震源域が異なる．

スペクトル

_{Type 2} Type 3 Type 4 Type 2 と 類似性あ る． (植木･他，1984) (清水･他，1984)

種類別震央分布

引張り-せん断型割れ目

モデルの提唱

(Shimizu et al.,1987)

初動押し引き分布，(a)全点押し，(b)全点引き．

(Brace et al., 1966) (Hill, 1977)

1989年伊東沖海底噴火にともなう地震活動の観測

PCを用い たデジタ ル記録

1989年伊東沖噴火に先

行する震源分布の時間

変化

1998年伊東沖群発地震

震源域の詳細な時間発展

1930年伊東群発地震

●：再決定震源

岩手火山地域における地震活動

LF HF

岩手山震源分布

1997年12月-2001年1月

1998年3月から7月，震源分布は 山頂付近から西側へ伸展 （原図田中）

GPS観測による変位

GPS Observation Network

GPS：1998年2月

地震波速度構造と震源分布，地盤変動源分布

• 古い山体(西岩手山)は

高速度，新しい山体(東

岩手山)は低速度である．

• 1998年の地震活動は西

岩手山下の高速度領域

で発生．地盤変動源も

同領域を西へ移動した．

• 山頂下へ貫入したマグ

マが，高速度･高密度領

域内を西方へ移動した

と推定される．

• マグマの運動が密度構

造によって規定されて

いたことを示唆する．

地震波速度構造．水平断面(標高0 km)と東西断面． 西岩手山で高速度(青)，東岩手山で低速度(橙)． Iwate Volcano

1998年活動に先行する地盤変動

トレンド推定(赤直線)

GPS長期連続記録から広域地殻変動に起因するトレンドと1994年三陸はるか沖地震の余 効変動を取り除くことで，1995年～1997年の2年間に，最大約2 cmの水平変動と約4 cmの 沈降が発生していたことが明らかになった．変動源(体積減少？)は，西岩手火山山頂地域で はなく，岩手山山腹・山麓地域にあると推定される． （暫定）

トレンド除去後の変動

観測された変動(赤印)とモ

デルによる計算値(青印)

- 長期観測の重要性 -

日下部四郎太・白鳥勝義・畑井新喜司・中村左衛門

太郎・加藤愛雄の足跡をみると，いずれも地震予知

研究の先鞭をつけたものである．それぞれの時代の

地震学の本流とは思えないが，それだけに自由奔放

な発想を持ち続けられたのであろう．

平沢朋郎先生による東北大学の地震研究

に関するまとめ－結びに代えて

（地震，日本の地震学百年）

1960年代までは，自由奔放な発想のもとに，既成の

学問分野の枠にとらわれない先駆的・独創的な研究

で本学のアイデンティティーを主張した．（略）第3期

以降については，最高レベルの観測を徹底的に追及

することが本学のアイデンティティーであると言えよう．

（東北大学百年史）

ご清聴いただきましてありがとうございました．

また，これまで諸先生・諸先輩より賜りましたご

指導・ご鞭撻，ならびに，同僚・後輩・学生の皆

様のご厚情・ご協力に感謝申し上げます．

観測現場では，多くの方のお世話になりました．

心よりお礼申し上げます．

Palmieri地震計

パルミエリに対す

る内務卿大久保

利通の感謝状

（ベスビオ火山観

測所提供）

（下鶴，1995） 3

(Murase and McBirney, 1973)

岩石中のP波速度

玄武岩

安山岩

雲仙火山1990年－1995年噴火にともなう重力変化

観測値の時間変化 地形変化，上下変動補正後

参考文献

浜松音蔵（1981）地震, 34，特別号，73-92．

岡田 弘（1986）火山，30，30周年特別号，S301-S325．

Abe, K. (1979) J. Fac. Sci. Hokkaido Univ., Ser. 7, 6, 201-212. Omori, F. (1914-1922) Bull. Imp. Earthq. Inv. Com., 8.

吉川圭三（1965）火山，10，10周年特集号，110-118. 山川宜男（1955）地震，8，84-98． Mogi, K. (1958) BERI, 36, 99-134. 山科健一郎（1997）火山，30，30周年特別号，S101-S119． 北海道防災会議（1975）駒ケ岳． 中村左衛門太郎（1930）岩鉱，3，61-65． 中村左衛門太郎（1935）岩鉱，276-280．

Kato, Y. (1983) Sci. Rep. Tohoku Imp. Univ., Ser. 1, 17, 1-90. Sezawa, K. (1931) BERI, 9, 398-406.

Kato, Y. and R. Shoji (1949) Sci. Rep. Tohoku Univ., Ser. 5, 1,41-45.

Nakamura, S. and T. Mori (1949) Sci. Rep. Tohoku Univ., Ser. 5, 1, 45-49. 植木貞人・他（1984）火山，29，特別号，S68-S80．

清水 洋・他（1984）火山，29，特別号，S81-S100．

Shimizu, H. et al. (1987) Tectonophysics,, 144, 287-300. Brace et al. (1966) JGR, 71, 3939-3953.

Morita, Y. et al. (2006) JGR, 111, doi:10.1029/2005JB003860. Miura et al. (2000) EPS, 53, 1003-1008.

Tanaka et al. (2002) JRL, 29, doi :10.1029/2002GL014983. 平沢朋郎（1981）地震，34，特別号，160-162．