上湯場新噴気における水蒸気の酸素・水素同位体比
板寺一洋 *・代田寧*

Oxygen and Hydrogen Isotope Ratio of the fumarolic vapor at Kamiyuba, Hakone volcano
byKazuhiro ITADERA* and Yasushi DAITA*
1.

はじめに（図１）。噴気孔の詳細や調査実施日の概要については代箱根火山では、2001 年以降、2006 年、2008 から 2009

田（2013）に述べられているので省略する。

年、2011 年、そして 2013 年と、5 回の顕著な群発地震

代田（2013）は噴気孔にチタン製のパイプを挿入し、活動が発生している（原田ほか、2013）。特に 2001 年の二口注射器で噴気ガスを吸引採取する方法を採用してい活動は、温泉地学研究所によるテレメーター観測開始以る。チタン製パイプと二口注射器の間には、氷水で冷却降では、最大規模のものであり、山体がわずかに膨張すした捕集ビンが取り付けられており、噴気ガスは、水分るような地殻変動が観測された（代田ほか、2009）。こが除去された後、二口注射器内に導入される。代田（2013）の活動では、大涌谷にある深度 500 ｍの蒸気井が暴噴しは、この水分除去後のガスについて、硫化水素、二酸化たほか、群発地震活動の終息後には、それまで噴気活動硫黄、二酸化炭素、酸素の濃度を検知管で測定している。

が認められなかった大涌谷北側斜面の数カ所において新本報告で報告するのは、その際に、氷水で冷却された捕たな噴気（以後、新噴気域とよぶ）も出現した（辻内ほ

集ビン内に凝結し、噴気ガスから除去された水試料（以か、2003；棚田ほか、2008）。

下、「凝結水」とする）の酸素および水素同位体比の測2013 年 1 月から 3 月まで続いた群発地震活動は、そ定を行った結果である。の規模こそ 2001 年の活動の数分の 1 程度であったが、凝結水試料の酸素および水素同位体比は，軽元素質量

主に中央火口丘直下を震源とする地震が多発し、山体の分析装置 PRISM により測定した。同位体比測定のためわずかな膨張を示す地殻変動を伴うものであった（板寺の試料の前処理は、酸素同位体比については炭酸ガス、ほか、2013）。代田（2013）は、この群発地震活動が発

水素同位体比については水素ガスと白金触媒を試料水と生する 10 ヶ月ほど前から、新噴気域の中でも、近年、ともに封入し、所定の温度条件下で同位体平衡（酸素

特に噴気活動が活発になっている領域（原田ほか（2012）については 25℃下で４時間、水素については 40℃下でにおける E 領域）に位置する噴気孔において、数ヶ月90 分）させることにより行った。標準試料としては温に 1 回程度の頻度で噴気ガスの採取・測定をおこなって

泉地学研究所で作成した蒸留水（δ 0 ＝ -8.52‰、δD ＝いたが、地震活動の活発化を受けて測定頻度を 10 日に-54.1‰）を用いた。質量分析による同位体比の測定精1 回程度に増やすことにより、大場ほか（2008）などの度は、酸素について ±0.1‰、水素について ±1‰ であるが、従来の調査に比べて、時間分解能の高いデータを得て、試料水の酸素・水素同位体比（δ 値 V-SMOW）は、これその結果をもとに、群発地震活動前後における噴気ガスらの測定結果と、平衡温度下における同位体分別係数を組成の変化について検討している。

用いて算出するので、最終的に求められる δ 値の精度は

本報告では、この代田（2013）の調査の際に、併せて18酸素が ±0.1‰、水素が ±3‰ 程度となる。

採取された噴気中の蒸気凝結水の酸素および水素同位体3.

比を測定した結果について報告する。

酸素・水素同位体比の測定結果
B 領域、E 領域における凝結水の酸素および水素同位2.

体比の測定結果を表１に、それぞれの時間変化の状況を蒸気凝結水の採取・分析方法
代田（2013）が調査対象としたのは、原田ほか（2012）

図２に示した。本稿で報告する期間において、凝結水のにおけるＢ領域およびＥ領域に位置する噴気孔である

酸素同位体比は、B 領域では -14.1‰ から -16.3‰、E 領* 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 46 巻 ,17-20, 2014－ 17 －－ 17 －

表１

図１

凝結水の酸素および水素同位体比

調査対象とした噴気孔の位置

域では -5.9‰ から -7.9‰ の範囲で、水素同位体比は、B領域では -78.7‰ から -91.9‰、E 領域では -46.0‰ から-56.7‰ の範囲で、それぞれ変動した。
4.

図２によれば、凝結水の同位体比は、E 領域のほうが酸素・水素同位体比の時間変化

B 領域よりも常に高い値をとりながらも、領域ごとおよ図２によれば、凝結水の酸素および水素同位体比の時

び項目ごとの時間変化のパターンが、それぞれ似通って間変化の特徴は、概ね次のようにまとめることができる。

いることが注目される。このことは、代田（2013）にお2012 年の測定回数は少ないものの、B 領域では年末にける一連の試料採取が、一定の精度を保って行われたこかけて同位体比が上昇、E 領域では年間を通してほぼ横とを示しているとみられる。そこで、以下の項では、凝2 月ぐらいまでは、B 領域・ばいであった。2013 年に入り、結水の同位体比の変動が、噴気ガス（火山ガス）に含まE 領域とも、同位体比の低下傾向が認められる。その後、れる水蒸気の同位体比の変動を十分反映しているものとどちらの領域とも、同位体比は徐々に上昇し、2013 年して、述べることとする。の後半は、ほぼ横ばいであった。

深部に由来する火山ガスと天水の混合によって形成さこうした結果を、併せて示した箱根の日別地震数の推れた熱水は、より浅部に移動して噴気を形成するまでの移と比較すると、二つの領域において凝結水の同位体比過程で、さらに局所的な天水と混合することが考えられの低下がみられた期間は、地震活動の活発化前の 2012

る。したがって、凝結水の同位体比が、E 領域において、年末から 2013 年初頭の群発地震活動が観測された期間

常に B 領域よりも高い値を示していたことは、E 領域のに対応している。また、同位体比が徐々に上昇した期間

水蒸気が、より熱水の影響を受けており、B 領域では天は、群発地震活動が終息に向かう 2013 年の中期にかけ水の影響が強いことを示唆している。代田（2013）は、ての期間と対応している。さらに、同位体比の変化が横E 領域における噴気ガス中の硫化水素濃度が、B 領域にばい傾向となった 2013 年後半には、顕著な地震活動はおけるそれよりもかなり高いことを報告し、その原因と観測されていない。

して、上湯場地域の噴気活動が、B 領域よりも E 領域で代田（2013）は、箱根火山における地震活動の消長と、活発化している（原田、2012）ことによる可能性を指摘

大涌谷付近の噴気域における噴気ガス組成の変動との関している。二つの領域における凝結水の同位体比の相対連について詳細に調査し、噴気ガス中の硫化水素濃度が、関係も、この指摘を支持するものと考えられる。

地震活動の活発化に応じて低下、地震活動の低下とともに増加すること、および、噴気ガスの組成（C/S 比）が、－ 18 －－ 18 －

図３

凝結水の酸素および水素同位体比の関係期に向かい、同位体比が低下する傾向が認められる。
同一の噴気における凝結水の同位体比の低下は、水蒸気の形成に関る天水の寄与の度合いが増したことを示していると見ることができる。そうした現象が、群発地震活動が活発化した期間に生じていたとすれば、過去の群発地震時にマグマ性ガスの供給があったとする Ohba et
図２

凝結水の酸素および水素同位体比の時間変化と箱根火山における日別地震数al（2011）の推定とあわせて、どのようなメカニズムによるものかは、本地域における噴気の形成機構を解明する上でも重要な検討課題である。

地震活動の活発化に先行して増加し、活動低下ととも5.に減少する変化を確認している。蒸気凝結水の酸素・水状況

酸素・水素同位体比から推定される噴気形成場の素同位体比の時間変化の状況は、こうした噴気ガス組成

図３は、酸素同位体比と水素同位体比の関係を示す δに関る変化とも良く対応しており、噴気ガス採取時に分ダイアグラムである。図３によれば、B 領域および E 領離された水蒸気についての測定結果であることからすれ域における噴気の酸素・水素同位体比を示す点は、時系ば、妥当な結果であると考えることができる。

列変化に見られた特徴を反映し、領域ごとに一定の範囲上湯場を含む大涌谷一帯における噴気ガスの成分を調にまとまっており、なおかつ、B 領域に対して E 領域の査した Ohba et al（2011）は、箱根火山における 2001（平方が同位体比の高い側にプロットされている。さらに、

成 13）年、2006（平成 18）年、2008（平成 20）年の群酸素・水素同位体比には良い相関が認められる。

発地震活動時に、地下深部から二酸化炭素と二酸化硫黄

松葉谷ほか（2007）は、秋田県の泥湯温泉の地すべりに富んだマグマ性ガスが供給されたと推定している。

地区における噴気や温泉水の酸素・水素同位体比が示すマグマから放出される火山ガス等に含まれる水蒸気の直線関係が、噴気が地表に噴出する直前に、熱水と水蒸酸素・水素同位体比と天水のそれらを比較した場合、一気に分離する際の同位体分別によるものと考え、Horita般に、前者が大きい値をとる。したがって、噴気に含まand Wesolowski（1994）が示した、温度と同位体分別のれる水蒸気（凝結水）の同位体比が、単に深部から供給関係式から、水蒸気の分離が起こっている深さや、そのされる火山ガス等の増減に対応して変動するのだとすれ環境の温度を推定している。さらに、解析対象とした泥ば、群発地震活動が活発な時期には同位体比が上昇し、湯地区の噴気には、二酸化炭素と硫化水素を含む一方で、活動終息期には同位体比が低下することが予想される。

塩化水素や二酸化硫黄を含まない特徴があることなどか

しかしながら、図２に示した凝結水の同位体比の変動パ

ら、噴気の源となっている熱水を天水起源と推定していターンは、それとは逆であり、群発地震活動が活発な時

2007）は、る。こうした泥湯温泉の噴気組成（松葉谷ほか、－ 19 －－ 19 －

上湯場地区の噴気組成（代田、2013）と類似しているとは、東海大学理学部教授の大場武氏から貴重な助言をい言える。そこで、上湯場地区の噴気についても、表１にただきました。ここに記して感謝の意を表します。

示した凝結水の酸素水素同位体比に基づき、松葉谷ほか（2007）と同様の検討を行うこととする。

参考文献

図３に見られる相関関係について、最小二乗法による代田

寧（2013）箱根火山において 2013 年 1 月から発182

生した群発地震活動に伴う噴気ガス組成の時間変182化，温地研報告，45，29-34.

近似式は、Ｂ領域については δD ＝ 4.9×δ O － 10.5（R＝ 0.93）、E 領 域 に つ い て は δD ＝ 4.9×δ O － 19.4（R＝ 0.79）と、どちらの領域についても、直線の傾きは

代田寧・棚田俊收・丹保俊哉・伊東博・原田昌武・4.9 であった。これを熱水と水蒸気間の同位体分別によ

萬年一剛（2009）2001 年箱根群発地震活動に伴っるものとすると、Horita and Wesolowski（1994）によれば、た 傾 斜 変 動 と 圧 力 源 の 時 間 変 化， 火 山，54, 223-

約 110℃における水素と酸素それぞれの同位体分別の比234．に相当する。日本機械学会（1999）によれば、110℃に

原田昌武・行竹洋平・宮岡一樹・本多亮・板寺一洋・

おける飽和水蒸気圧はおよそ 1.4 気圧であるので、水蒸

道家涼介・里村幹夫・吉田明夫（2013）箱根火山に気の分離が起きているのは、深さ十数 m 程度までの、おける群発地震活動の分類，温地研報告，45，1-8.

ごく浅いところと見ることができる。

原田昌武・小田原啓・松沢親悟・代田寧・板寺一洋・

寺田暁彦（2012）箱根大涌谷の北側斜面における近6.

おわりに年の地表面変化と熱赤外カメラによる観測，温地研

代田（2013）は、2013 年の初頭に箱根火山で発生し報告，44，55-62．

た活発な群発地震の活動期間を挟んだ期間について、大Horita J. and D. J. Wesolowski（1994）Liquid-vapor

涌谷周辺の上湯場地区の噴気域において火山ガス調査をfractionation of oxygen and hydrogen isotopes of water

行った。その際にあわせて採取された噴気の凝結水の酸from the freezing to the critical temperature, Geochim.

素・水素同位体比を測定した結果は、以下のようにまと

Cosmochim, Acta, 58(16), 3425-3437.

めることができる。

板寺一洋・代田寧・本多亮・原田昌武・行竹洋平・

凝結水の酸素・水素同位体比は、2001 年の群発地震

道家涼介・宮岡一樹・萬年一剛（2013）2013 年 1

活動後に出現した B 領域よりも、2011 年以降に噴気活～ 2 月の箱根火山群発地震活動について（概報），動の活発化が認められた E 領域において高い値をとり

温地研報告，45，17-28.

つつ、時間変化のパターンは、領域ごとおよび項目ごと

松葉谷治・川原谷浩・石山大三・高橋芳信・鈴木勝・に、それぞれ似通っていた。さらに、代田（2013）が報

五十嵐和夫（2007）秋田県、泥湯および川原毛地区

告している噴気ガス組成と同様に、群発地震活動の状況の温泉や噴気の地球化学的特徴とその成因，温泉科に対応して変化し、群発地震活動が活発化した期間に低学，57(2)，88-98.

下しており、その間、水蒸気形成に関る天水の寄与の度

日本機械学会（1999）蒸気表，丸善，201p.

合いが増したことを示していると見られる。

大場

松葉谷ほか（2007）による秋田県の泥湯温泉の地すべ

武・代田寧・澤毅・平徳泰・撹上勇介（2008）

箱根カルデラ中央火口丘大涌谷地熱地帯における火り地区における解析事例と同様の検討を行った結果、凝山ガス組成の時間変化，温地研報告，40，1-10.

結水の酸素および水素同位体比の相関関係は、約 110℃

Ohba, T., Daita, Y., Sawa, T., Taira, N. and Kakuage, Y. (2011)における水素と酸素それぞれの同位体分別の比に相当

Coseismic changes in the chemical composition of

し、水蒸気の分離が起きているのは、ごく浅いところと

volcanic gases from the Owakudani geothermal area on見ることができる。

Hakone volcano, Japan, Bull Volcanol., 73, 457-469.

今後、本地域における噴気の形成機構や、火山ガスの棚田俊收・代田寧・板寺一洋（2008）箱根町大涌谷か組成変化が生じるメカニズムを解明するために、同様のら上湯場付近における硫化水素および二酸化硫黄の調査を継続するとともに、蒸気凝結水の酸素・水素同位ガス濃度と地温測定結果，温地研報告，40，23-28.

体比と噴気ガスの組成とを併せた検討を進めたい。

辻内和七郎・鈴木征志・粟谷徹（2003）箱根大涌谷で2001（平成 13）年に発生した蒸気井の暴噴事故と謝辞

その対策，温地研観測だより，53，1-12.

噴気調査におけるガスおよび水蒸気の採取について－ 20 －－ 20 －