GPS 測量および水準測量結果が示唆する草津白根山の収縮源
村上 亮１・加川 亮３・山田晃子２・佐藤博行２
横川正憲２・木村俊明２・川本利一３・森 克浩１・鈴木平三３
１：国土地理院地理地殻活動研究センター
２：国土地理院測地部機動観測課
３：国土地理院測地部機動観測課（2003 年 9 月当時）

A Deflation Source beneath Kusatsu-Shirane Volcano Inferred from RepeatedCampaign Measurements of GPS and Precise Leveling
Makoto Murakami1, A. Kagawa3 , A. Yamada1 , H. Satoh2 ,M. Yokokawa2, T. Kimura 3 , T. Kawamoto3 , K. Mori 1 and A. Suzuki3

1: Geography and Geodynamics Research Center, The Geographical Survey Institute2: Mobile Observation Division, The Geographical Survey Institute
3: Mobile Observation Division, The Geographical Survey Institute as of September 2003
１．はじめに火山の周囲では火山活動に伴う特有の地殻変動が発生する場合が多く、精密な測量を繰り返し地面の微小な変化を検出することによって、活動のメカニズムを理解するための極めて有効なデータを取得することができる。有史以来、現在まで活発に活動を続けている草津白根火山の火山性地殻変動検出を目的として、国土地理院では、1992 年に第 3 回草津白根山の集中総合観測に参加して観測点を設置した。その概要は、多田
第1図

観測点配置図ほか（1996）に報告されている。それを含めてこれまでに、計 3 回の測量が実施されており、徐々にデータが蓄積されてきた結果、この間の地殻変動の推移を見ることができるようになった。本稿では、

これらの結果について報告する。
第1表

2003 年 GPS 観測結果

２．GPS 観測
今回の GPS および水準測量の観測は、1992 年に設置された観測点上で実施した。測量を実施した計 7 点の GPS点及び 13 点の水準点の位置は第 1 図に示されている。
GPS 観測は 2003 年 7 月 23日と 24 日に行い、それぞれ一日分のデータを使用して独立に 2 つの解析結果を得た。
第 1 表に観測結果を示すが、2 回の観測結果を比較したところ、高さ成分の再現性が水平成分のそれに比べてやや悪いものの、観測の差は水平、上下成分とも 1cm 以内に収まっており、良好に観測が行われたことが確認できた。
３．水準測量第１図の水準路線において2003 年 7 月 24 日〜29 日と 9 月 8 日〜12 日に測量を実施した。当初の予定では 7 月に観測作業を終了させることにしていたが、天候不順のため測量を完了できなかったので計画を変更し、ほぼ 1 ヶ月後に追加の測量を実施して全路線の測量を完成させた。この間、大きな地殻変動が進行している様子はなく、1 月程度の中断が測量結果へ及ぼす影響はほとんどないと考えられる。これまでの測量と同様に GPS07 を参照点とした標高差を第 2 表および第２図に示す。
変動図（2003-1999)

20.010.0

標高断面図

水準点番号

第2図

水準測量による 1999-2003 間の標高変化

06GPS05

131211GPS01

水準点番号

GPS02

100908

0706

GPS04

05

04

03

0201m

GPS07-17.2-19.8
06

400
200
0

GPS05

-23.0-23.5
13GPS01-13.1-22.2
1211GPS02

-24.2

-24.3

10-22.1-24.6
09-25.2

08

07-19.8-25.8

06

05

04

03

02

01

-50.0

GPS04-8.4-40.0-17.1-5.0-30.0-10.2

0.0-2.7-20.0

GPS07mm0.0-10.0

４．結果
1999 年と 2003 年に実施した GPS および水準測量結果を比較して求めた水平変動ベクトルおよび上下変動図を第 3 図
Ａ，Ｂおよび C に示す。まず、GPS による水平変動（第 3 図 A）は、白根山東麓の GPS07 を参照点としている。これらの観測値を用いて水平歪を計算した結果を第 4 図に示す。ベクトルの向きに、ややばらつきはあるものの、この 4 年間で、白根山の南麓付近を中心として山体が収縮したように見える。一方、GPS 測量と同じ不動点（GPS07）を参照点とし
第2表

2003 年水準測量結果た水準測量結果である第 2 図および第 3図 B からも、山体の南側が沈降している様子がよ
みとれ、GPS と同様、白根山山体の収縮を示唆する結果が得られた。
５．考察
国土地理院は 1994 年以降、GEONET とよばれる GPS の連続観測施設を日本各地に設置し、2004 年 4 月時点で、全国約 1200 の地点において地殻変動観測を行っている。草津白根山の周囲では山体に近い観測点はないが、広域の観測結果から草津白根山を含む広い地域の地殻変動の傾向を探ることができる。第 5 図は、新潟県の大潟を固定した 1996 年-2004 年間の水平変動の平均速度ベクトル分布である。草津白根山周辺では、全体的な傾向として東西圧縮の場にあることが見てとれる。草津白根山付近では、ベクトルの分布が周囲の全体的な傾向と異なる様子はなく、当火山固有の変動があるようには見えない。しかし、草津白根山に関しては、山体ごく近傍には観測点はなく、火山固有、特に地下の浅部に力源がある局所的な変動については、現状の GEONET は検知能力がないと見るべきである。なお、場合によって第 3 図 草津白根山周辺の地殻変動

は GEONET で、火山固有の変動の微小変化が捉えられる場合もあり、実際、第 5 図でも浅間山の付近では、ベクトルの向きにやや揃いが見られる。村上（2003）は、この変動を詳細に調べて、地震数の増減に呼応した地殻変動が発生していると報告しており、この図で見られるベクトル方向の乱れもそれを反映したものである。
広域の地殻変動を示す第 5 図からわかるように、この地域は広域的に東西圧縮の場にある。その大きさは、平均して約0.5ppm/年のオーダーであり、その影響を受けて草津白根山周辺でも観測期間の4 年間で蓄積した東西圧縮の歪は 2ppm
第4図

GPS による水平歪図程度には達しているはずである。今回の（1999-2003）

GPS 観測では観測されている短縮は、第3 図 B および第 4 図に示されるように、20 から 30ppm 程度であり、明らかにこの地域の平均的な短縮率を超えている。
このことは、全体として山体が収縮したことを示唆している。また、水準測量結果も、第 2 図および第 3 図 B のように、山体の南西麓が不動点（GPS07）に比べて沈降していることを表しており、このことも GPS 同様山体の収縮を示唆している。

第5図

平均水平歪速度図

第6図

1999 年水準測量結果

さらに、長期間の変動の推移を調べるため、1992-1999 間の地殻変動を見ることにする。第 3 表は GPS 測量結果による距離を比較したものであるが、ほぼ全ての基線について、距離の短縮の傾向が見られる。両方の観測とも 2日分の観測値が 1cm 程度に揃っており、信頼性が高いことから、距離の短縮は十分有意なシグナルであるとみなすことができる。短縮率は、数 ppm〜20ppm 程 度 で あ り 、 総 量 と し て は1999-2003 間と同程度であるが、観測期間を考慮すると 1999-2003 年間に比べて収縮速度は半分程度であったことになる。
一方、水準測量による 1992-1999 間の上下変動図を第 3 図 C および第 6 図に示す。草津白根山の南麓の水準点 07および 08 付近が沈降しているという全体としての傾向は 1999-2003 間の第 3 図 B と共通しており、収縮が両期間を通じて進行していたことが示唆される。また、GPS07 から見た水準点
07 の沈降量は-25.2mm（1999-2003）、-30.5ｍｍ（1992-1999）と、総量としては同程度であり、観測期間を考慮すると、沈降速度は最近の 4 年間が以前の 7 年間に比べて倍程度と計算され、この点に関しても GPS と水準測量の結果は整合している。
それぞれの期間の収縮の力源を求めるため、球状圧力源（茂木モデル）を仮定したモデル計算を行った。
第7図

1992-1999 間は、GPS による距離変化
収縮源位置の推定結果および水準測量による標高変化、また、1999-2003 間は、GPS による座標の 3成分変化と水準測量による上下変化を用いている。それぞれの結果を第 7 図

第 4 表 球状圧力源の位置および体積変化量
期間

緯度（度）

経度（度）

深さ(km)

収縮量

1992-1999

36.64

138.641.30.3ｘ106ｍ3

1999-2003

36.64

138.64

1.70.4ｘ106ｍ3

A,BおよびC並びに第 4 表に示すが、両期間を通じて、ほぼ同じ位置に力源が求まり、いずれ期間も山頂付近の地下 1.5km程度の深さに収縮源があることがわかった。観測値のフィッティングの程度であるが、1999-2003 間の水準測量において、路線の北側の部分で観測された沈降量のほうがモデルよりやや大きい等、若干のずれも見られるが、全体として、一つの球状圧力源を仮定することで観測値がよく説明できている。観測点間に高度差が余りないことから、一様な半無限の弾性体を仮定し計算を行っている。したがって、ここで求まった深さは、観測点付近から測った深さと考えてよく、ほぼ海抜 300ｍ程度に相当する。体積に換算した収縮量はほぼ 0.4ｘ10-6ｍ3程度である。
地殻変動から求まった収縮源の位置が、電磁気的観測結果の解析から大場（2001）が存在を示唆している白根山直下の熱水溜りと近い場所にあることは興味深い。今回の観測の結果、収縮の時間変化も見えてきたので、他の観測との比較や統合的な検討により、草津白根山の火山システムについて理解が深まることが期待される。
７．結論
1992 年の第 3 回草津白根山の集中総合観測に参加してから現在までに、3 回の GPS 観測および水準測量を行った。それらの結果の比較から、我々が観測を始めた 1992 年以降、白根山の山頂付近を中心として収縮しており、その収縮速度は最近になって速まっていることを示唆する結果がえられた。地殻変動のパターンは、山頂付近の地下 1.5km 程度にある球状圧力源の収縮によってよく説明でき、何らかの減圧のメカニズムが進行していると考えられる。
謝辞
第 4 回草津白根山の集中総合観測への参加の契機を与えてくださった東京工業大学火山流体研究センター平林順一教授および、観測の実施にあたって便宜を図っていただいた林野庁関東森林管理局吾妻森林管理署に感謝します。
引用文献
多田堯・他 6 名（1992）草津白根山における火山変動測量観測点の設置, 第 3 回草津白根山の集中総合観測報告書(平成 4 年 9 月〜11 月)，31-36．
村上亮（2003）, 浅間山火山の活動の消長に同期した地殻変動，地球惑星科学関連学会2003

年合同大会予稿集, V055-014.
大場武 （2003）, 草津白根山の火山熱水系, 大学防災研究所研究集会「火山の浅部構造と火山流体」（表者：鍵山恒臣）報告書, 161-168.