火山 第 48 巻 (2003)
第 3 号 259ῌ274 頁

論 説

濁川カルデラの内部構造
黒 墨 秀 行῍土 井 宣 夫῍῍2002 年 9 月 3 日受付 2003 年 4 月 2 日受理Inner Structure of the Nigorikawa Caldera, Hokkaido, Japan
Hideyuki KJGDOJB>῍ and Nobuo DD>῍῍The Nigorikawa Caldera in southwest Hokkaido, Japan, is 3 km in diameter at the outer rim. Drilling datafrom 42 geothermal wells of up to 3,000 masl (m above sea level) has been used to study the internal structureof the caldera. Interpretation of the data shows an angular funnel shape, with a wide upper region (32.5 km)
tapering to a narrower lower region (0.70.5 km). The shear zone is the same shape as the caldera, that is,rectangular with a NEῌSW elongation. The caldera is inﬁlled with vent-ﬁll material, lake and alluvial deposits,
landslide deposits, and post-caldera intrusions. The vent-ﬁll material is a gray, non-welded lapilli tu# and tu#
breccia, which homogeneously includes accidental lithics and shattered fragments, which were sheared during
pyroclastic eruption, as well as accretionary lapilli occurring up to 824 masl. The vent-ﬁll is intercalated withmany lithic bands or lithic dominant zones that dip toward the caldera center. No large fault displacement canbe recognized around the caldera wall.
The Nigorikawa Caldera was formed ca 12,000 years ago by violent pyroclastic ﬂow eruption, fall-back, andthe following subsidence by compaction with degassing.
1. は じ め に
にごりかわ

藤他 1993

低重力異常型カルデラ(Yokoyama,

濁 川カルデラは 西南北海道の太平洋 内浦湾 に面

1963) に属する 地熱井の地質を調査した安藤 (1983) おする茅部郡森町管内にある 5 角形の小型カルデラであよび Ando et al. (1992) によると 濁川カルデラは (1) 傾る カルデラ底は標高 109120 m で 南から北に緩や

斜 6070 度のカルデラ壁を有するじょうご型の構造をかに傾斜し 現地形においてはほぼ平坦である 地表に呈する (2) 地表のカルデラの形状は 表層の地質構造

は温泉と小規模な噴気が多数あり 北側のカルデラ縁に

断層 に規制されている (3) カルデラ充填物は海抜

熱水変質帯が生成している

1,600 m ないし 1,700 m まで認められ (4) フォル

濁川カルデラの重力値は カルデラの外側に比べてカバック堆積物で充填されている これらの特徴に基づい

ル デ ラ 中 央 で 46 mgal 低 く 浦 上西 田 1977 金て 荒牧 (1983) および Aramaki (1984) は じょうご型
カルデラの典型として 濁川型カルデラ を提唱してい῍

020ῌ0172 岩手県岩手郡滝沢村鵜飼字笹森 72
地熱エンジニアリング株
JMC Geothermal Engineering Co., Ltd. 72 Sasamori, Ukai, Takizawa-mura, Iwate 020-0172, Japan.
020ῌ0121 盛岡市月が丘 3ῌ30ῌ34
現連絡先
Present address: 3ῌ30ῌ34, Tsukigaoka, Morioka-city,
Iwate 020ῌ0121, Japan.
῍῍
020ῌ0172 岩手県岩手郡滝沢村鵜飼字笹森 72
地熱エンジニアリング株
JMC Geothermal Engineering Co., Ltd., 72 Sasamori, Ukai, Takizawa-mura, Iwate 020ῌ0172, Japan.
020ῌ8570 盛岡市内丸 10ῌ1 岩手県庁
現在Present address: Iwate prefectural government, 10ῌ1,
Uchimaru, Morioka-city, Iwate 020ῌ8570, Japan.
Corresponding author: Hideyuki Kurozumi
e-mail: hskm9623@orion.ocn.ne.jp

る 一方 Lipman (1984; 1997) や Branney (1995) では
カルデラモデルに関して その構造や噴出物によるまとめがなされている
このように濁川カルデラは じょうご型カルデラの模式として扱われてきたが カルデラの内部構造の記載は未だに不十分である 特に 火砕流噴出時の基盤岩のカルデラ外への放出量やカルデラ形成後の沈降を示す事実などの記載はなされていない
濁川カルデラ底では 道南地熱エネルギ株が北海
道電力 株 森地熱発電所 (50 MWe) へ蒸気を供給するため 37 本の地熱井を掘削しており このうち 4 本は掘削深度が 3,000 m 以上に達している また 新エネル
ギ産業技術総合開発機構 (NEDO) は 地熱開発促

黒墨秀行῎土井宣夫

260

進調査の一環としてῌ N2-KX-3 ῒ深度 1,501 mΐ を含む 5らの断層はカルデラ壁でも確認されῌ カルデラ壁の位置

本の地熱調査井を掘削しῌ コアを採取している ῒ新エネと方向を規制している῍ルギῐ῎産業技術総合開発機構ῌ 1989; 1991; 1994ΐ῍

石倉層は灰白色を呈する角閃石安山岩質 ῒSiO2: 62%

本論文ではῌ 1992 年以降に掘削された地熱井とカルデ

程度῏ 佐藤ῌ 1980ΐ の降下火砕堆積物ῌ 火砕サῐジ堆積

ラ中央部でオῐル῎コア掘削された N2-KX-3 で得られ物および火砕流堆積物からなり (Fig. 2)ῌ カルデラ北縁

た試料に基づきῌ カルデラの地下形状ῌ カルデラ壁の産部の新第三系中に生成する珪化帯や粘土化帯からなる熱状ῌ 火道充填物の組織と内部構造を記載しῌ カルデラ形

水変質帯を覆っている ῒ五十嵐῎他ῌ 1978ΐ῍ 降下火砕堆成の考察を行う῍

積物はῌ 噴出初期の成層した火山灰ῌ 火山砂および軽石からなる῍ これらは濁川カルデラ東方約 150 km の胆2. 濁川カルデラ周辺の基盤岩とカルデラ噴出物

振 ῎ 日高地方門別町の沿岸部まで確認される ῒ柳井 ῎

濁川カルデラ周辺にはῌ 基盤岩としてῌ 新第三紀中新他ῌ 1992ΐ῍ その全層厚は濁川カルデラ東方 5 km の海岸

くんぬい

や くも

くろまつない世の訓縫層ῌ 八雲層ῌ 黒松内層が分布する ῒ井出῎土井ῌ
いしくら

沿いで 260 cm 以上である῍ 降下火砕堆積物中に介在す

1982ΐ῍ 濁川火山噴出物である石倉層はῌ これらの新第三る火砕サῐジ堆積物はῌ 不淘汰で不規則の葉理がありῌ

系を覆ってῌ カルデラ付近に分布している (Fig. 1)῍ 新

炭化した小木片を多数含む῍

第三系にはῌ NNWῌSSE 方向で波長 700ῑ1,000 m の小火砕流堆積物は軽石および角閃石安山岩の岩片とῌ カ

褶曲が発達しῌ 濁川カルデラは約 13 km に延びる背斜構

ルデラ内で掘削された地熱井で確認されるすべての基盤

造の西翼に位置する῍ 濁川カルデラ周辺にはῌ NNWῌ

岩の岩片を含む῍ 岩片はῌ 新第三系起源のシルト岩ῌ 頁

SSE, NS および NEῌSW 方向の断層が認められる῍ これ

岩ῌ 砂岩ῌ 安山岩ῌ 凝灰岩ῌ 凝灰角礫岩ῌ 先第三系起源

Fig. 1. Geological map of the Nigorikawa Caldera. The broken arrow shows the axis of highest concentration oflarge lithics and pumice in the pyroclastic ﬂow deposit. Geological structure is taken from Ide and Doi(1982).

濁川カルデラの内部構造

261を迎えῌ カルデラが形成されたと考えた῍ その後もカルデラ内ではマグマと外来水との接触により爆発的な噴火が繰り返されῌ カルデラ内に湖が形成された後にῌ 最後のマグマ水蒸気爆発が起きたとした῍
濁川火山噴出物の 14C 年代としてῌ 12,900῔270 y.B.P.
ῑ佐藤ῌ 1969ῒῌ 11,670῔220 y.B.P. (Sumi and Takashima,1975)ῌ 12,270῔190 y.B.P. ῑ柳井῎他ῌ 1992ῒ が報告されている῍
3. 濁川カルデラの地下形状

濁川カルデラのカルデラ壁の地下形状を構造等高線で示す (Fig. 3)῍ カルデラ壁の位置は地熱井の掘削により地下の 59 カ所で確認された῍ 最も深い確認は海抜 ΐ
2,958 m である῍

濁川カルデラは地表で直径約 3.0 km の五角形であるがῌ 海抜 100ῐΐ1,000 m ῑこの深度区間の確認箇所 37
カ所ῒ では長方形を呈しῌ 海抜ΐ500 m で径 1.2῕1.0 km
である῍ 海抜ΐ1,000 m 以深 ῑ同 22 カ所ῒ ではῌ カルデ
ラの南西側で長方形ῌ 北東側で円型である῍ 長方形部と円型部を合わせた長軸方向の長さは 0.7 km でῌ 北東側の円型部は直径約 0.5 km である῍ カルデラ壁の傾斜角
は海抜 100ῐΐ1,000m で 30ῐ50 度ῌ 海抜ΐ1,000 m 以深Fig. 2. Schematic section of pyroclastic ejecta fromthe Nigorikawa Caldera collected near theseashore.

で 70ῐ90 度ῌ 海抜ΐ1,900 m 以深でほぼ 90 度と推定される῍ このように濁川カルデラはῌ 地表に向けて開いた
多角形のじょうご型ῌ ないしトランペット型と称すべき形状を示す (Fig. 4)῍の粘板岩ῌ チャ῏トῌ 石灰岩ῌ 緑色凝灰岩ῌ 閃緑岩ῌ 石
英閃緑岩ῌ スカルン鉱物からなる῍ 火砕流堆積物に含ま4. カルデラフィルの地質れる岩片と軽石の粒径はῌ カルデラの NNE 方向で最も濁川カルデラの内部を充填するカルデラフィルはῌ 浅

大きくῌ この方向より離れる NNW および SSE 方向で部より河床堆積物ῌ 湖成堆積物および火道充填物からな

はそれぞれ小さくなる῍ この岩片と軽石の最大粒径の分る῍ またῌ 安山岩およびデイサイトが火道充填物中を貫布主軸 ῑカルデラ北東部の濁川支流ῌ Fig. 1ῒ 付近にはῌ

きῌ その一部は溶岩ド῏ムを形成して湖成堆積物に覆わ弱溶結した火砕流堆積物が分布する῍ またῌ 火砕流堆積れている῍ カルデラフィルの地質はῌ カルデラ中央部で物より上位の火砕サ῏ジ堆積物中にはῌ 複数の層準に最掘削された N2-KX-3 の連続コア ῑ海抜 ΐ294ῐΐ1,383

大径 8 mm の火山豆石が多量に含まれる῍mῒ で岩相と層厚が模式的に示されている ῑ新エネル

カルデラの北西壁上にはῌ カルデラの外側に向かってギ῏῎産業技術総合開発機構ῌ 1991ῒ῍ N2-KX-3 の地質

18ῐ25 度傾斜する火砕物起源の再堆積物が分布しῌ カル

は下位よりῌ 火道充填物 ῑ海抜ΐ121ῐΐ824 mῒῌ 溶岩

デラ側からこの地点に堆積物が供給されたことを示す῍ド῏ム ῑ海抜 4ῐΐ121 mῒῌ 湖成堆積物 ῑ海抜 39ῐ4 mῒῌ

このことはῌ 供給源の消失とともにῌ カルデラ壁が現在

河床堆積物 ῑ海抜 116ῐ39 mῒ からなる (Fig. 5)῍の位置まで後退したことを示している῍ またῌ カルデラ

4ῌ1 火道充填物

南西壁の内側にはῌ 地すべり堆積物が分布する῍

火道充填物はῌ 下部の火道充填物 1 (vent-ﬁll1: VF1) と柳井 ῎ 他 (1992) は濁川火山噴出物を 4 つの噴出ユ

上部の火道充填物 2 (vent-ﬁll2: VF2) に区分される῍ VF1

ニットに区分しῌ 噴出物の総量を 10.7 km と推定した῍

と VF2 の境界はῌ N2-KX-3 において最深の水中堆積物

3

またῌ 名越 (1994) はῌ 濁川カルデラの火山活動はマグマの下面 ῑ海抜ΐ364 mῒ に設定される (Fig. 5)῍ 火道充填

水蒸気爆発に始まりῌ プリニ῏式噴火ῌ 火砕サ῏ジを噴物の湿潤状態密度はῌ 海抜ΐ400 m 付近以深が 2.2ῐ2.5

出した爆発的な噴火へと移行しῌ 軽石流の噴出でピ῏ク

g/cm3ῌ 同海抜以浅が 2.2 g/cm3 以下とῌ VF1 と VF2 の262

黒墨秀行῎土井宣夫

Fig. 3. Contour map of the subsurface caldera wall. The contour is shown from 0 m to ΐ1,900 masl.
caldera wall is vertical below ΐ1,900 masl. The line IῌII is reference for Fig. 4.

The

境界深度とほぼ一致した変化を示している (Fig. 6e)῍ カ

岩石種ῌ ならびに岩片集中層が存在することは VF1 とルデラの中央部の F 基地より掘削された地熱井ではῌ 海

ほぼ同じである (Fig. 7b) がῌ VF2 には薄い水中堆積物

抜 ΐ700 m で採取されたコアの湿潤状態密度が 2.18 g/と地すべり堆積物が挟在する῍ N2-KX-3 ではῌ 海抜 ΐ

cm と低くῌ VF2 がカルデラ中心部でより厚いことを示307ῐΐ364m 間に 7 層の水中堆積物が分布しῌ いずれもしている (Fig. 6e)῍

層厚 2 m 以下と薄い῍ これらはῌ 灰白色ῐ淡緑灰色で爪3VF1 はῌ 灰色ῐ暗灰色を呈する非溶結の火山礫凝灰岩

で容易に傷がつく軟らかい細粒の礫混じり粘土でῌ 擾乱

ないし凝灰角礫岩である (Fig. 7a)῍ VF1 の異質岩片はῌを受けていないことからῌ 局所的に短時間で堆積したも新第三系と先第三系起源の岩石からなりῌ 基質はῌ 新鮮のと考えられる῍ またῌ 湿地性の腐植土を伴う場合があで破砕された斜長石および軽石とῌ 細かく粉砕された新る῍

第三系と先第三系起源の岩石 ῑ岩粉ῒ からなる῍ 岩片の地すべり堆積物はῌ 新第三系の凝灰岩や頁岩の角礫化

岩石種はῌ 本質の角閃石安山岩および同軽石ῌ 新第三系

したブロックからなりῌ N2-KX-3 で層厚約 30 m であ起源の安山岩ῌ 凝灰岩および頁岩ῌ 先第三系起源のる῍ またῌ カルデラ西縁部で掘削された地熱井でもῌ 湖

チャ῏トおよび粘板岩である῍ そのほか少量の花崗岩ῌ

成堆積物中に新第三系の頁岩ブロックで構成される層厚

ホルンフェルス化した粘板岩῎石灰岩ῌ スカルン鉱物が167 m の地すべり堆積物が確認されており ῑ安藤ῌ

含まれる῍ 岩片はῌ その集中層 ῑ以下ῌ 岩片集中層と呼1983ῒῌ 湖成層堆積期にカルデラ壁の拡大が引き続き起称ῒ を形成することがある (Fig. 7b)῍ VF1 はジグソ῏ク

こっていたことが示唆される῍

ラック状に破砕された岩片を含みῌ 砕屑脈の貫入を受け

4ῌ2 後カルデラ貫入岩と溶岩ドῌムている (Fig. 8d)῍

後カルデラ貫入岩はῌ 普通角閃石安山岩ῌ 普通角閃石

VF2 はῌ 灰色ῐ暗灰色を呈する未固結で非溶結の火山

含有普通輝石安山岩および普通角閃石デイサイトからな

礫凝灰岩ないし凝灰角礫岩である῍ VF2 の岩相や岩片のる (Fig. 9)῍ 溶岩ド῏ム ῑN2-KX-3: 海抜 0ῐΐ120 mῒ もFig. 4. Schematic cross section of the Nigorikawa Caldera (see Fig. 3, line IῌII for the position of cross section). Continuous core sample were collected from ῌ294 toῌ1,383 masl in well N2-KX-3. VF1 and VF2 include brecciated slumping blocks and accretionary lapilli. The vent-ﬁll is intercalated with many lithic bands, which
dip toward the caldera center. The basement rocks are sheared and intruded by clastic veins and andesite dikes. The maximum extent of the shear zone isapproximately 500 m from the caldera wall.

濁川カルデラの内部構造
263

264

黒墨秀行῎土井宣夫
地下モデル ῑ金藤῎他ῌ 1993ῒ および地磁気測定 ῑ浦上῎
西田ῌ 1977ῒ からῌ 濁川カルデラ中央部浅部に高密度高磁性岩体が推定されていたがῌ これは前述の角閃石安山
岩溶岩に相当しῌ 溶岩ド῏ムを形成していると考えられる῍ N2-KX-3 においてはῌ この溶岩ド῏ムの表面約 15m は暗灰色ガラス質で空気に接触して冷却した産状を示しῌ ハイアロクラスチックな角礫化は認められない῍
またῌ 腐食土がῌ この溶岩ド῏ムを最初に被覆しῌ この
上位に湖成堆積物が重なる῍ このことはῌ 本溶岩ド῏ム
が次第に冠水したことを示す῍
角閃石安山岩などの貫入岩と溶岩ド῏ムはῌ 緑色を呈する普通角閃石の屈折率の特徴から 3 つのグル῏プに分けられる ῑタイプ A, B, C; Fig. 10aῒ῍ タイプ A は屈折率のモ῏ドが 1.685 で普通角閃石安山岩と普通角閃石含有普通輝石安山岩ῌ タイプ B は屈折率のモ῏ドが 1.687 と1.675 の 2 つのピ῏クに分かれる普通角閃石安山岩である῍ タイプ C は屈折率のモ῏ドが 1.672 でῌ 普通角閃石
安山岩と普通角閃石デイサイトである῍
以上のことからῌ 後カルデラ火山活動による貫入イベ
ントはῌ 複数回あったと推定される῍
4ῌ3 湖成堆積物と河床堆積物

湖成堆積物はῌ 溶岩ド῏ムを被覆しῌ カッティングス
Fig. 5. Geology of well N2-KX-3 drilled near thecenter of the Nigorikawa Caldera. The solid
circle shows the conﬁrmed depth of accretionary
lapilli. See Fig. 3 for the location of the well.

ῑ粒径 1ῐ10 mm 程度ῒ を用いた観察では未固結な粘土ῐシルト層である῍ 一部に砂礫を含有しῌ その礫種は角閃石安山岩ῌ 軽石 ῑ一部角閃石含有ῒ のほかῌ 新第三系
起源の安山岩ῌ 凝灰岩ῌ 頁岩ῌ 先第三系起源のチャ῏トῌ粘板岩からなる῍ 湖成堆積物に硫黄沈殿物は確認されて1 岩体確認される῍D 基地 ῑFig. 3 中ῒ より SW 方向に向けて掘削した地

熱井ではῌ カルデラ壁を海抜ΐ2,237 m で通過してカルいない῍ F 基地 ῑFig. 3 中ῒ より掘削された地熱井で認められた湖成堆積物最上部中の木片の 14C 年代はῌ 10,190
῔150 y.B.P. である (Table 1)῍

デラの内側に入りῌ 海抜ΐ2,329ῐΐ2,814 m 間で後カル河床堆積物はῌ カッティングス ῑ粒径 1ῐ10 mm 程度ῒ

デラ貫入岩を貫くことが確認されている῍ この貫入岩を用いた観察ではῌ 砂礫層からなりῌ 一部に粘土を含有はῌ 強く熱水変質した安山岩とこれを貫く弱く変質したする῍ 礫種はῌ 湖成堆積物と同じである῍ F 基地 ῑFig. 3

薄い安山岩からなる῍ またῌ F 基地 ῑFig. 3 中ῒ から NW

中ῒ より掘削された地熱井で確認された河床堆積物最下方向に火道を通過するように海抜ΐ2,862 m まで掘削し部 中 の 木 片 の 14 C 年 代 はῌ 9,790 ῔ 160 y. B. P. で あ る

た 地 熱 井 で はῌ 通 過 し た 火 道 内 ῑ海 抜 ΐ 2,239 m ῐ(Table 1)῍ΐ2,862 mῒ が貫入岩で充填されていることを確認した῍

これらのことはῌ 後カルデラ貫入岩は海抜約ΐ2,300 m

Table 1. 14C age in the lake and alluvial deposits.
The Libby’s 14C half life of 5,570 years is used.

以深の火道内をほぼ完全に充填していることを示す(Fig. 9)῍ またῌ カルデラ北西側の海抜ΐ1,500ῐΐ1,800m 間の基盤岩中にはῌ 厚さ 10ῐ20 m 以下の多数の角閃石安山岩が貫入している (Fig. 9)῍
N2-KX-3 にはῌ 後カルデラ火山活動による角閃石安

5. 火道充填物の産状
5ῌ1 火山豆石の存在

山岩の溶岩が分布する (Fig. 5)῍ この溶岩は N2-KX-3 の火道充填物はῌ N2-KX-3 においてῌ 海抜ΐ298ῐΐ824

他ῌ カルデラ中央部の F 基地 ῑFig. 3 中ῒ より掘削されm 間に火山豆石を含む῍ 海抜ΐ330 m 付近では火山豆石

た 3 本の地熱井でも確認される῍ 3 次元重力解析によるが集中して層状をなしている῍ 火山豆石は多くが球形

濁川カルデラの内部構造

265

Fig. 6. Distribution of the average maximum three diameters of accidental lithics (a), the maximum diameter ofpumice (b), composition of accidental lithics from Tertiary formations in seven wells (c), volume of accidental
lithics in the vent-ﬁll in six wells (d), and core-density variation in the vent-ﬁll (e). Most of the average
maximum three diameters of accidental lithics are less than 50 mm (a), and the maximum pumice diameters
are less than 10 mm (b). The accidental lithics and pumice have been broken into ﬁne fragments. The
composition of accidental lithics of Tertiary rocks increases at 500 to 700 masl and decreases with depth
and becomes 10% at approximately 1,500 masl (c). The volume of accidental lithics larger than 1 mm indiameter ranged from 20 to 40 vol.% ( ), and increases from 20 vol.% to 50 vol.% by adding the volume of
accidental lithics of 1.0ῌ0.05 mm in diometer ( ) (d). The stippled ﬁeld shows distribution of the wetcore-density (e).
最大長径 12 mm 平均長径約 5 mm で 破片状を示すの岩片が多く 全般に小型である (Fig. 6a) ただし 岩

ものもある 核として新第三系起源の頁岩が認められる片集中層では 粒径が大きくなり 海抜600 800 m

ものがある (Fig. 8c) 火山豆石の存在は 海抜824 m

間では径 100 mm 以上の岩片も認められる N2-KX-3 でまでの火道充填物中に降下火砕物が含まれることを示は カルデラ壁から 10 m 程内側の海抜804

す すなわち 火道充填物の少なくとも一部は 爆発に間の VF1 中には 直径約 6m の粘板岩礫がある この粘810 m

よって吹き上げられた噴出物が再びカルデラ内に落下

板岩礫は 火道充填物と同様の岩相の火山礫凝灰岩の貫し 定置した フォルバック (fall-back) 堆積物であ入により破砕を受けて角礫化している また 海抜814

る
5ῌ2 異質岩片の粒径変化コアを用いて長さ 50 cm 区間毎の火道充填物中の軽824 m 間は 異質岩片が小型で量も乏しい火道充填物であり これは砕屑岩脈とみなされる
軽石の最大径は 10 mm 以下が多く その平均は 4.7

石の最大径と異質岩片の最大 3 個の粒径を測定し それ

mm で 岩片と同じように全般に小型である (Fig. 6b)らの垂直変化を調査した N2-KX-3 については 火道充

また 粒径の垂直および水平方向への系統だった変化は

填物中のすべてのコア 直径約 60 mm について実施し認められないた その他 6 本の坑井において採取した合計 12 本のス

これらのことから 火道充填物は細かく破砕された岩

ポットコア 直径約 100 mm 長さ 10 30 cm で同様に片 軽石 斜長石結晶が 均質 に混合した火山礫凝灰測定した スポットコアの場合は 不均質に分布する巨岩ないし凝灰角礫岩といえる

礫を捕獲できない場合があると予想されるが 今回用い

5ῌ3 異質岩片量た N2-KX-3 の連続コアでは 巨礫を見逃す可能性は低13 試料のコアについて コア軸に直交する面内で径く 今回の測定値は 火道充填物中の軽石および異質岩

1.00 mm 以上の異質岩片が占める面積を測定し 面積比

片の大きさを示すと判断されるを求めた そのうちの 1 試料については 顕微鏡下で径異質岩片の平均最大径は 30.7 mm で 径 50 mm 以下

1.00

0.05 mm の異質岩片が占める面積比を求めた こ

266

黒墨秀行῎土井宣夫

Fig. 7. Core samples of the lithic band in the vent-ﬁll collected at well N2-KX-3. The bold arrow points
downhole. All core depths are shown in masl. (a): Core of the vent-ﬁll with typical lithofacies cut along coreaxis. (b): LB shows lithic band in the vent-ﬁll, which is composed of larger lithics and pumices. (c): Schmidt
Net projection of p-pole of the lithic band in lower hemisphere. The solid circle and open square show thedata above and below ΐ600 masl, respectively. The arrows shows the direction of the caldera center. The
lithic bands of above ΐ600 masl dip mainly toward the caldera center.

こではῌ これらの面積比を火道充填物中の異質岩片量る῍ このことはῌ 別の深度においてもῌ 火道充填物中の(vol.%) とした῍

径 0.05 mm 以上の異質岩片を加えるとῌ 異質岩片量は径 1.00 mm 以上の異質岩片量は 18῏59 vol.% にわたりῌ 平均値では 33 vol.% (Fig. 6d) である῍ 海抜ΐ304m

50 vol.% 以上に増加することを示唆している῍
5ῌ4 異質岩片の岩石種組成のコア薄片中の径 1.00 ῏ 0.05 mm の異質岩片量は 37

カッティングス ῐ粒径 1῏4 mm 程度ῑ 中の先第三系おvol.% である῍ この深度の径 1.00 mm 以上の異質岩片量

よび新第三系起源の異質岩片を分離しῌ それぞれの重量は 20 vol.% であることからῌ これらを合わせた径 0.05を測定した῍ 測定した坑井数は 7 本でありῌ そのうちのmm 以上の異質岩片量は 50 vol.% (0.2ῒ0.8῔0.37) とな

5 本は安藤 (1983) の重量測定値を用いた῍ さらにῌ 新第濁川カルデラの内部構造

267

Fig. 8. Core samples collected near the caldera wall of clastic veins in Pre-Tertiary rocks and accretionary lapilliin the vent-ﬁll collected at well N2-KX-3 (a)ῌ(c). Cores chip collected near the caldera wall of the vent-ﬁll(d). All depths are shown in masl. The arrow points downhole. (a) and (b): CV is a clastic vein in the
Pre-Tertiary rocks, is 1ῌ5 cm thick and composed of gray lapilli tu# including essential pumice whose
lithofacies is the same as that of the vent-ﬁll. (a): CV at ῒ899 masl has vugs and idiomorhic calcites. (b):Accidental lithic of chert in CV at ῒ888 masl is sheared with jigsaw cracks. (c): The arrows indicate
accretionary lapilli in the vent-ﬁll. Accretionary lappili at ῒ651 masl have a nucleus of Tertiary shale and is
4.3ΐ6.2 mm in diameter. The distribution of accretionary lapilli is shown in Fig. 5. (d): Clastic veins 1ῌ5mm wide are recognized in the vent-ﬁll. Some shattered accidental lithics have jigsaw cracks (arrow).

三系と先第三系起源の岩片の重量組成とコアの密度測定

らにῌ F 基地 ῐFig. 3 中ῑ より W 方に向けて掘削した地

結果 ῐ新第三系῎ 密度 2.4 g/cm3ῌ 先第三系῎ 密度 2.7 g/

熱井においてῌ カルデラ壁を海抜ῒ2,237 m で抜けてカcm3ῑ から体積割合に換算しῌ それを岩石種組成 ῐ以下ῌルデラの内側に入りῌ 海抜 ῒ2,329 m まで VF1 をカッ岩片組成と称すῑ とした῍ティングス ῐ1῏4 mm 程度ῑ で確認しているがῌ VF1 中

新第三系の岩片組成はῌ 海抜ῒ500῏ῒ650 m 付近でに新第三系起源の岩片が認められていない῍ したがっいったん増加するもののῌ 全体的には深くなるにつれててῌ 新第三系起源の岩片はῌ 新第三系と先第三系の不整減少しῌ 海抜ῒ1,500 m 付近で 10% となる (Fig. 6c)῍ さ

合面がある海抜ῒ400῏ῒ600 m (Fig. 4) からῌ 1,000 m268

黒墨秀行土井宣夫

Fig. 9. Distribution of post-caldera intrusions in the vent-ﬁll and clastic veins in the basement rocks. The locationof the andesite dike ( ) and clastic vein ( ) in the basement rocks recognized from well data. The
distribution of the andesite dike and the lava dome in the caldera are also estimated from well data.

以上の深部まで移動し 海抜2,300m 付近で 0% とな

岩片集中層の傾斜方位が安定する海抜600 m 以浅はる

カルデラが上方に開いた深度区間にほぼ相当している

このような異質岩片の分布は 著しい攪拌が生じた後に火道充填物が定置したことを示している
5ῌ5 岩片集中層

6. カルデラ壁周辺の破砕構造
6ῌ1 カルデラ壁付近の状況

N2-KX-3 のコアには 異質および本質岩片が集中し

N2-KX-3 の海抜 824 m のコアで確認されるカルデて層状をなす岩片集中層が認められる その最大層厚はラ壁の境界を Fig. 11 に示す カルデラ壁付近では 基盤

11.7 m で 860 度傾斜している (Fig. 7b) 岩片集中層

岩 チャト に 変位のない多数の微少な開口き裂がは コア長 10 m に対して 海抜 307394m 間と網目状に分布し その一部は VF1 で充填されている カ

444789 m 間で 2.5 枚以上と多く 海抜  394

ルデラ壁では 基盤岩に生じたき裂に沿う剥離面に VF1

444 m 間と海抜789 m 以深で 1.5 枚以下と乏しい

の火山礫凝灰岩が密着しており この境界に沿う滑りは

岩片集中層の上下の境界面は 海抜330365 m 間認められない すなわち カルデラ壁境界では顕著な断と海抜455595 m 間では明瞭であり 海抜595 m

層は認められない以深では不規則で不明瞭なものが多くなる また 複数

一方 カルデラ壁から内側 2 m 間の VF1 には 不規則の地熱井間の地質対比によって カルデラ壁近傍の VF1

な 面なし断層 が分布し その一部に方解石が薄く充中の海抜716 m 付近に 単一の岩石種から成る岩片集

填しているが 断層変位は認められない また VF1 に中層が水平的に 70 m 以上の広がりをもって分布するこは 肉眼では弱い黄鉄鉱鉱染が認められ 海抜823 mとが判明している

コアの粉末 X 線回折分析で緑泥石が同定されている

次に フラックスゲト型磁力計を用いて N2-KX-3(NEDO, 1991) が 強い変質は認められない

の火道充填物のコアの残留磁気を測定してコアを定方位

6ῌ2 カルデラ壁周辺の基盤岩中の破砕状況

化し 岩片集中層の走向傾斜を決定した コアの磁北N2-KX-3 の海抜8871,146 m 間のカルデラ壁にはコアを回転しながら残留磁気強度の変化から求め カ

近い基盤岩には 35 枚の砕屑脈が確認される 砕屑脈はルデラフィルの堆積年代が約 12 ka であることから コ

厚さ 15 cm で 異質岩片と軽石を含む灰色の火山礫凝

アの磁北は現在の磁北と一致すると仮定した この結

灰岩からなり 火道充填物 (VF 1) と同じ岩相を示す

果 海抜600 m 以浅の岩片集中層は カルデラのほぼ(Fig. 8a, b) Fig. 8b に示すように カルデラ壁に近い基中心を向く南ないし東方向に 8  40 度傾斜し 海抜

盤岩のジグゾクラック中に砕屑脈が貫入している ま600 m 以深の岩片集中層は 上下の境界が不明瞭になた Fig. 8a では 貫入した砕屑脈が開口し 方解石の自るとともに傾斜方位が乱れることが判明した (Fig. 7c)形結晶が成長している N2-KX-3 の砕屑脈が分布する

濁川カルデラの内部構造

269

Fig. 10. (a) Refractive index of green hornblende in the post-caldera intrusion; (b) and (c) from Nigorikawa
pyroclastic ejecta; (d) from lake deposit; (e) from vent-ﬁll. All depths are shown in masl. The histogram (c)shows refractive index of hornblende in the Nigorikawa pyroclastic ejecta measured by Yanai et al. (1992).

範囲はῌ カルデラ壁から水平距離で 200 m までである῍
またῌ 他の地熱井においてもカルデラ壁に近い基盤岩
中にはῌ VF1 から成る砕屑脈ならびに層厚 20 m 以下のしている῍
6ῌ3 カルデラ壁周辺の火道充填物の破砕状況

火道充填物中においてῌ 海抜 ῏500῎῏2,300 m 間の熱水変質を強く受けた安山岩貫入岩が多数認められる῍

52 箇所で逸泥が発生した῍ 逸泥の 90% 以上はῌ カルデ

基盤岩中の砕屑脈と安山岩貫入岩の分布はῌ カルデラのラ壁からの水平距離が 150 m 以内で発生している῍ 逸泥

北東側でカルデラ壁から水平距離で 500 mῌ 北西側での発生頻度は掘進長 100 m 当り 2῎3 カ所以下である῍

150 mῌ 南西側で 250 mῌ 南東側で 130 m までおよんでいまれに生じる規模の大きい逸泥 (ῐ1,500 l/min) はῌ 急る (Fig. 9)῍ これはカルデラ形成時に基盤岩が破砕した

激に流出量が減少しῌ 流出が停止する場合が多い῍ これ

距離を示している῍ 基盤岩が破砕した範囲はῌ カルデラらのことからῌ 火道充填物中の開口き裂はῌ 存在するがの形状と同じくῌ NEῌSW 方向に長軸をもつ長方形を呈

その広がりは小さいと推定される῍

Fig. 11. Core of the caldera wall at ῌ824 masl from well N2-KX-3 (see Figs. 3 and 5). The caldera wall is shown by arrows. The boundary of the caldera wall has nofault displacement. VF1 deposited along the boundary is tightly contacted to chert. Chert near the caldera wall has many fractures.

270

黒墨秀行ῌ土井宣夫

濁川カルデラの内部構造

271

Fig. 12. Volume of the Nigorikawa Caldera, calculated from Figs. 3 and 4. The inner volume of the caldera from
300 masl to ΐ3,000 masl is 4.0 km3.

一方ῌ N2-KX-3 においてῌ 火道充填物中で 165 枚の鉱に 1.670ῐ1.679 に集中してῌ モ῏ドは 1.672, 1.673, 1.674

物脈 ῑ平均 3枚/10 mῒ が確認されるがῌ その 77% がカである (Fig. 10e)῍ 火砕流堆積物の屈折率の範囲は 1.671

ルデラ壁からの水平距離が 150 m 以内に分布している῍

ῐ1.679 でῌ 特に 1.674ῐ1.677 に集中しῌ モ῏ドは 1.674,

鉱物脈の傾斜角はῌ 50 度以上である῍ これらの鉱物脈沿

1.675 である (Fig. 10b)῍

いに断層変位は認められない῍
以上のことからῌ カルデラ壁から水平距離 150 m 以内にはῌ 場所によりやや高密度のき裂 ῑ一部開口ῒ が分布

一方ῌ 柳井῎他 (1992) によるとῌ 火砕流堆積物の屈折率の範囲は 1.671ῐ1.681 でῌ モ῏ドは 1.674, 1.675, 1.676
および 1.677 である (Fig. 10c)῍

していることが明らかであるがῌ 確認される限りῌ き裂

火道充填物中の屈折率の範囲とモ῏ドはῌ 火砕流堆積に沿う変位は認められずῌ 開口き裂の分布範囲は狭いと物の値とほぼ同じでありῌ 噴出初期の降下火砕堆積物の推定される῍

値より小さい῍ これらのことからῌ カルデラとそれを埋める火道充填物はῌ 火砕流噴出時に形成したと考えられ

7. 考

察

上述した濁川カルデラの内部構造の特徴をもとにῌ 濁る῍
またῌ 湖成堆積物中の屈折率はῌ 1.668ῐ1.674 の範囲

川カルデラの形成時階ῌ カルデラの容積と基盤岩のカルにありῌ 特に 1.670ῐ1.672 に集中してῌ モ῏ドは 1.670

デラ外への放出量ῌ 基盤岩の破砕ῌ およびカルデラの沈および 1.671 である (Fig. 10d)῍ これは火道充填物の値降について考察する῍より低くῌ 後カルデラ貫入岩のタイプ C (Fig. 10a) の値

7ῌ1 カルデラの形成時階に近い῍ このことからῌ 湖成堆積物中にはῌ 後カルデラ

柳井῎他 (1992) はῌ 濁川火山噴出物の普通角閃石の貫入岩活動期の火山噴出物が含まれている可能性があ

屈折率を測定しῌ その値が噴出順序にしたがって系統的に変化することを報告している῍ 今回ῌ 火道充填物と湖る῍
7ῌ2 カルデラの容積と基盤岩の放出量

成堆積物 ῑ一部火山噴出物を含むῒ 中の普通角閃石の屈海抜 300 m から掘削によって確認されたΐ3,000 m ま

折率を測定しῌ 噴出物の屈折率と比較してῌ カルデラのでのカルデラ内の容積を算出してῌ 基盤岩類のカルデラ形成時階を検討した῍

外への放出量およびカルデラ内残留量を検討した῍ 計算

火道充填物の屈折率は 1.667ῐ1.686 の範囲にありῌ 特に当たりカルデラ底は海抜 120 mῌ 湖成堆積物の下面は

黒墨秀行 土井宣夫

272

海抜100 m とした (Fig. 12)となる 火山活動にともなう本質物質量は 火山噴出物

カルデラの容積を計算した結果 海抜 300120 m 間
3の失われた山体量は約 1.6 km (V1) 海抜 120100 m

中の本質物質量 (6.5῍2.7

3.8 km3) とカルデラに残った

本質物質の量 (0.2 km ) の和である約 4.0 km3 となる3間の河床堆積物と湖成堆積物の量 後カルデラ溶岩ド

海へ流入した火砕流の量を考慮すれば カルデラから噴ムを含む は約 0.9 km3 (V2) 海抜1002,300 m 間出した本質物質量は 4.0 km3 (DRE) 以上と推定される

の火道充填物量 後カルデラ貫入岩を含む は約 1.4 km3以上のように 濁川火山の噴火は 4.0 km3 (DRE) 以(V3) 海抜2,3003,000 m 間の火道を充填する後カ

上の本質物質を噴出して 容積約 4 km3 海抜3 km 以

ルデラ貫入岩量は約 0.1 km (V4) で 合計約 4.0 km と浅 のカルデラを形成した 基盤岩の 70 vol.% 以上 約なった (Fig. 12)2.7 km3 以上 は火砕流噴出時にカルデラ外に放出され33次に カルデラ外への基盤岩放出量とカルデラ内残留た このような基盤岩放出量と本質物質量比からみる量を検討する 今 海抜1002,300 m 間の火道充填と 濁川カルデラにおいては 火砕流噴出時の爆発 基

物中の異質岩片量の平均を異質岩片組成 5῍3 参照 よ

盤岩の破砕がカルデラ形成の主因と考えられるり得られた最小値の 50 vol.% と仮定すると 火道充填

7ῌ3 基盤岩の破砕について

物中の異質岩片の体積は約 0.7 km3 V3異質岩片量

北側のカルデラ縁に火砕流堆積物に覆われる熱水変質

1.40.5 である したがって カルデラの外に噴出した帯が分布することから 濁川カルデラ形成前に熱水対流

岩片の体積は約 3.2 km V1

V3ῌ火道充填物中の系が形成されていたと考えられる 本地域の基盤岩は

1.40.7 となり これは海抜

熱水対流系が生成する程度にすでに破砕されていたと推

3

異質岩片量

1.6

0.9

V2

2,300 m 以浅のカルデラ全体の約 80 vol.% カルデラ

外噴出岩片量定できる

海抜 2,300 m 以浅のカルデラ容積 

濁川火山は このような破砕域に火道が開き 火砕流

3.2 3.9100 となる 火道充填物がすべて異質噴出時の爆発によって基盤岩が破砕 放出されて海抜

岩片で構成されているとすると カルデラの外に噴出し500 m で径 1.21.0 km 海抜 1,000 m 以深で長径 0.7た岩片の体積は 約 2.5 km3 (V1 V2 1.6 0.9) となりkm のカルデラが生じた 基盤岩の破砕は 砕屑脈と安100

これでも全体の約 65 vol.% (2.5 3.9100) となる 厳

山岩貫入岩の分布から 海抜 1,000 m 付近で NE῍SW

密には 湖成堆積物中の異質岩片量と地すべり堆積物量

方向に約 1.4 km NW῍SE 方向に約 0.8 km におよぶと推を加えて考察する必要があるが 火道充填物の異質岩片

定され このうち基盤岩が放出されてカルデラ化したの量が 100% 以下で 最小は 50% であることを考慮する

は約 0.70.5 km の範囲である

と カルデラ形成時には カルデラ内の基盤岩の 70 vol.

火道充填物は 海抜824 m まで原形を保つ火山豆石% 以上 2.7 km3 以上 がカルデラの外に放出されたとを含んでいる このことから 火砕流噴出時に 火道充

推定される 火道充填物中に火山豆石が存在することを

填物は 一度は空中に噴き上がり 火道内に落下して堆合わせて考えると カルデラの形成過程において 基盤

積 定置したと考えられる すなわち 火道充填物が岩の 70 vol.% 以上は火砕流噴出時に本質物質とともにフォルバックであることが 細粒で良く攪拌した岩片

カルデラ外に放出され 30 vol.% 以下がカルデラ内に組成を生じた主因と考えられる 前述のように 火砕流

フォルバックしたと推定される

噴出時の基盤岩のフォルバック量は 30 vol.% 以下でさらに カルデラから噴出した本質物質量の推定を試ある 基盤岩が空中に噴き上げられた高度は不明である

みる 火山噴出物量としては 広範囲の地質調査を行っが 空中に一度は噴き上がり落下したことは 基盤岩のた柳井

他 (1992) の推定値を用いる 柳井

他 (1992)

破砕と撹拌を促進させたと推察される

によると 降下火砕物量 (V5) は約 8.7 km3 海への流入

一方 火山豆石が確認される824 m までの深度区間

量 (V 7) を除く火砕流堆積物量 (V 6) は約 2.2 km3 で 火

は カルデラが上方に開いた区間にほぼ相当している

山噴出物の総量は約 10.9 km3 である 火山噴出物の総量

このことは 爆発によるカルデラの拡大とフォルバッ

は DRE 密度 0.6 g/cm で計算 では約 6.5 km となクが噴火中に同時に進行していたことを示す

3

3る 基盤岩の 70 vol.% がカルデラ外に放出されたとす

VF2 中の地すべり堆積物の介在は 濁川カルデラの形

ると 火山噴出物中に含まれる異質岩片量は 上述のよ成末期に 浅部のカルデラ壁が崩落し カルデラが拡大

うに 2.7 km3 以上であり カルデラ内に残留する異質岩したことを示す この崩落により 海抜500m 以浅の片量は 1.2 km3 (3.9῍2.7) 以下となる この異質岩片のす

カルデラ壁にあった破砕帯は消滅したと考えられる

べてが火道充填物中に残ったとすれば 火道充填物中の(Fig. 4)本質物質の量は約 0.2 km V3῍残留異質岩片量 1.4῍1.2)
3

濁川カルデラの内部構造

273

7ῌ4 カルデラの沈降について

成の主因である῍ 基盤岩の約 30 vol.% 以下はカ

火道充填物中の岩片集中層がカルデラの中心方向へ傾

ルデラ内にフォῑルバックしῌ 岩片が小さく破砕

斜していることῌ ならびにカルデラ中心部で湿潤密度されῌ 均質に攪拌された分布を示す主因となっ2.2 g/cm3 の軟弱な VF2 が厚いことはῌ カルデラの中心域の火道充填物が沈降したことを示唆する῍ 一方ῌ VF1

た῍(7) 火道充填物はῌ 脱ガスを伴う圧密によって沈降し中に多数の砕屑脈が認められῌ カルデラ壁に厚さ約 10た῍

m の砕屑岩脈がある῍ これらのことはῌ 圧密が脱ガスを伴って生じたことを示すと考えられる῍
火道充填物中はῌ カルデラ壁から水平距離で 150 m 以

謝

辞本研究を進めるにあたりῌ 日本重化学工業株式会社に内にῌ 小き裂が分布する῍ この小き裂はῌ 脱ガスを伴うは発表を許可していただいた῍ 道南地熱エネルギῑ株式

圧密の進行によって生じた局所的なき裂であると考えら会社および新エネルギῑ῎産業技術総合開発機構にはῌれる .

試料の提供と発表を許可していただいた῍ 東京大学名誉教授荒牧重雄教授ῌ 北海道大学大学院宇井忠英教授ῌ

8. ま と めJonathan Dehn 氏 ΐ現所属῏ アラスカ大学フェアバンク

本論文ではῌ 地熱井の掘削結果に基いて濁川カルデラ

ス校῔ῌ 道南地熱エネルギῑ株式会社故鷹觜守彦博士にの内部構造を詳細に記載しῌ 特にῌ カルデラ生成の主因ῌ

はῌ 濁川カルデラについて有益なご意見を頂いた῍ 名越

基盤岩の破砕と火道充填物の粉砕の主因ῌ 並びに火道充

幸生氏にはῌ カルデラ周辺の火砕サῑジについてご教授

填物の沈降について考察した῍ その結果はῌ 以下のよう頂いた῍ 査読者の産業技術総合研究所高田にまとめられる῍ΐ財῔電力中央研究所三浦大助博士にはῌ 粗稿を読んで頂(1) 濁川カルデラはῌ 地表に向かって開く多角形の亮博士ときῌ 有益なご意見を頂いた῍ 14C 年代の測定は学習院大

じょうご型ないしトランペット型の地下形状を示

学木越邦彦名誉教授にῌ 角閃石の屈折率測定結果は株式しῌ 地表では直径約 3 km の五角形でῌ 海抜 ῕

会社京都フィッション῎トラックの壇原 徹氏にそれぞ

1,000 m 以深は長径 0.7 km で垂直のカルデラ壁をれお願いした῍ またῌ 地熱エンジニアリング株式会社の有している῍(2) カルデラ内はῌ 火道充填物ῌ 湖成堆積物および河床堆積物で埋積される῍ 火道充填物上部と湖成堆積物中に地すべり堆積物が挟在する῍(3) 火道充填物中の緑色角閃石の屈折率の範囲とモῑ

ドからῌ カルデラおよびそれを埋める火道充填物
はῌ 火砕流噴出時に形成されたと考えられる῍ その後ῌ 安山岩ῒデイサイトが貫入しῌ 溶岩ドῑムが生じた῍(4) 火道充填物は 50 vol.% を超える量の良く破砕ῌ

粉砕されて小型の基盤岩起源の岩片を含む非溶結の火山礫凝灰岩ῒ凝灰角礫岩からなる῍ 火道充填物には多数の岩片集中層が挟在しῌ 火山豆石を含む῍ 火道充填物中はῌ 多数の砕屑脈とカルデラ壁の砕屑岩脈に貫かれている῍(5) カルデラ壁の基盤岩は破砕されῌ 砕屑脈ῌ 安山岩の貫入が認められる῍ 基盤岩の破砕はῌ カルデラ
壁から水平距離でῌ 少なくとも 130ῒ500 m におよんでおりῌ カルデラの形状と同じ NE῍SW 方向に長軸をもつ長方形の範囲で生じている῍(6) 火砕流噴出時にカルデラ外に放出された基盤岩量はῌ カルデラ容積の約 70 vol.% ΐ約 2.7 km3῔ 以上でありῌ 火砕流噴出時の爆発が濁川カルデラの形

探査部諸氏には日頃から有益なご意見を頂いている῍ こ
れらの方ῐに感謝の意を表したい῍
引用文献
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ῐ編集担当 伊藤順一ῑ