３．１．９

ひずみ集中と地殻内流体変動の解明

目次

(1)

業務の内容・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・166(a) 業務題目(b) 担当者(c) 業務の目的(d) ６ヵ年の年次実施計画（過去年度は、実施業務の要約）
1) 平成１９年度
2) 平成２０年度
3) 平成２１年度
4) 平成２２年度
5) 平成２３年度
6) 平成２４年度(e) 平成２２年度業務目的(2)

平成２２年度の成果・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・167(a) 業務の要約(b) 業務の実施方法及び成果
1) 地震活動観測
2）地温および水温観測
3) 湯釜火口湖の化学観測
4）GPS 観測(c) 結論ならびに今後の課題(d) 引用文献(e) 成果の論文発表・口頭発表等(f) 特許出願，ソフトウエア開発，仕様・標準等の策定(3)

平成２３年度業務計画案・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・177

165

(1)

業務の内容

(a) 業 務 題 目

ひずみ集中と地殻内流体変動の解明(b) 担当者
所属機関

役職

氏名

メールアドレス教授

小川 康雄

oga@ksvo.titech.ac.jp

同准教授

野上 健治

knogami@ksvo.titech.ac.jp

同准教授

神田 径

kanda@ksvo.titech.ac.jp

同

研究員

山脇 輝夫

yamawaki@ksvotitech.ac.jp

国立大学法人東京工業大学火山流体研究センター(c) 業務の目的
草津白根山山頂周辺に整備された活動火口観測システムによる水位・水温・降水量等の連続観測を実施し、これらと火山ガス、湖水・温泉水などの化学組成などの繰り返し観測および地殻変動観測から、ひずみ集中よる地殻活動とそれに連動する地殻内流体の変動を捉える。
(d) ６ヵ年の年次実施計画（過去年度は、実施業務の要約）
1) 平成１９年度：草津白根山周辺でひずみ集中に連動する地殻内流体の変化と流体貯留層近傍での地震活動の変化を捉え、ひずみ集中帯の機構解明に資する調査研究を行うためのデータ搬送装置、火山流体観測装置テレメーターシステム、地温観測システムから構成される活動火口観測システムを整備するとともに、地殻内流体の効果的把握のための観測点配置等に関する検討を行った。
2) 平成２０年度：活動火口観測システムを構築し、ひずみ集中に連動して起こる地殻内流体の変動をとらえるために、火山ガスの化学組成、活動的火口湖の湖水の水位・水質、流体貯留層近傍での地震活動などの観測を行った。
3) 平 成 ２ １ 年 度 ： 草 津 白 根 山 山 頂 周 辺 に 整 備 さ れ た 活 動 火 口 観 測 シ ス テ ム に よる水位・水温・降水量等の連続観測を実施し、これらと火山ガス、湖水・温泉水などの化学組成などの繰り返し観測 および地殻変動観測から、ひずみ集中よる地殻活動とそれに連動する地殻内流体の変動を捉えた。
4) 平 成 ２ ２ 年 度 ： 草 津 白 根 山 山 頂 周 辺 に 整 備 さ れ た 活 動 火 口 観 測 シ ス テ ム に よ る 水
位・水温・降水量等の連続観測を引き続き実施し、これらと火山ガス、湖水・温泉水などの化学組成などの繰り返し観測および地殻変動観測・微小地震観測から、ひずみ集中による地殻活動とそれに連動する地殻内流体の変動を捉える。
5) 平 成 ２ ３ 年 度 ： 草 津 白 根 山 山 頂 周 辺 に 整 備 さ れ た 活 動 火 口 観 測 シ ス テ ム に よ る 水
位・水温・降水量等の連続観測を引き続き実施し、これらと火山ガス、湖水・温泉水などの化学組成などの繰り返し観測および地殻変動観測・微小地震観測から、ひずみ集中による地殻活動とそれに連動する地殻内流体の変動を捉える。
6) 平 成 ２ ４ 年 度 ： 草 津 白 根 山 山 頂 周 辺 に 整 備 さ れ た 活 動 火 口 観 測 シ ス テ ム に よ る 水166

位・水温・降水量等の連続観測を引き続き実施し、これらと火山ガス、湖水・温泉水などの化学組成などの繰り返し観測および地殻変動観測・微小地震観測から、ひずみ集中による地殻活動とそれに連動する地殻内流体の変動を捉える。
(e) 平成２２年度業務目的
草津白根山山頂周辺に整備された活動火口観測システムによる水位・水温・降水量等の連続観測を引き続き実施し、これらと火山ガス、湖水・温泉水などの化学組成などの繰り返し観測および地殻変動観測・微小地震観測・ハイドロフォン観測から、ひずみ集中による地殻活動とそれに連動する地殻内流体の変動を捉える。
(2)

平成２２年度の成果(a) 業務の要約
活動火口観測システムを用いて、ひずみ集中に連動して起こる地殻内流体の変動をとらえるために、湯釜火口・水釜火口およびその周辺において、微小地震観測、ハイドロフォン観測、地温および水温観測、化学観測、GPS 観測を行った。
(b) 業務の実施方法及び成果
草津白根火山における観測項目とその観測点位置を図 1 に示す。平成 19 年度に活動火口観測システムを構築し、平成 20 年度より、湯釜火口（地図中央）、水釜火口（湯釜火口の北東）およびその周辺で、微小地震観測、地温および水温観測、化学観測を実施している。さらに、平成 21 年度 10 月からは火口周辺の 3 か所において GPS 連続観測を開始している。以下、これらの観測結果について述べる。

167

図1

草津白根火山の山頂域の観測点の分布。KSW。KSS、 KSE はボアホール地震計、KSJ、JIE、KSN は地表の地震計を表わす。G1 から G5 は水釜の地温センサーの位置を表わす。G5 は湯釜の北東縁に位置し、2008 年から活動的になった噴気帯のなかにある。平
成 21 年度に整備された GPS 連続観測点を表す。
1）微小地震観測
図2に示す通り、2008年1月から2010年12月までの震源分布は、水釜火口と湯釜火口を含む領域とさらに湯釜の南1.5kmの逢ノ峯までの範囲に集中している。多くの地震はマグニチュード-1以下であり、震源の深さは湯釜北東部で海抜2kmから海抜1kmの範囲に集中し、一方、湯釜の南側の震源は海抜0～1kmの深度に広がる。図3に震源分布とその時系列を示す。地震の発生場所については、2009年7月以来、湯釜と逢ノ峯の間の地震が少なくなる傾向が見える。またこの傾向の出現に前後して同年6月7月10月にそれぞれ、マグニチ
ュード1クラスの比較的大きな地震が湯釜の南で合計3回発生している。図4にM-T図を示す。地震の規模は、殆どがマグニチュード-2から-1の間に集中し、地震の日別発生頻度は、1日あたり数個である。先述のように2009年6月7月10月のマグニチュード1の3つの地震が顕著である。2009年12月から翌年5月までは、通信障害による欠測があるが、2010年に入ってからはマグニチュード0クラスの地震が減っていることが分かる。すなわち2010年に入ってから大きな規模の地震が起きにくくなり、とくに湯釜の南側の地震が発生しなくなってきている。

168

図2

2008年1月6日から2010年12月31日までの草津白根火山湯釜火口周辺における震源分布。右図には南北断面での投影を、下図には東西断面での投影を示す。

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図3

草津白根火山湯釜火口周辺における2008年1月6日から2010年12月31日までの震央分布（左）とその時系列（右）。

図4

草津白根火山湯釜火口周辺におけるM―T図。2009年12月から2010年5月にかけて通信障害による欠測がある。
170

2) 地温、水温、水位観測
2008年10月より、水釜の地温、湯釜北東壁の地温、湯釜の水位、湯釜の水温、気温、降水量を計測している。図5にあるように、水釜の地温（図1中のG1～G4）には明瞭な年周変動が見られるが、湯釜北東壁（図1中のG5）の地温は、年周変動見られず、2009年5月以降、繰り返し沸点（～94度C）に達している。湯釜火口湖の水位に関しては、年周変化に加えて、年々水位が顕著に下がる傾向が見いだせる。降水量はむしろ2010年の方が多いので、この水位の低下の原因の一つとしては、火口湖に地下から供給される熱量が増加して蒸発量が増えている可能性がある。しかしながら、より定量的な議論のためには、火口湖からの水のリークを含めた水と熱の収支を検討しなければならない。

図5

湯釜・水釜火口周辺の観測項目ごとの 2008 年から 2010 年までの時間変動
1713) 湯釜火口湖の化学観測
図 6 に草津白根山山頂域の噴気地帯の分布を示す。このうち水釜北噴気の化学組成および噴気温度の時系列を図 7 に示す。水釜北噴気では、2009 年から噴気温度が 104℃まで上昇している。この標高の沸点は 94℃であるので、加圧蒸気として放出されている。図 8では、水素濃度と硫化水素濃度の時系列も示す。2008 年の温度上昇とともに硫黄系ガスの平衡反応に起因して硫化水素濃度が上昇している。このほかの水釜北斜面の噴気帯の写真と噴気温度を図 8 に示す。沸点およびそれを超える噴気が円弧状に配列していることがわかる。
湯釜北東噴気では、噴気温度が沸点を下回る変動をしており、水釜北噴気に対応するような噴気温度の上昇は見られず、安定的な変動をしている。しかしながら、ドライガス中に含まれる硫化水素の濃度は水釜北噴気より高く、水素濃度については 1 桁高く、マグマからのガスの寄与が大きいことが分かる。

図6

草津白根山山頂域の噴気地帯の分布。

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図7

水釜北噴気（図 6 参照）における噴気温度と噴気組成の変動

図8

草津白根山北側噴気地帯と代表的な噴気温度の分布

173

図9

湯釜北東噴気（図 6 参照）における噴気温度と噴気組成の変動

3) GPS 観測2009 年 9 月より、図 10 に示した 3 観測点において GPS の連続観測を開始した。KSEおよび KSW 観測点の 3 成分の変動を、KSS を基準として図 11 に示す。2 つの測線ともに12 月から 4 月にかけて大きな変動が見られるが、5 月からは 11 月以前の値に戻っている。
引き続き、凍上による影響を見積もるためデータを蓄積する必要がある。

図 10GPS 連続観測点の位置
174

図 11

2009 年 9 月から 2010 年 12 月までの GPS 観測による変位の時間変動。ここで 2010年 4 月から 5 月までの欠測は、GLONASS チャンネルの変更に伴う受信障害、2010 年 1月から 2 月の KSE の欠測は通信機器不良に伴う通信障害である。
(c) 結論ならびに今後の課題
2008 年 10 月から、活動火口観測システムを運用し、水温データ、地温データが連続的に記録できるようになった。また水位データやハイドロフォンのデータも連続記録されるようになった。さらに、2009 年 10 月からは、GPS 連続観測も開始した。
これまで得られたデータを以下にまとめる。草津白根火山の湯釜・水釜火口周辺では、2008 年以降、火山活動が顕著に高まっている。湯釜北壁噴気では、2008 年 5 月以降、噴気温度が沸点まで上昇し、水素ガス濃度も現在まで高い状態を保っている。また水釜北噴気では、2009 年 5 月以降、噴気温度の上昇と硫化水素ガス濃度の上昇が観測されている。
さらに湯釜火口の水位が年々低下することが観測されているが、このことは湯釜火口湖底からの熱流量が増加している可能性を示唆する。また、これらの地表面での現象と連動するように、2010 年に入ってから火山性地震の規模が小さくなる傾向があり、さらに 2009年 7 月以降、湯釜の南方での地震発生数が減少する傾向にある。この微小地震活動の推移は、湯釜の南方で地下温度が上昇することによって地震発生層が薄くなることで説明できるのかもしれない。
今後さらに観測を進め、ひずみ集中帯の縁部に位置する草津白根火山において、微小地震の時空間分布と噴気温度・噴気化学成分・火口湖水位の変動から地殻内流体の変動のデータを蓄積するとともに、これら観測事実が整合的に説明できるモデルの構築を図る。火山体の構造(たとえば Nurhasan et al., 2006,小川ほか, 2011)も比較検討する必要がある。

175

(d) 引用文献
1) Nurhasan, Y. Ogawa, N. Ujihara, S.B. Tank, Y. Honkura, S. Onizawa, T. Mori, and M.
Makino, Two electrical conductors beneath Kusatsu-Shirane volcano, Japan, imaged byaudiomagnetotellurics and their implications for hydrothermal system, Earth Planets
Space, 58, 1053–1059, 2006.
2) 小川康雄・Nurhasan・山脇輝夫,・野上健治・神田径草津白根火山の 3 次元比抵抗構造と新たな高温域との関係,CA 研究会、京都大学宇治、2011.
(e) 成果の論文発表・口頭発表等
著者

題名

発表先

発表年月日

横山達也，野上健治，小川康雄

草津白根火山のボーリングコ
アの粘土鉱物分析・口頭平成22年5月25日

相澤広記，神田径，小川康雄，石戸経士，長谷英彰

比抵抗構造調査から推測される火山地下の側方脱ガス・口頭

小川康雄

地殻の比抵抗構造と地震の分布との関係・口頭

山脇輝夫

草津白根山の火山活動と微小繰り返し地震・ポスター

日本地球惑星科学連合2010年大会 千葉
幕張
日本地球惑星科学連合2010年大会 千葉
幕張
日本地球惑星科学連合2010年大会、千葉
幕張
日本地球惑星科学連合2010年大会 千葉
幕張
日本地球惑星科学連合2010年大会、千葉
幕張
AOBセミナー、東北大学
2010年日本火山学会
秋季大会
米国地球物理学連合
秋季大会 サンフランシスコ、S13B-1992
Conductivity
Anomaly研究会、京都大学宇治キャンパス

平成23年2月25日

Conductivity
Anomaly2010年研究会論文集

平成23年
（印刷中）

活動火口に形成された強酸性火口湖における水温モニタリ
ングシステムの開発,・口頭
地震発生場と火山の電磁イメージング:最近の成果・口頭
寺田暁彦，野上健 草津白根火山・湯釜火口湖の治
熱活動・口頭Yamawaki, T.
Seismic noise analysis at
Kusatsu-Shirane volcano,
Japan
ポスター
草津白根火山の3次元比抵抗
小川康雄，
Nurhasan，山脇 構造と新たな高温域との関輝夫，野上健治， 係・口頭
神田径横山達也，野上健 草津白根火山ボーリングコア
治，小川康雄の粘土鉱物の分析、Conductivity Anomaly研究会
2010年論文集、2010(印刷中)
寺田暁彦，吉川慎，野上健治，大倉敬宏，鍵山恒臣
小川康雄(f) 特許出願，ソフトウエア開発，仕様・標準等の策定
1) 特許出願
なし
2) ソフトウエア開発
176

平成22年5月24日
平成22年5月24日
平成22年5月25日
平成22年5月25日
平成22年9月27日
平成22年10月9日
平成22年12月13日

なし3) 仕様・標準等の策定
なし(3) 平成２３年度業務計画案
草津白根山山頂周辺に整備された活動火口観測システムによる水位・水温・降水量等の連続観測を引き続き実施し、これらと火山ガス、湖水・温泉水などの化学組成などの繰り返し観測および地殻変動観測・微小地震観測から、ひずみ集中による地殻活動とそれに連動する地殻内流体の変動を捉える。

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