資料２－２次世代火山研究・人材育成総合プロジェクト
総合協議会（第４回）
Ｈ３０．１１．１４

新たな観測情報・技術

課題D：火山災害対策技術の開発
課題C：火山噴火の予測技術の開発

課題B：先端的な火山観測技術の開発①新たな技術を活用した火山観測の高度化③地球化学的観測技術の開発②リモートセンシングを利用した火山観測技術の開発④火山内部構造・状態把握技術の開発

各種観測データ

課題A:各種観測データの一元化

課題Ｂ 先端的な火山観測技術の開発

サブテーマ１：新たな技術を活用した火山観測の高度化 （１）ミュオグラフィ技術の高度化に関わる開発→火山活動と透視画像の関連の系統的な評価が可能に
これまでの主たる成果： ２０１７年から２０１８年にかけて桜島中央火口近傍に密度変化を検出

H28

H29

H30

H31

観測

H32

H33

H34

H35

H36

H37

桜島（東大）●超軽量高解像度ミュオン検出器の開発

シス
テム
開発

●ミュオグラフィ観測のデータ処理の自動化

設計・開発フェーズ

実用試験フェーズ

これまでの主たる成果〇軽量、高分解能ミュオグラフィ観測システム開発の成功〇バーチャル・プライベート・ネットワークを介して、リアルタイムにシステムにアクセスできる環境構築〇桜島でのプロトタイプ観測の実施〇ミュオグラフィデータの解析を自動化し、表示するシステムとしてWEB ベースリアルタイム解析環境をサーバー上に実装

実用化フェーズ

火口近傍の系統的評価〇従来の４倍を超える画素数により、より鮮明な火山透過像が取得可能に〇桜島中央火口近傍に密度変化〇衛星画像と密度変化

課題Ｂ 先端的な火山観測技術の開発

サブテーマ４：火山内部構造・状態把握技術の開発 （２）1.3m

軽量、高分解能ミュオグラフィ観測システム開発○2cm の鉛板と厚み2mm のステンレス複数枚から成る放射線遮蔽体が実装され、 低ノイズでの観測が可能となるよう設計。
○最高2.7mradの角度分解能（１km先で2.7ｍの空間分解能）が達成可能

バーチャル・プライベート・ネットワークを介して、リアルタイムにシステムにアクセスできる環境の構築、桜島でプロトタイプ観測の実施

ラズベリーパイがデータ収集をコントロール

課題Ｂ 先端的な火山観測技術の開発

サブテーマ４：火山内部構造・状態把握技術の開発 （３）ミュオグラフィデータの解析を自動化し、表示するシステムとしてWEB ベースリア
ルタイム解析環境をサーバー上に実装

衛星画像

ミュオグラフィ画像
密度変化
した部分

昭和火口

南岳爆発回数2017 2018

昭和火口爆発回数

2017 2018

ミュオグラフィ観測のデータ処理の自動化及び画像化

中央火口昭和火口側に密度上昇

この部分に対応だが影で見えない課題Ｂ 先端的な火山観測技術の開発

サブテーマ２：リモートセンシングを活用した火山観測技術の開発（１）
火山観測のためのリモートセンシング技術の開発 → 現地観測困難時には遠隔観測が鍵
可搬型レーダー干渉計 衛星ＳＡＲ 小型温度ガス可視化カメラ

H28

H29

H30

H31

H32

H33

H34

H35

予備実験

実験機
製作

地上設置型・車載型開発

運用機
製作

性能評価

標準的解析手法の検討

H37

ベースデータ取得（平常時の観測）実用化フェーズ

設計・開発フェーズ
環境整備

H36

解析システム構築（最終年度までに２５重点観測火山＋箱根山）

実用化フェーズ

設計・開発フェーズ

統合的なリモートセンシング観測システム
３つのカメラ（SPIC）および画像分光前置光学系（ISH）の開発
スペクトル計測・データベース構築手法の開発

設計・開発フェーズ

各カメラを小型化し統合した，地 車載型を改良した航空機搭載型
上設置型，車載型装置の開発 装置の開発，装置の試験提供
データベース試作

データベース作成・提供

実用試験フェーズ

実用化フェーズ

これまでの主たる成果〇可搬型レーダー干渉計実験機完成〇衛星SAR解析における大気圏誤差軽減手法を決定〇非冷却型遠赤外2バンドカメラ（フィルタ分光）開発〇冷却型中間赤外3バンドカメラ（フィルタ分光）開発〇可視6バンドカメラ（フィルタ分光）、スペクトル推定手法開発

噴火切迫性を表面現象より評価する手法の高度化〇レーダーによる地殻変動DB作成〇地熱、ガス濃度分布の推定〇地表の形状・岩石種推定

課題Ｂ 先端的な火山観測技術の開発

サブテーマ２：リモートセンシングを活用した火山観測技術の開発（２）進捗状況（B2-1可搬型レーダー干渉計と衛星搭載型合成開口レーダーによる精密地殻変動観測技術の開発）
a．可搬型レーダー干渉計による火山性地殻変動検出に関する技術開発（当初の計画通りに進行）
H29：実験機作製
H30：野外初観測（浅間山）今年度の進捗状況
H30：浅間山の干渉画像

今後の検討 H34

植生が濃い領域

長距離観測
繰り返し観測運用機完成

可搬型レーダー干渉計実験機の作製
H29年度に可搬型レーダー干渉計実験機を作製。今年度に浅間山において野外初観測を実施。約3.5kmまで後方散乱波が得られ、1時間程度の観測では、植生が濃い領域においても顕著な干渉性劣化は見られない。
今後、長距離観測、繰り返し観測・車載観測に関する検討を進める。

車載観測

以降
運用開始

H31

H32～

b．衛星SAR解析による火山性地殻変動データベースに関する技術開発（当初の計画通りに進行）
Split-spectrum法適用事例（吾妻山）
適用前
適用後

PALSAR-2 Path: 124 (SM1, HH, Right)
Date: 2014/9/9, 2015/8/11 (UT 14:31)

今年度の進捗状況

自動解析システム構築

H30：電離圏誤差軽減手法

標準的解析手法検討終了

衛星SAR地殻変動データベース作成 H29：大気圏誤差軽減手法
数値気象モデルを用いた大気のための標準的解析手法の検討
衛星SARによる地殻変動のデータ 遅延軽減アルゴリズムを決定
ベース作成のための自動解析に向けた解析方法（標準的解析手法）の検討を進めている。H29年度には大気圏誤差軽減手法について検討した。
今年度は、電離圏遅延誤差の軽減手法について検討している。SAR画像の周波数帯域を分離し、電離圏遅延成分 を 抽 出 する Split-spectrum 法 を 干
渉性の高い干渉ペアについて適用し、問題無く適用可能であることを確認。

順次結果
公開

課題Ｂ 先端的な火山観測技術の開発

サブテーマ２：リモートセンシングを活用した火山観測技術の開発（３）SPIC-UCの開発

SPIC-Cの開発

LWIR波長域（8-14μm）
非冷却型赤外２バンドカメラ 特徴
カメラ１
カメラ２
温度分布
（0.06K精度)
ガス濃度分布（1ppm分解能）
計測機能を実現

MWIR波長域（3-5μm）
冷却型中間赤外３バンドカメラ

干渉フィルタ内蔵（2眼型）
ISH（画像分光前置光学系）はフィルタで実現

H30年度進行中の開発
SPIC-UCの開発温度分布（0.016K精度)
高温ターゲット（-20～1075℃）
計測機能を実現
干渉フィルタ3枚内蔵（ホイール型，1眼型）

可視波長域（0.4-1.1μm）
特徴
可視６バンドカメラ
高空間分解能（1920x1080）
6バンド同期（15Hz）
計測機能を実現，立体視，岩石種推定可
干渉フィルタ外付け(6眼型)

ISH（画像分光前置光学系）はフィルタで実現

ISH（画像分光前置光学系）はフィルタで実現

プロトタイプで統合研究開発計画全体像

可搬型・地上設置・車載型完成（７年目）

SPIC-UC/ SPIC-C /SPIC-SS

XGA（1024x768）カメラ製作中．
高空間分解能の実現を予定．

SPIC-Cの開発

LWIR波長域（7.7-9.3μm）冷却型赤外カメラ製作中．高精度
ガス濃度計測（0.2ppm分解能）の実現を予定．

スペクトルデータベース開発
NIED保管コア試料
特徴 の試験計測を予定

スペクトル推定アルゴリズムを実装

改良

現業機関へ量産型を試験提供（10年目）

スペクトル推定技術の開発

特徴ISH

4年目に完成のプロトタイプ
を改造/合体（15kgf以下）

5mm

多重分光画像を実測（流紋岩）
3D地形情報（SfM/MVS）

火山表面現象
３D地図

6バンドから376バンドを推定するアルゴリズムを開発
G=RVT(VVT)-1
推定値⇒ r^k=Gvk
R: 参照スペクトル行列
V: マルチバンドスペクトル行列32r^k

温度分布情報ISHの開発ガス濃度分布情報µm-1 ]
-1

str

放熱率分布

28

ARTS: 南岳A火口(SO2 gas spectrum)

6000
5000

-2N

7000

温度分布

30

ガス濃度分布

8000

Radiance [ µW cm

干渉計型分光装置開発中.
多バンド（数十程度）画像分
光計測機能の実現を予定．

プロトタイプで統合

航空機搭載型完成（９年目）

改造

SPIC-SSの開発

モバイル型制御装置製作中

特徴

4000

岩石種分布rkv
Refrectance [ % ]プロトタイプで統合

SPIC-SSの開発

k26

24―rkは376バンド○ Vkは6バンド. r＾kは 376バンド

3000
2000
1000
08000 8500 9000 9500 10000 10500 11000 11500
Wavelength [ nm ]地形250m250m

2220300

400

500

600

700

800

900

1000

Wavelength [ nm ]進捗状況（B2-2火山表面現象遠隔観測技術の開発）

71100

課題Ｂ 先端的な火山観測技術の開発

サブテーマ３：地球化学的観測技術の開発 （１）
火山ガスの地球化学的観測による噴火切迫性評価（火山噴火予測）手法の開発
これまでの主たる成果： 火山ガス組成・同位体比に基づく活動度評価の高度化

H28
調査・解析

H29

H30

H31

H32

H33

H34

H35

H36

H37

箱根山、草津白根山、伊豆大島、霧島山、那須岳
桜島、阿蘇山、九重山
有珠山

富士山

●可搬型ヘリウム同位体比分析システム●高スループットヘリウム同位体比分析システム
シス
テム開発●高感度水蒸気同位体比分析システム●航空機等搭載用自動噴煙試料採取システム●海底火山・海底温泉底層水採取・分析システム●火山ガス成分連続観測システム●可搬型炭素同位体比分析システム

設計・開発フェーズ

実用試験フェーズ

これまでの主たる成果〇火山活動に対応した化学組成・同位体比変動の検出〇噴煙試料を用いた噴気孔同位体比の決定〇火口湖底層への溶存ガス成分供給の検出実用化フェーズ

火山ガス組成・同位体比に基づく活動度評価の高度化〇マグマ成分の寄与率の変動〇安全な場所での高精度観測

課題Ｂ 先端的な火山観測技術の開発

サブテーマ３：地球化学的観測技術の開発 （２）火山活動に対応した化学組成・同位体比変動の検出（東海大・東大・気象研）

8.5

48.0
7.5

37.0

本白根山
噴火

6.5
6.0

山頂噴気硫黄山
噴火○□△山頂噴気• 活発化（地震の増加・噴火）に対応してCO2/H2S比は上昇。
• 3He/4He比は噴火後に下降、その後上昇。
→マグマ起源ガスの蓄積を反映？

南山麓噴気

霧島硫黄山硫黄山
噴火

5.5/07/09/11/01/03/05/07/09
17 017 017 018 018 018 018 018
022222222

新燃岳
噴火

大霧島硫黄山Air-corrected He/ He (RA)

本白根山
噴火

－火山性地震回数

草津白根山
地震回数/半月○□△山頂北側斜面噴気

マグマ成分－火山性地震回数

山頂北側噴気
殺生河原
万座噴気
草津湯畑

9.0
草津白根山

小箱根山

○大涌谷 □上湯場

小マグマ成分 噴気・温泉ガスの3He/4He比変動
地震回数/半月大 噴気のCO2/H2S比変動

課題Ｂ 先端的な火山観測技術の開発

サブテーマ３：地球化学的観測技術の開発 （３）噴煙試料を用いた噴気孔同位体比の決定（名古屋大・東大）
 噴煙中水蒸気濃度と水素・酸素同位体比 噴煙中二酸化炭素濃度と炭素同位体比

噴煙試料採取の様子(真空ガラス容器中に大気圧まで)

箱根山
噴気孔
推定値
= –1.6‰

H2O同位体比分析システム箱根山

1000 δ18O

噴気孔推定値= – 0.8‰

・ 噴気孔から離れて採取した噴煙試料を用いて、大気からのH2OやCO2の混入を補正した同位体比を決定。
・ 7火山で、噴気孔で直接採取した試料と調和的。
→活動が活発化しても（比較的）安全に観測が可能。

火口の底層への溶存ガス成分供給の検出（東大）
火口湖（鰻池）サイト
底層（水深 57 m）↑1/106↑1/105↑
1/50000(1/ppm)↑1/25000

表層（水深 1m）
陸上噴気（99.4℃）

3He/4He (R )a・ 陸上噴気とは異なる、溶存ガス成0.87 ± 0.04分の底部からの1.05 ± 0.04
供給を検出。
1.12 ± 0.05

課題Ｂ 先端的な火山観測技術の開発

サブテーマ３：地球化学的観測技術の開発 （参考）
可搬型ヘリウム同位体比分析システムの開発（東大）
 可搬型質量分析計への3He用パルスカウント検出器の導入

可搬型質量分析計“infiTOF”（36 × 63 × 54 cm, 48 kg）

高速デジタルADC回路におけるシグナル識別（概念図）

妨害成分（HD）と完全に分離した3Heの検出（同型の試作機によるデータ）→He中100万分の1～10万分の1しか存在しない極微量の3Heを、可搬型装置で始めて検出。

自動噴煙試料採取装置（ドローン搭載用）の開発（名古屋大）
試作初号機の回路
Pump
SO2 alarmSO2sensor
Battery (12V)

3 V relay

Pump Battery

Off-delaytimer

・ SO2検出・アラーム
鳴動の出力信号発生（黄色）時にポンプへ電力供給（水色）・
ガス採取→火山ガス成分に最も富む噴煙を自動で採取課題Ｂ 先端的な火山観測技術の開発

サブテーマ４：火山内部構造・状態把握技術の開発 （１）
噴火切迫性評価（火山噴火予測）手法の開発 → 噴火切迫性の高い火山での機動観測が鍵
これまでの主たる成果： 水蒸気噴火発生場（噴火ポテンシャル評価）手法の高度化

H28
調査・解析

H29

H30

H31H32H33H34H35

H36H37

富士山（九大）草津白根（東工大） 有珠（北大）
俱多楽（北大）三宅島（地震研） 蔵王（東北大） 伊豆大島（地震研）
新潟焼山（東工大）
箱根（温地研）
霧島山（九大）●地震計アレイデータ解析システム
シス
テ
ム
開発

●地下比抵抗・熱水流動解析システム●火山性地震活動総合解析システム●遠隔熱情報観測解析システム●地震波動場連続解析システム

設計・開発フェーズ

実用試験フェーズ

これまでの主たる成果〇霧島えびの高原で比抵抗，地震活動，地盤変動源の関係の解明〇倶多楽での広域比抵抗構造の解明，熱水流動シミュレーション〇箱根火山での地震波速度構造

実用化フェーズ

水蒸気噴火切迫性評価の高度化〇浅部不透水層のある場所〇地震活動と地盤変動源〇熱水活動特有の地震波形

課題Ｂ 先端的な火山観測技術の開発

サブテーマ４：火山内部構造・状態把握技術の開発 （２）霧島山（えびの高原）の比抵抗構造，地震活動，膨張源

地下比抵抗・熱水流動解析システム

倶多楽火山の比抵抗構造

倶多楽噴火ポテンシャル評価
難透水層の分布 →将来の火口
難透水層のサイズ→精密な評価
基礎資料
大局的な構造 ⇒高度な３次元解析
地下比抵抗・熱水流動解析システム→ 求められた比抵抗構造から
温度分布，圧力分布等モデルの定量化への手段

250℃

粘土層

温度

霧島山硫黄山水蒸気の蓄積： 圧力源
微動，T型地震： クラック振動
地震： 間隙圧の上昇
水蒸気噴火発生： 難透水層の破断？

0℃

課題Ｂ 先端的な火山観測技術の開発

サブテーマ４：火山内部構造・状態把握技術の開発 （３）箱根火山の地震波速度構造 S

丹沢

箱根

N

VpTakei(2002)のモデルを仮定すると深さ 9㎞（圧力源の直上）

3.6−2.5 ⁄3.6

𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅 = 6.2−5.0 /6.2 = 1.6

α=0.01-0.02の水 or Melt

深さ 6㎞（地震活動の下限）

Vs


Vp/Vs

3.5−2.9 ⁄3.5

𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅 = 6.1−4.8 ⁄6.1 = 0.8

Meltでは説明できず、水or gas
で解釈可能
水の場合α=0.15程度（平衡モデルが成り立つ）
α=0.15の場合の体積分率(φ)
は17%程度

マグマ溜まりと熱水の関係
三宅島（H30年度）
0㎞

海底噴火

2㎞
4㎞

新設広帯域地震計
既設広帯域地震計

2000年噴火概念図

既存データによる比抵抗構造

課題Ｂ 先端的な火山観測技術の開発

サブテーマ４：火山内部構造・状態把握技術の開発 （参考）
噴火切迫度評価に有用なツールの開発〇地震計アレイデータ解析システム→ プロトタイプの完成→ 表示システムの共通化の構想
地震計アレイデータによる波動源の推定と他のデータ（例：映像）の同時表示〇遠隔熱情報観測システム〇火山性地震活動総合解析システム

主としてドローンに登載する機器・用具の製作

遠隔自立飛行による火山湖水の採取に成功

微動 地震 N型地震

水蒸気噴火前 N型地震が多発⇒ N型地震の自動検出
𝑓𝑓𝑝𝑝

𝑄𝑄 −1

硫黄山水蒸気噴火