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Institute for Geothermal Sciences
Graduate School of Science
Kyoto University20212018

地球熱学研究施設のめざすもの
地球は，内部の熱エネルギーを地殻変動，地震活動，火山活動，地熱温泉活動などの表層現象に変換する巨大な熱機関である．これまでは，これらの表層現象の時間スケールや発現様式の違い，あるいは実生活との関連を重視するあまり，それぞれを独立した現象として取り扱うことが一般的であった．しかし，地球の進化を，予言性をも含めて包括的に理解するためには，これまでの細分化された研究対象と研究手法を融合し，熱機関としての地球を総合的に研究することが必要不可欠である．
地球熱学研究施設では，地球上で最大規模の火山・地熱温泉活動域のひとつである中部九州地域を巨大な実験装置とみなして，野外観測・調査や物質科学的・理論的解析を行い，熱現象の総合解析を推進する．さらに，これらの結果を全地球的規模で展開する同様の研究結果と合わせて，地殻表層からマントル・核にいたる熱構造と熱現象の解析を進め，総合科学としての「地球熱学」の構築を目指している．

組織・研究領域 専門分野の異なる研究者が弾力的に協力できるよう，大部門制（地球熱学研究部門）を採っている．現在は，以下の５つの研究分野が置かれている．

地球熱学研究施設
地熱流体論研究分野

火山活動論研究分野
火山活動の観測手法および解析手法の向上を図りながら，火山活動と地殻変動，地震，地磁気などの観測量との相関を究明し，併せて火山噴火予知に関する基礎研究を推進する．

地熱温泉現象

物質循環
火山噴火
地下構造

地殻変動

火山構造論研究分野
阿蘇・九重・鶴見など中部九州地域の活火山を主対象に，それら火山体と周辺地熱域の力学的・熱的・水理的構造を究明す
るとともに，マグマの発生と挙動に関する研究を推進する．

地熱流体の深部かつ広域にわたる循
環，および地熱流体に含まれる各種化学物質の起源を究明するとともに，地熱流体を通してのエネルギーと物質の輸送過程に関する研究を推進する．

地熱テクトニクス研究分野
地震活動
マントルダイナミクス

火山・地熱温泉現象の発達過程とテクトニクスとの関連を解明するための研究,マグマ学的手法によるプレートの沈み込みと火山活動の因果関係,全マントル規模の物質循環の研究を推進する．

地球熱学情報研究分野（外国人客員）
世界各地における火山・地熱温泉活動および地球内部の熱的特性など地球熱学に関する情報を交換・蓄積するとともに，新手法の開拓を目指した国際共同研究をIGS推進する．
1987年，地球物理学研究施設（別府）に外国人客員部門として設置され，1997年の地球熱学研究施設への改組後も地球熱学情報研究分野として継続し，2018年12月現在国際的な地球熱学研究の発展に大きく貢献してきた．
2018年12月までに，地図に示す地域からのべ 37名の研究者を別府・阿蘇に迎え，現在も国際的研究の重要なパートナーとして共同研究を継続している．

出版物 Annual Report 「京都大学大学院理学研究科附属地球熱学研究施設活動報告」（1997～ ）ἢ㠉
1923年(T12)12月ࠉ኱ศ┴࠾ࡼࡧูᗓ⏫ࡢ᥼ຓ࡟ࡼࡾูᗓᮏ㤋ᘓ≀ࡀ❹ᕤ

1924年(T13)１月

1926年(T15)10月㛤ᡤᘧࢆᣲ⾜ྡ⛠ࡣᆅ⌫≀⌮Ꮫᩍᐊ㝃ᒓᆅ⌫≀⌮Ꮫ◊✲ᡤࣇࣛࣥࢫࡢ$OIUHG/$&52,;࠾ࡼࡧ࢔࣓ࣜ࢝ࡢ$/'$<ࡢ୧༤ኈࡀึ௦ᡤ㛗ᚿ⏣㡰༤ኈ࡟㜿⸽ⅆᒣ࡟◊✲ᡤࢆタ❧ࡍࡿࡼ࠺່ዡ◊✲࠾ࡼࡧᴗົࡢ㛤ጞึ௦ᡤ㛗ᚿ⏣㡰༤ኈᅜ㈝࠾ࡼࡧ⇃ᮏ┴ࡢ᥼ຓ࡟ࡼࡗ࡚ⅆᒣ◊✲᪋タᮏ㤋㸦㜿⸽㸧ࡢ㉳ᕤ
1927年(S２)ࠉ
1928年(S３)３月ⅆᒣ◊✲᪋タᮏ㤋᏶ᡂ࡜࡜ࡶ࡟◊✲ࢆ㛤ጞ㸬ᆅ㟈ィࢆタ⨨

1932年(S７)ࠉࠉࠉࠉ➨㸰ᅇᴟᖺ SRODU\HDU 㸬ⅆᒣ◊✲᪋タ࡟ᆅ☢Ẽほ ࡀ௜ຍ

1937年(S12)ᮏᏛᐁไࡢ୍㒊ᨵṇ࡟క࠸ᆅ⌫≀⌮Ꮫ◊✲ᡤ㸦ูᗓ㸧࡜ⅆᒣ◊✲᪋タ㸦㜿⸽㸧ࡀ⤫ྜ㸬ⅆᒣ Ἠ◊✲ᡤ࡜ᨵ⛠

1959年(S34)３月ᩥ㒊┬௧࡟ࡼࡾ୧◊✲ᡤࡀศ㞳㸪⌮Ꮫ㒊㝃ᒓᆅ⌫≀⌮Ꮫ◊✲᪋タ࡜ྠ㝃ᒓⅆᒣ◊✲᪋タࡀタ⨨ࡉࢀタഛ࡜ᐃဨࡀᣑ඘ࡉࢀࡓ

1987年(S62)４月ᆅ⌫≀⌮Ꮫ◊✲᪋タ㸦ูᗓ㸧࡟⇕Ỉ⎔ቃ㒊㛛࠾ࡼࡧᆅ⇕ᙧែ◊✲㒊㛛㸦እᅜேᐈဨ◊✲㒊㛛㸧ࡢ㸰㒊㛛㸦ᖺ᫬㝈㸧ࢆቑタ

1997年(H９)４月
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1998年(H10) ４月

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2021 年 4 月現在
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2021 年度

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3 准教授 ３，3 助教 １，1 技術専門員２, 技術専門職員 1,教授 3，技術職員 1,ᢏ⾡⫋ဨ㻌䠎䠈◊✲ဨ㻨ᶵ㛵◊✲ဨ㻪㻌䠏䠈㠀ᖖ໅⫋ဨ㻌6
3 研究員 4, 非常勤職員 545୍ྕጤဨ㻌䠒䠈䚷䚷䚷㻌㻌㻌㻌஧ྕጤဨ㻌䠓䠈䚷䚷䚷㻌㻌㻌୕ྕጤဨ㻌䠍一号委員 6,二号委員 5,三号委員 1㻔ᑓ௵㻌ᩍᤵ䞉෸ᩍᤵ䠅㻌㻌㻌㻌㻔ᆅ⌫ᝨᫍ⛉Ꮫᑓᨷ㻌ᩍᤵ䠅㻌㻌㻌㻌㻌䠄๪◊✲⛉㛗䠅ᩍ⫱࣭ᆅᇦ♫఍㈉⊩ࠉᖹᡂᖺࡢᅜ❧኱Ꮫἲே໬ࡸᖹᡂᖺ࡟᥇ᢥࡉࢀࡓ⌮Ꮫ◊✲⛉ᆅ⌫ᝨᫍ⛉Ꮫᑓᨷୡ⣖&2(ࣉࣟࢢ࣒ࣛ࡞࡝ࢆዎᶵ࡟㸪ᆅ⌫⇕Ꮫ◊✲᪋タࡢᩍ⫱㈉⊩ࡢせồᗘࡀ㧗ࡲࡾ㸪⌧ᆅᩍ⫱ࢆ୰ᚰ࡟ᤣ࠼ࡓ㔝እᐇ⩦ࣉࣟࢢ
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研究の紹介

地熱流体論研究分野

沿岸域への地下水・ガスの流出- 生態系や環境への影響解明へ向けて -霧島火山・新燃岳
沿岸域は海洋の中で限られた海域であるが単位面積当たりの一次生産量は最大規模であり，地球上で生物活動の活発な場所のひとつとされている．その背景には海底湧水 (SGD) や CO2 シープが存在すると考えられており，その探査が世界各地で活発に行われている．
当研究室では，温泉科学の観点から同様な調査研究を行っており，地球内部起源のガスを含む CO2 シープ[ 大沢・三島，2017；右図の A] や，純粋な天水起源の海底湧水 [ 右図の B] を発見した．また，赤外サーモカ
メラを搭載したドローンを使った海底湧水の探索 [ 山田ほか，2016] をかわきりに，沿岸海底に流出する温泉水や火山ガスをえい航観測的な調査によって検出する方法の構築を行っている．

水位変化と地殻活動

地下水位は気圧，潮汐，地震などによって変化する．その変化を詳しく調べると，時空間的な地殻活動に関連した水理特性を理解することができる（例えば，Bredehoeft, 1966; Roeloﬀs, 1988）．地震後の水位変化は，主に地震によってもたらされた地殻歪によって引き起こされることが知られている．そこで，別府にある本施設内にある井戸で水位観測

熊本地震
M7.3

地下水位（m：標高）を行い，地殻活動との関係を研究している．

24

20
1月
2015

4月

7月

10月

1月
2016

4月

7月

10月

掘削深度が 300m の井戸における 2014 年 12 月から 2016 年 11 月までの地下水位の連続観測データ．2016
年 4 月 16 日に発生した熊本地震発生後、地下水位が上昇している。

地域貢献・地域密着型の温泉科学
当研究分野が長年かかげてきたテーマであり，地熱開発や温泉資源保護に関する種々の取り組みへの当分野の研究成

化学成分の濃度 (mg/L)

1000

01965

広く，その貢献度は500

また，最近は，別炭酸水素イオン(HCO3-)

府温泉地域を巨大な実験室にみたてて，400
200

600

計り知れない．

800
600

果の利活用の範囲は温泉水が生物圏に与える影響に関する分

塩化物イオン (Cl-)
7585

年

95

2005152006 年２月頃

別府温泉にある沸騰泉の化学成分のモニタリング

野横断的な調査研究を進めている．

400

温泉水
河川水

SiO2(mg/L)

動力揚湯

自噴

300

2003 年
2005 年

川で 藻の河 た珪
府れ
別 さ
検出200

冷地下
熱水 水とのを示 混合
す関係

冷川100( 通常の河川 )湧水

00.00001

0.001

Li / Cl0.1

別府の河川水中のシリカ (SiO2) が温泉排水に由来することを示す地球化学的証拠

その他，地熱流体にかぎらず地球固体圏に存在する様々な流体について，岩石学や地球内部電磁気学等と連携しながら研究を進め，ユニークな研究成果を公表している [ 例えば，Komori et al, 2013; Yoshida et al., 2015 ]．

＊ 原位置地球化学観測 ＊火山噴気地帯における土壌 CO2 フラックス測定

In-site geochemical measurments

地熱地帯の活断層沿いのラドン測定

当該分野の物質科学的研究では，伝統的に，フィールドより持ち帰った試料の分析から解析に用いる化学パラメータを入手するが，近年は，地球物理観測のように，現地でデータを収集できるコンパクトな地球化学観測装置が比較的安価に手に入るようになってきている（土壌拡散 CO2 フラックスメータ，土壌ラドン (Rn) モニターなど）．

地球熱学研究施設では，このような最新の観測機器を整備し，地熱や火山の分野の研究に利用するとともに，学生の野外実習にも活用している．
また，沿岸海域や湖で使用できる可搬型
地球化学観測装置を当所技術職員の協力のもとに独自に開発中である．

West System 社製
土壌拡散 CO2 フラックスメータ

研究の紹介

Durridge 社製
ラドンモニタ RAD7

地熱テクトニクス研究分野

沈み込み帯での塩水の移動とマグマ発生
高温度高圧力条件でのマグマと水の状態を観察し、沈み込み帯での水流体の移動とマグマの発生に関する新しい仮説を提案している。海洋プレートからくる流体は堆積岩成分をたっぷりと溶かし込んだ超臨界流体で、マントルウェッジ内で安山岩マグマと水流体に分離する。水流体はマントルを部分融解させ、玄武岩マグマを生成する。スラブ由来の超臨界流体の水流体とマグマへの分離が、沈み込み帯のマグマの化学的特徴の多様性を生む。最近、その水流体は塩水だとわかり始めた。マントルの岩石や沈み込むプレートに含まれる流体包有物の観察から、沈み込流体包有物

高温高圧実験

み帯流体は海水に似た塩濃度を持つ塩水だとわかったからだ。そうだとすると、海水の循環によって温泉や火山の活動が起きることを示す。

0.2mm

0.02mm◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇鶴見火山

別府湾

巨大な天然の実験室 「別府」研究の紹介火山活動論分野

火口湖からの放熱率推定
阿蘇火山・中岳第一火口には火山活動の静穏期に火୰ᓅ➨୍ⅆཱྀ࣭ⅆཱྀ†➨୍ⅆཱྀ༡ቨࡢ㉥⇕⌧㇟

口湖が形成されている．その水温は60〜70℃に達し，このような高温の火口湖が維持されている例は世界的ⅆᒣάືࡢ㧗ࡲࡾ࡟ࡼࡾ
ᖸୖࡀࡗࡓⅆཱྀ†㸦㸧

い大きく変化するため，こうした情報は第一火口の熱活➨୍ⅆཱྀⅆཱྀ†降水量測定，自動撮影カメラによる湖水位観測，赤外カメラによる温度測定，ヘリコプターを用いた空中赤外観測などを行った[寺田ほか，2009]．
これらの観測から湖°C

➨୕ⅆཱྀ

[m]

水面からの放熱率，蒸発量の正確な見積もりが可能となり，その結果，蒸発で失われる湖水量は降雨による流➨ᅄⅆཱྀ

入量をはるかに上回り，火口湖の大部分は湖底からⅆཱྀ†࡬ࡢỈ ィᢞධࡢᵝᏊP
空中赤外観測の結果噴出する熱水で維持されている事が明らかになった．

磁化強度(emu/g)

10-1

A=black essential porous lava
B=slightly porous essential bomb
C=oxidized accessory bomb
S=very fresh scoria

AB

10-2

C3CC1W1

一般に火山岩は強い磁化を持つため，火山周辺には磁気異

10-3

10-4

10-5

0

100

200

300

400

温度（°C)

5006001989年11月に噴出した火山岩の磁化-温度特性

2006〜2009の火口湖表面からの放熱率（上段）及び火口湖水位（下段）[寺田ほか、2009]

地磁気変化を用いた
火口直下の温度モニタリング

N4

S

火口湖水位

[MW]

動を表現する重要な観測量である．我々は火口周辺の湖水面からの放熱率に見ても稀である．火口湖の水温，水量は火山活動に伴常が形成されている．
また岩石磁化は温度依存性を持ち，温S0➨୍ⅆཱྀ࿘㎶ࡢ඲☢ຊ㐃⥆ほ Ⅼศᕸ

度が高くなると磁化が弱まる性質を持つ事から，地下で温度変化が生じた場合，周辺の岩石の磁化強度が変化し磁気異常分布に変化が生じる．
こうした事から，火口周辺で地磁気を観測しその時間変化を捉える事で，地下の温度状態の推移を推

火口北側（C3）の磁場変化定する事が出来る．当施設では火口周辺にプロトン磁力計を10nT用いた観測点アレイを展開し地磁気全磁力の連続観測を行っている．
この観測の結果，火口周辺の全磁力値は，中岳の火山活動に応じた時間変化をしている事が明らかになった．そ火口南側（W1）の磁場変化の解析から，磁場変化源が第一火口やや西寄りの地下200〜300mに求まり，この位置に温度変化域の重心が位置する事火口北側(C3)と南側(W1)の磁場変化．北側での磁場増加・南側での磁場減少は地下の温度が上昇した事を示す．

が明らかになった．

長周期微動から推察される阿蘇火山の内部構造
AVL1（火山研）に対する坊中線の変動(1963〜）

ばれる特徴的な微動が常時発生しており，そのメカニズムを解明するため，当施設では1997年に広帯域地震計を用いた高密度観測ネットワークを構築した．この観測網で得られたデータから，

Amplitude (arbitrary units)

阿蘇火山では長周期微動（LPTs, Long-Period Tremors）と呼15⛊ 7.5⛊Ỉ‽㊰⥺ 地殻変動観測(水準測量)の結果

2002年11月

2003年7月

2004年4月

0.01

LPTsの振動源は地下の亀裂である事が明らかになった．
この亀0.11Frequency (Hz)

裂は火口列のやや西寄り，深さ1.5kmから僅かに傾いて深部に達Craters(Fumaroles)

1kmすると推察されている．当施設で継続されてきた地殻変動，地震0km

観測の結果，草千里ヶ浜火口の直下数kmにマグマだまりがある

Crack-like conduit
Cylindrical deformation
2Hz short-period tremor-1kmと推察されており，長周期微動はこのマグマだまりから放出される

-2km
-3km

火山性流体がこの亀裂を通り地表に達する際の共鳴現象によりSeismic reflectors& Rflector void

Fluid motion due tocrack resonance
Crack resonance-- Long-period tremor-4km

発生すると考えられている[Yamamoto et al., 1999]．さらに最近の研究から，
この長周期微動の振動周期は火山性流体の温度や成分の変化に伴って変化している事が明らかになった．

10

長周期微動のスペクトル．観測時期により卓越周波数が変化している．

阿蘇火山における水準測量(2012年9月)

Magma chamber(Low velocity zone)㛗࿘ᮇᚤືⓎ⏕ࣔࢹࣝYamamoto et al.(2000)><DPDPRWRHWDO@研究の紹介

火山構造論分野

中岳火口直下の電気比抵抗分布

(km)
1.6

ほ3

火山ガスの溶存成分を含む熱水は低い電気抵抗をlog(Ωm)

1.0持つ事が知られており，比抵抗構造から地下熱水系のMT 1999
AMT2004
AMT2005

Ⅼศᕸ

2

存在域・規模に関する情報が得られる．我々は中岳火0.0

口周辺で高密度な電磁（MT，AMT）探査を実施し，火口-0.6

1ẚ᢬ᢠ᩿㠃LineA

浅部の詳細な比抵抗分布を得た[Kanda et al., 2008]．

03

その結果，第一火口の西寄り，深さ数百mに極めて低い

LineC

log(Ωm)

1.0

LineB

LineA

2

比抵抗（1〜数Ωm）を示す領域が局在する事が明らか
析から示唆される地下の亀裂の上端部にあたることか

10.0

LineB

-0.6

ら，火口直下の熱水変質層がキャップロックとなってマ້ӝฯ‫٭‬ឋ‫ޖ‬0൦

1.02

グマだまりから供給される火山性流体の一部がこの領域に停留し，熱溜まりを形成しているというモデルが0.0

提案されている．

-0.6

1-1.0ᩗ
เ؏࠘൦‫ޖ‬࠘൦‫ޖ‬൦Kanda et al.(2008)

LineC

൦༏ใǓ

3log(Ωm)になった．
この低比抵抗域の位置は，長周期微動の解൦᭗ภƷ້‫˳්ࣱޛ‬01.0(km)0.0

阿蘇カルデラの地殻深部構造
130.9

131.0

131.1

33.0

131.2

130.9

131.0

131.1

P波が地震波伝播速度の異なる媒質の境界を通過すると

131.2

そこでS波が発生する．
レシーバ関数を用いると，遠地地震波

TNO

形からそのようなS波を検出することができ，境界の位置およASVH
MAKKUR KBM KGA

32.9

びS波速度のコントラストを推定することができる．マグマやIZM

AVL

水などの流体を含む領域は周囲より地震波の伝播速度が遅NMT

km00NP

10のため，その境界面の深さ・位置を推定することで，流体の含深さ10km
まれる領域を特定することができる．我々は阿蘇カルデラに

Depth(km)033.0

32.9

32.8NPkm

32.7

km

観測点配置

100

10

深さ18km

おいて稠密な地震観測を行ない，得られた遠地地震波形からレシーバ関数を作成し，遺伝的アルゴリズムインバージョ

10ンを用いて地殻のS波速度構造を推定した．その結果S波速

20度が2.4km/s程度の低速度層がカルデラ西部・北東部の深さ

30

4.0

40

3.0

北緯32.9度50

2.0

S波速度 (km/s)

32.7

く，その領域の境界に地震波速度のコントラストが生じる．そHKSH

32.8

1.0

15-20kmの領域，および中央火口丘東部の深さ8-15kmの領域に存在することがわかった．
この低速度層は最大で15%のマグマか30%の水を含むと考えられ，珪長質マグマを生成する部分溶融領域に対応する可能性がある．

地球熱学施設所有の観測点
地球熱学施設では，阿蘇火山・㤿ࣀ⫼ほ ᐊ ᐊ㤿ࣀ⫼ほ別府湾
鶴見岳 地球熱学研究施設

阿蘇カルデラのほかにも，九重火ᴍᑿᓅ

由布岳

山や別府市周辺の火山など九州

㜿⸽ᒣの火山周辺に観測点を設置し，火୰ᓅ➨୍ⅆཱྀ

山の地下構造推定や噴火メカニズ

୰ᓅ
九重山

ム解明を目的とした観測・研究を行っている．
このほかにも，他の研阿蘇山究機関との共同研究やデータ共有などを通して，国内外の火山にお火山研究センター

いても観測・研究活動を実施・展開している．

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1km

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京都大学大学院理学研究科
附属地球熱学研究施設
本部
ࠛ874-0903
大分県別府市野口原３０８８
tel : 0977-22-0713
fax: 0977-22-0965
URL: http://www.vgs.kyoto-u.ac.jp/登録有形文化財(建造物)1997ᆅ⌫≀⌮Ꮫ◊✲ᡤ㸦ูᗓ㸧ࡢ㛤ᡤᘧ㸦኱ṇᖺ᭶᪥㸧㠃✚P

京都大学大学院理学研究科
附属地球熱学研究施設
火山研究センター
ࠛ869-1404

熊本県阿蘇郡南阿蘇村河陽５２８０
tel : 0967-67-0022
fax: 0967-67-2153
URL: http://www.aso.vgs.kyoto-u.ac.jp/
登録有形文化財(建造物)2012㠃✚P

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京都大学大学院理学研究科
附属地球熱学研究施設
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ࠛ606-8502
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ちねつちゃん

N
050km

ユーラシ
アプレー
ト

火山前線(第京都分室四紀)

本部（別府）★ 6050

40

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★

線

30

火山◊究センター
（阿蘇）

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2010km

南海トラフ（50mm/yr）フィリピ
ン海プレート

編集担当：大沢信二