次世代火山研究・人材育成
総合フォーラム/2017/02/15

課題C：火山噴火の予測技術の開発
課題C－１：火山噴出物分析による噴火事象分岐予測手法の開発
課題C－２：噴火履歴調査による中長期予測と噴火推移調査に基づく噴火事象系統樹の作成
課題C－３：シミュレーションによる噴火ハザード予測
手法の開発

説明者・事業責任者

中川光弘（北海道大学理学研究院・総合博物館）

次世代火山研究・人材育成
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次世代火山研究推進事業

課題C：火山噴火の予測技術の開発

事業・課題の概要
本課題では、火山噴火を予測するための基礎的な情報として、主要な活火山についての中長期噴火予測研究を実施し、事象分岐判断基準が伴った噴火事象系統樹を掲示する。さらに、最近の噴火事例のある代表10火山について事象分岐の条件を明らかにする。最終的に、これらの情報を別途構築した噴火モデルで評価することで、噴火発生確率や事象分岐の支配要因を明らかにする。以上の成果を他課題と融合することで、噴火予測の高度化を目指す。

成果目標及び実施方法

事業・課題の実施体制

課題C：火山噴火の予測技術の開発
課題Cのキーワード：噴火事象系統樹

・国内の10～20の主要な活火山について、地質学的・物質科学的解析を行い、過去数万年間の時間－噴出量階段図を作成し、中長期予測を実施する。さらに活動履歴をもとにした噴火事象系統樹を完備する。
・特に10火山の最近の噴火事象について、物質科学的解析と観測データを融合して、噴火事象分岐予測の鍵となる要素を抽出する。
・これら研究から得られた要素をもとに、マグマ移動シミュレーションおよび噴火ハザードシミュレーションを開発し、事象系統樹の分岐判断基準を決定し、火山噴火確率の算定に寄与する。
アウトプット・アウトカム

・中長期噴火予測・噴火事象系統樹の研究成果は、火山防災、避難計画策定、長期のインフラ整備計画、住民教育などを行うための基盤情報として幅広く活用される。
・火山研究教育コンソーシアムと連携し受け入れた大学院生は、若手火山研究者として育成され、将来的には火山基礎研究および火山防災の次世代指導者となることが期待される。

C-1共同実施機関
噴火事象分岐予測手法の開発

東京大学地震研究所
ほか6参加機関 ・1協力機関

課題C責任機関
C-2実施責任機関
中長期噴火予測と噴火事象系統樹の作成

北海道大ほか7参加機関・4協力機関学
データ成果の一元化
課題A:各種観測データの一元化

C-3共同実施機関

噴火ハザード予測手法の開発

防災科学技術研究所
ほか2参加機関 ・３協力機関

データ連携・観測情報の共有

課題Ｂ：先端的な火山観測技術の開発
課題D：火山災害対策技術の開発

浅間前掛火山の噴火事象系統図ver1
高橋・安井・武尾・中川（2017)
極小規模

終息

60％
33％

2015, 2009,
1983年

82％
終息

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前兆・火山体浅部へのマグマ貫入を示す
地殻変動と火山性地震活動の活発化
・火道内の圧力・体積増加を示す地殻変動と浅部の火山性地震の活発化
・火山性微動もしくはＮ型地震の活発化
・噴煙量の増大・ＳＯ２放出量の増大
・火山ガス濃度の増加

噴火開始
前兆

中規模噴火
小規模噴火未遂67％

40％
2004, 1973年
ブルカノ式噴火

断続的に終息

活動継続

14％
大正・昭和

50％
終息

A’噴火

プリニー式

噴火

4％
山体崩壊の1年当たりの発生確率は10万分の1

大規模噴火（プリニー式噴火の継続）

50％

クライマック
ス噴火

天明・天仁噴火

事象分岐：支配する要因と発生確率確率の計算方法等は説明書参照

緑字： 噴火事例

終息

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課題Cの全体像：３つのサブ課題の連携で予測技術の開発へ
課題C: 火山噴火の予測技術の開発
噴火予測・噴火ハザード予測
手法の開発

C-3

噴火確率算定への寄与
課題A
一元化DB

シミュレーションによる噴火事象系統樹の高度化

マグマ過程の再現実験
物性モデル構築

火山監視・火山防災
噴火対応

データ・成果の一元化

課題D-3
情報ツール

事象のモデル化⇒パラメータ解析

matomeC-1

データ連携

噴火事象分岐の判断基準の確立

最近の噴火事象
物質科学的解析

噴火事象分岐条件の解明
観測情報の共有

噴火事象系統樹の作成

C-2

最重点5火山・重点火山
地質学的・物質科学的
地球化学的解析

課題D-1
リアルタイム無人機観測
課題B
観測データ

中長期噴火予測

長期噴火履歴・噴火推移の解明
マグマ変遷の解明

課題D-2
リアルタイム降灰

大学院生
受入れ

火山研究
人材育成
コンソーシアム課題C-2：噴火履歴・推移の解明

トレンチ掘削

地質調査

火口近傍

遠隔地

ボーリング掘削

微小領域観察・組成分析

高速・多成分化学分析

マグマ変遷解析センター（北海道大学）

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研究手法・内容
噴火履歴・推移とマグマ変遷の（高精度・定量的）解明
・できるだけ長期間・高精度の時間－積算噴出物量図（階段図）を作成
・噴火履歴に加え、個々の噴火の様式とその時間推移も明らかにする
・長期のマグマ変遷からマグマ系の現況を知る

中長期噴火予測
噴火事象系統樹の作成

十勝岳、完新世の時間－積算噴出量図（Ishizukaet al., 2010)階段図）

北海道駒ヶ岳歴史時代噴火活動（AD1640～）のマグマ溜まりの構造と時間変化（Takahashi & Nakagawa, 2015)

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課題C-1：噴火事象分岐条件の解明：どうやるか
噴火推移予測火山噴出物解析
噴火の発生後に得られる

噴火発生予測物理観測

１．物理観測と火山噴出物中の記録を対比

２．過去噴出物でその記録を集め， マグマ上昇速度
噴火事象との関係性を明らかにするマグマの混合３．現在起きている物理観測事象を，過去の噴出物記録から読み解き，予測を行う
8

震源移動
ガス組成変化

震源移動
微動継続時間次世代火山研究・人材育成
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噴火事象分岐条件の解明：深部マグマの動き

例

物理観測

噴出物解析

微動開始時刻⇄マグマ注入時刻
微動継続時間⇄マグマ注入量（マグマ混合量）

組成変化を解析

噴火事象分岐の判断基準の確立+

f＝f（マグマ混合量，マグマ溜りの状態，注入後の時間）

f と噴火開始時間，f と噴火の規模，の関係を過去の噴出物解析から得る

マグマの注入・混合

震源移動
微動継続時間

微動継続時間+微動開始時刻+マグマ溜りの状態
9

噴火
予測

過去の噴火について多量の分析が必要⇒データ解析の迅速化・標準化

課題C-3

概要：数値シミュレーション

１）地下におけるマグマ移動シミュレーション－地下の現象：噴火予知・推移予測 －岩脈貫入

火道流モデル地殻変動
10

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２）噴火ハザードシミュレーションの開発・高度化－表面現象：災害予測・評価－

降灰

噴煙・火砕流溶岩流

噴石

要素技術の高度化・体系化
分岐判断のための基準作成（例：レジームマップ）

マグマ移動評価システム

概念

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火道流シミュレーショ
ン

噴火様式分岐判断

B, C-1, C-2, D-1, D-2
入力パラメータ群
理論モデルパラメータ（例）DEM・地震波速度構造

減圧発泡（膨張）・脱ガ
スシミュレーション

実験データ（例）粘性・上昇速度・マグマ深度

岩脈貫入モデルA

噴火／噴火未遂判断

観測・処理（1次）データ（例）地殻変動・地震・空震理論モデルパラメータ(例）気泡密度・気泡分布
応力場・マグマシステム形状
マグマ内圧力・ボイド率

マグマ上昇・地殻変動
モデル

結晶化カイネティクス
モデル

噴火ポテンシャル
中長期評価※（観測）・（実験）・（理論／シミュレーション）それぞれのパラメータの関係の整理
入力パラメータの共有化、パラメータ感度解析
一元化システムへの提供・統合
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シミュレーションによる演繹的（決定論的）手法による確率計算スキーム
観測・理論・実験で得られるパラメータと数値モデルでのパラメータの比較・体系化

各事象の数値シミュレーショ
ンコード開発・高度化

事象のモデル化

短期
中期
短期
中期

シミュレーション
コード開発

物性モデル
構築
課題C-1
分析データ

帰納的（統計的）手法
による確率計算

課題C-2
コアデータ

課題A:
一元化DB

長期

データ・成果一元化

短期

各パラメータの支配度把握

パラメータ感度解析

結晶化kineticsモデル
レオロジーモデル

課題B
観測データ

※噴火確率の検討：
短期
火山研究運営委員会の元にワーキンググループを設置して議論
課題D-1
もっともらしいパラメータ
事象発生条件のリアルタイムの範囲（確率分布で設定）
無人機観測
定量的評価による事象発生条件の抽出
課題D-2
多数のシミュレーション実施で統計的に確率を計算

リアルタイム降灰

事象分岐確率提示
課題D-3
リスクコミ・対策

情報ツール
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課題C課題責任機関
課題C-2課題責任機関
北海道大学理学研究院
C-1課題
共同実施機関東京大学地震研究所

事業責任者：中川光弘

分担責任者：安田 敦
火山噴出物分析による噴火事象分岐予測手法の開発

参加機関

C-3課題
共同実施機関防災科学技術研究所
分担責任者：藤田英輔

噴火履歴調査による中長期予測と噴火推移調査に基づ
く噴火事象系統樹の作成

シミュレーションによる噴
火ハザード予測手法の開発

13機関・41名の研究者が参画

早稲田大・常葉大静岡大・熊本大
東北大
産業技術総合研究所

秋田大・山形大茨城大・東大地震研
日本大・熊本大
産業技術総合研究所

東大地震研
東北大地物

協力機関
富士山科学研

筑波大・富山大
山口大・防災科研

富士山科学研
気象庁気象研東北大地学・静岡大次世代火山研究・人材育成
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事業終了時の成果目標
主要な活火山で中長期噴火予測と、事象分岐判断基準が伴った噴火事象系統樹が整備されること、また代表的噴火事例の事象分岐の条件が明らかにされ、それらの情報をモデル化およびシミュレーションで評価し、最終的には噴火発生確率の計算のための材料・情報を提供することが目標である。
このために3つのサブテーマの研究が、並行してかつ連動しながら実施される。それぞれの課題の目標は以下のとおりである。
（１）国内の20以上の主要な活動的火山について過去数万年間あるいはそれ以上の時間－噴出量階段図が作成され、中長期噴火予測が実施・公表され、さらに活動履歴をもとにした噴火事象系統樹も完備される。（課題C-2）（２）特に10程度の火山の最近の噴火事象について、物質科学的解析と観測データを融合して、噴火事象分岐予測の際に鍵となる要素を抽出する。（課題C-1）（３）上記の研究から得られた要素をもとに、マグマ移動シミュレーション、および火山災害軽減のための噴火ハザードシミュレーションの開発・高度化を実施され、事象系統樹の分岐に定量的パラメータを与え、火山噴火確率の算定に寄与できる。

（課題C-3）

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大正

対象火山：最重点火山と重点火山

H28～31年度

中長期噴火予測
噴火事象系統樹

各活火山の火山防災協議会に提供

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研究成果の発信普及講演では、地元住民、中高校生そして火山防災協議会の構成員を対象として研究成果の発信と、火山防災活動に資することを目的とする。

火山研究人材育成コンソーシアム構築事業との連携
このC-2課題で行う対象火山での研究は、「コンソーシアム事業」の大学院生が自身の研究課題となる場合が想定され、大学院生が重要な役割を果たす。またC-2課題ではそれぞれの分担機関が、大学院生を受けいれ地質調査の訓練を行うことも想定している。また物質科学的解析においても、「マグマ変遷解析センター」で大学院生を受け入れて分析操作の訓練をすることも想定している。その意味で「人材育成事業」においての、地質・物質分野の教育・訓練の大きな部分を、本課題が担うことになる。

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データ解析の迅速化，標準化
噴火事象分岐の判断基準の確立
分析データ
作図

熱力学解析

画像処理

拡散解析

C-3で見つけた高感度パラメタを解析に追加

定型処理に要する時間を劇的に短縮

一ヶ月 → 一晩

温度計，圧力計，酸素雰囲気計，水量計，相平衡図

噴出物の特徴,他の噴火との比較

物理量（温度，圧力，含水量， etc.）

データ解析の品質を高いレベルにそろえる

上
昇速度
数密度

速度情報

マグマシステムの描像
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基礎研究

噴火予測

時間情報

既存のプログラム等を厳選して利用（熱力学計，ImageJ,MELTS, etc.）
入出力インターフェイスを整備して解析を自動化

課題C-2次世代火山研究・人材育成
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