2/166 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究

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1 SHINMOEDAKE

2 2/166 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究

3 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 3/166 目 次 Ⅰ. 調 査 研 究 概 要 1. 調 査 研 究 の 趣 旨 1 2. 調 査 研 究 の 概 要 1 3. 調 査 研 究 の 全 体 像 3 4. 調 査 研 究 の 体 制 4 Ⅱ. 調 査 研 究 成 果 1. 調 査 研 究 成 果 の 総 括 6 2. 調 査 研 究 の 本 文 9 (1) 噴 火 推 移 把 握 のための 観 測 研 究 (1-1) 無 人 ヘリによる 火 口 周 辺 の 地 震 GPS 観 測 9 (1-2) 無 人 ヘリカメラによる 噴 火 状 態 の 確 認 20 (1-3) 無 人 ヘリによる 火 口 周 辺 の 航 空 磁 気 測 量 25 (1-4) 広 帯 域 地 震 計 による 観 測 29 (1-5) 空 振 計 による 観 測 43 (1-6) 衛 星 搭 載 SAR による 火 口 変 化 の 抽 出 50 (1-7) 火 山 性 地 震 の 即 時 的 な 震 源 決 定 58 (2) 噴 火 現 象 の 観 測 と 火 山 灰 等 の 拡 散 予 測 研 究 (2-1) ゾンデ 観 測 65 (2-2) 噴 出 状 況 の 高 解 像 観 測 79 (2-3) 噴 煙 の 詳 細 観 測 92 (2-4) 無 人 航 空 機 による 火 山 ガス 直 接 観 測 96 (2-5) 火 山 ガス 連 続 観 測 100 (2-6) リアルタイム 降 灰 状 況 把 握 104 (2-7) 気 象 レーダーを 用 いた 観 測 108 (2-8) 噴 煙 柱 形 成 の 数 値 シミュレーション 126 (2-9) 山 灰 輸 送 の 数 値 シミュレーション 調 査 研 究 成 果 の 発 表 状 況 133

4 4/166 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 Ⅰ. 調 査 研 究 概 要 プログラム 名 : 重 要 政 策 課 題 への 機 動 的 対 応 の 推 進 課 題 名 : 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 中 核 機 関 名 : 独 立 行 政 法 人 防 災 科 学 技 術 研 究 所 研 究 代 表 名 ( 役 職 ): 鵜 川 元 雄 ( 総 括 主 任 研 究 員 ) 調 査 研 究 実 施 期 間 : 平 成 22 年 度 ( 一 部 平 成 23 年 度 繰 り 越 し) 1. 調 査 研 究 の 趣 旨 平 成 23 年 1 月 26 日 に 本 格 的 なマグマ 噴 火 が 始 まった 鹿 児 島 宮 崎 県 境 の 霧 島 山 新 燃 岳 では 多 量 の 火 山 灰 の 放 出 による 航 空 機 の 欠 航 や 農 作 物 の 降 灰 による 被 害 さらには 爆 発 的 噴 火 に 伴 う 強 い 空 振 に よる 建 物 被 害 が 発 生 した 霧 島 山 新 燃 岳 では 今 後 も 当 分 の 間 爆 発 的 な 噴 火 を 繰 り 返 すと 考 えられ 噴 火 規 模 の 増 大 や 連 続 的 な 火 山 灰 の 放 出 のような 噴 火 活 動 の 活 発 化 も 懸 念 された 火 山 の 噴 火 活 動 は 平 成 2 年 の 雲 仙 普 賢 岳 平 成 12 年 の 三 宅 島 等 長 期 化 を 呈 する 場 合 が 多 く このような 状 況 においては 火 口 近 傍 を 含 む 火 山 体 や 噴 煙 の 観 測 を 行 い これをもとに 噴 火 活 動 の 状 況 実 態 の 把 握 や 推 移 の 予 測 あるいは 降 灰 などの 災 害 要 因 の 予 測 が 火 山 防 災 及 び 復 旧 活 動 等 において 最 も 重 要 であり 緊 急 の 課 題 である このため 本 調 査 研 究 は マグマ 噴 火 が 発 生 し 降 灰 による 被 害 と 今 後 の 噴 火 の 推 移 が 懸 念 される 霧 島 山 新 燃 岳 において 霧 島 山 新 燃 岳 の 噴 火 に 対 する 防 災 対 策 に 貢 献 するとともに 全 国 の 火 山 噴 火 におけ る 推 移 予 測 研 究 にも 貢 献 するため 火 口 周 辺 部 の 観 測 強 化 などによる 噴 火 推 移 把 握 のための 観 測 研 究 とレーダー 等 による 噴 火 現 象 の 観 測 及 びシミュレーションによる 火 山 灰 等 の 拡 散 予 測 研 究 を 実 施 するも のである なお 本 調 査 研 究 は 当 初 平 成 23 年 3 月 31 日 に 完 了 する 予 定 であったが 3 月 11 日 に 発 生 した 平 成 23 年 (2011 年 ) 東 北 地 方 太 平 洋 沖 地 震 の 影 響 を 受 け 一 部 の 観 測 研 究 が 期 間 内 に 実 施 できなくなった ため 平 成 23 年 6 月 30 日 まで 実 施 期 間 を 延 長 することになった 2. 調 査 研 究 の 概 要 本 調 査 研 究 は 1 噴 火 推 移 把 握 のための 観 測 研 究 と2 噴 火 現 象 の 観 測 及 び 火 山 灰 等 の 拡 散 予 測 研 究 により 構 成 されている 1 噴 火 推 移 把 握 のための 観 測 研 究 本 課 題 では 合 成 開 口 レーダーを 用 いた 火 口 状 況 把 握 及 び 地 震 波 による 火 山 性 地 震 の 発 生 状 況 把 握 のための 調 査 研 究 及 び 無 人 機 等 による 火 口 近 傍 観 測 及 び 噴 火 推 移 把 握 のための 地 震 空 振 観 測 を 実 施 する このため 防 災 科 学 技 術 研 究 所 は だいち やドイツの TerraSAR-X などの 衛 星 による 合 成 開 口 レー ダー 画 像 から 火 口 周 辺 部 を 中 心 にした 火 山 体 の 形 状 の 変 化 をモニタリングし 噴 火 の 推 移 を 推 定 すると ともに 火 山 体 即 時 震 源 決 定 データサーバーを 利 用 して 新 燃 岳 山 体 で 発 生 している 火 山 性 地 震 の 地 1

5 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 5/166 震 波 の 振 幅 特 性 を 用 いた 即 時 的 震 源 推 定 手 法 により 発 生 状 況 を 把 握 する また 東 京 大 学 地 震 研 究 所 は 地 震 観 測 装 置 及 び GPS 観 測 装 置 を 無 人 ヘリコプターに 搭 載 し 人 が 立 ち 入 ることのできない 火 口 近 傍 に 設 置 するとともに 空 中 から 火 口 近 傍 状 況 を 把 握 する また 周 辺 に 広 帯 域 地 震 計 高 性 能 微 気 圧 計 及 び 低 消 費 電 力 型 地 震 計 測 ユニットを 設 置 し 火 山 体 浅 部 を 中 心 にした マグマの 移 動 のモニタリングを 実 施 する これらにより 火 山 体 浅 部 の 活 動 に 関 連 して 噴 火 推 移 把 握 のた めの 噴 煙 と 地 震 動 空 振 動 の 相 互 関 係 を 明 らかにする 2 噴 火 現 象 の 観 測 及 び 火 山 灰 等 の 拡 散 予 測 研 究 本 課 題 では 霧 島 山 新 燃 岳 周 辺 でのゾンデ 観 測 や 噴 煙 の 噴 出 状 況 の 高 解 像 観 測 気 象 レーダーを 用 いた 噴 煙 観 測 無 人 機 による 火 山 ガスの 直 接 観 測 や 定 点 連 続 観 測 リアルタイム 降 灰 観 測 を 実 施 する とともに 火 山 灰 の 拡 散 予 測 高 度 化 のため 数 値 シミュレーションによる 研 究 を 実 施 する このため 防 災 科 学 技 術 研 究 所 は ゾンデを 用 いた 噴 煙 周 辺 部 の 直 接 観 測 により 噴 煙 発 達 の 場 に 関 する 条 件 を 取 得 するとともに 噴 煙 高 精 度 画 像 収 録 システムを 用 い 火 口 部 ビデオ 撮 影 解 析 を 実 施 し 火 口 直 上 での 噴 出 物 の 移 動 を 把 握 し 噴 煙 の 発 達 速 度 を 推 定 する さらに 噴 煙 の 正 確 な 把 握 のために 気 象 レーダーのデータ 解 析 を 行 う 気 象 研 究 所 は 映 像 や 降 灰 調 査 による 噴 煙 の 詳 細 観 測 気 象 レーダーにより 観 測 されたエコーデータ の 分 析 による 噴 煙 高 度 観 測 火 山 灰 の 拡 散 降 灰 の 数 値 シミュレーションの 高 度 化 のため 予 測 精 度 を 上 げるためのシミュレーション 手 法 の 改 善 のための 研 究 を 実 施 する 産 業 技 術 総 合 研 究 所 は CO2/H2O アナライザー 及 び 高 速 水 素 モニターを 用 いて 無 人 飛 行 機 によ る 火 山 ガス 組 成 把 握 を 行 うとともに ヘリコプターにより 自 立 型 噴 煙 連 続 観 測 システムを 地 表 設 置 し 噴 煙 組 成 の 変 動 を 検 出 する また 降 灰 状 況 を 迅 速 正 確 に 把 握 するためリアルタイム 火 山 灰 観 測 装 置 を 設 置 し 降 灰 状 況 の 変 動 を 検 出 する 東 京 大 学 地 震 研 究 所 は 霧 島 山 新 燃 岳 で 見 られた 準 プリニー 式 ブルカノ 式 噴 火 に 関 し 噴 煙 柱 形 成 過 程 シミュレーション 用 サーバを 用 いて 数 値 シミュレーションを 実 施 し 噴 煙 高 度 と 噴 火 強 度 の 関 係 を 明 らか にする なお 本 調 査 研 究 のうち 東 京 大 学 地 震 研 究 所 による 噴 火 推 移 把 握 のための 研 究 と 産 業 技 術 総 合 研 究 所 による 噴 火 現 象 の 観 測 及 び 火 山 灰 等 の 拡 散 予 測 研 究 は 3 月 11 日 に 発 生 した 平 成 23 年 (2011 年 ) 東 北 地 方 太 平 洋 沖 地 震 の 影 響 を 受 け 観 測 調 査 研 究 が 期 間 内 に 実 施 できなくなったため 平 成 23 年 6 月 30 日 まで 実 施 期 間 を 延 長 することになった 2

6 6/166 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 3. 調 査 研 究 の 全 体 像 3

7 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 7/ 調 査 研 究 の 体 制 実 施 体 制 一 覧 研 究 項 目 担 当 機 関 等 研 究 担 当 者 1. 噴 火 推 移 把 握 のための 観 測 研 究 1. (1) 無 人 ヘリによる 火 口 周 辺 の 地 震 GPS 観 測 1. (2) 無 人 ヘリカメラによる 噴 火 状 態 の 確 認 1. (3) 無 人 ヘリによる 火 口 周 辺 の 航 空 磁 気 測 量 1. (4) 広 帯 域 地 震 計 による 観 測 1. (5) 空 振 計 による 観 測 1. (6) 衛 星 搭 載 SAR による 火 口 変 化 の 抽 出 1. (7) 火 山 性 地 震 の 即 時 的 な 震 源 決 定 東 京 大 学 地 震 研 究 所 東 京 大 学 地 震 研 究 所 東 京 大 学 地 震 研 究 所 東 京 大 学 地 震 研 究 所 東 京 大 学 地 震 研 究 所 防 災 科 学 技 術 研 究 所 防 災 科 学 技 術 研 究 所 大 湊 隆 雄 ( 准 教 授 ) 金 子 隆 之 ( 助 教 ) 青 木 陽 介 ( 助 教 ) 金 子 隆 之 ( 助 教 ) 大 湊 隆 雄 ( 准 教 授 ) 小 山 崇 夫 ( 助 教 ) 武 尾 実 ( 教 授 ) 及 川 純 ( 助 教 ) 市 原 美 恵 ( 助 教 ) 武 尾 実 ( 教 授 ) 小 澤 拓 ( 主 任 研 究 員 ) 熊 谷 博 之 ( 主 任 研 究 員 ) 研 究 項 目 担 当 機 関 等 研 究 担 当 者 2. 噴 火 現 象 の 観 測 と 火 山 灰 等 の 拡 散 予 測 研 究 2. (1) ゾンデ 観 測 2. (2) 噴 出 状 況 の 高 解 像 観 測 2. (3) 噴 煙 の 詳 細 観 測 2. (4) 無 人 航 空 機 による 火 山 ガス 直 接 観 測 2. (5) 火 山 ガス 連 続 観 測 防 災 科 学 技 術 研 究 所 防 災 科 学 技 術 研 究 所 気 象 庁 気 象 研 究 所 産 業 技 術 総 合 研 究 所 産 業 技 術 総 合 研 究 所 鵜 川 元 雄 ( 総 括 主 任 研 究 員 ) 棚 田 俊 收 (フ ロシ ェクトテ ィレクター) 長 井 雅 史 ( 研 究 員 ) 小 園 誠 史 ( 研 究 員 ) 藤 田 英 輔 ( 主 任 研 究 員 ) 實 渕 哲 也 ( 主 任 研 究 員 ) 福 井 敬 一 ( 主 任 研 究 官 ) 鬼 澤 真 也 ( 研 究 官 ) 安 藤 忍 ( 主 任 研 究 官 ) 篠 原 宏 志 ( 研 究 グループ 長 ) 宮 城 磯 治 ( 主 任 研 究 員 ) 田 中 明 子 ( 主 任 研 究 員 ) 篠 原 宏 志 ( 研 究 グループ 長 ) 次 ページに 続 く 4

8 8/166 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 2. (6) リアルタイム 降 灰 状 況 把 握 2. (7) 気 象 レーダーを 用 いた 観 測 2. (8) 噴 煙 柱 形 成 の 数 値 シミュレーション 2. (9) 火 山 灰 輸 送 の 数 値 シミュレーション 産 業 技 術 総 合 研 究 所 防 災 科 学 技 術 研 究 所 気 象 庁 気 象 研 究 所 東 京 大 学 地 震 研 究 所 気 象 庁 気 象 研 究 所 古 川 竜 太 ( 研 究 員 ) 中 野 俊 ( 研 究 グループ 長 ) 及 川 輝 樹 ( 研 究 員 ) 下 司 信 夫 ( 研 究 員 ) 星 住 英 夫 ( 主 任 研 究 員 ) 川 辺 禎 久 ( 主 任 研 究 員 ) 真 木 雅 之 ( 観 測 予 測 研 究 領 域 長 ) 新 堀 敏 基 ( 主 任 研 究 官 ) 福 井 敬 一 ( 主 任 研 究 官 ) 小 屋 口 剛 博 ( 教 授 ) 鈴 木 雄 治 郎 ( 助 教 ) 橋 本 明 弘 ( 主 任 研 究 官 ) 新 堀 敏 基 ( 主 任 研 究 官 ) 福 井 敬 一 ( 主 任 研 究 官 ) 代 表 者 サブテーマ 責 任 者 5

9 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 9/166 Ⅱ. 調 査 研 究 成 果 1. 調 査 研 究 成 果 の 総 括 1 噴 火 推 移 把 握 のための 観 測 研 究 霧 島 山 新 燃 岳 の 火 口 周 辺 部 は 噴 火 推 移 を 把 握 する 上 で 重 要 であるにもかかわらず 噴 火 により 一 部 の 観 測 点 が 被 災 し さらに 噴 火 による 危 険 のため 人 が 立 ち 入 ることができず 観 測 点 の 復 旧 ができない 状 況 が 続 き 観 測 能 力 が 低 下 していた 本 調 査 研 究 で 実 施 した 無 人 ヘリによる 火 口 周 辺 の 地 震 GPS 観 測 により 新 燃 岳 の 火 口 周 辺 に4 台 の 地 震 計 と3 台 のGPS 受 信 機 を 設 置 し 地 震 計 からは 噴 火 で 失 われた 定 常 観 測 点 を 補 う 地 震 データが 得 られ 震 源 決 定 精 度 が 向 上 することが 確 かめられ また 設 置 したGPS 受 信 機 の 解 析 誤 差 は1~2cm 程 度 であることがわかり 火 口 周 辺 部 で 精 度 の 高 い 地 殻 変 動 のモニタリングを 行 うことができることを 示 した 無 人 ヘリによるカメラの 映 像 や 航 空 磁 気 測 量 からは 火 口 周 縁 部 の 火 砕 物 の 堆 積 状 況 や 火 砕 流 の 分 布 火 口 の 北 北 西 側 に 高 温 を 示 唆 する 弱 磁 化 領 域 があることなどがわかった また 深 部 にマグマ 溜 まりがあると 推 定 されている 霧 島 山 西 部 を 中 心 に 整 備 した 広 帯 域 地 震 計 により この 領 域 の 震 源 決 定 精 度 が 向 上 するとともに 火 口 近 傍 で 発 生 した 火 山 性 微 動 に 火 道 内 での 流 体 の 移 動 を 示 唆 する 信 号 を 見 出 すなど マグマ 活 動 に 関 連 する 地 震 観 測 能 力 が 向 上 した さらに 地 震 観 測 データはリアルタイムで 気 象 庁 に 送 られ 霧 島 山 の 火 山 活 動 監 視 に 役 立 てられている 火 山 体 に 設 置 した 空 振 計 により 地 震 計 のデー タと 併 せて 火 山 活 動 をモニタリングする 新 手 法 を 開 発 するとともに 空 振 計 アレイ 観 測 により 空 振 の 地 形 や 大 気 構 造 による 伝 播 特 性 を 評 価 することができ 空 振 被 害 に 対 する 予 測 精 度 の 向 上 が 期 待 される 霧 島 山 で 発 生 する 火 山 性 地 震 の 発 生 場 所 を 即 時 的 に 決 定 するために 既 存 ボアホール 観 測 点 のデ ータを 対 象 として 高 周 波 (5-10 Hz)の 地 震 波 振 幅 を 用 いた 自 動 震 源 決 定 手 法 を 開 発 し その 結 果 をウ ェブにより 閲 覧 できるシステムを 構 築 した 今 後 の 火 山 活 動 評 価 に 活 用 されることが 期 待 される 新 燃 岳 の 火 口 内 部 に 関 しては 日 本 の 陸 域 観 測 技 術 衛 星 だいち ドイツのTerraSAR-X カナダの RADARSAT-2 の 合 成 開 口 レーダー(SAR)データを 用 いて SAR 散 乱 強 度 画 像 からは 火 口 内 に 溶 岩 が 出 現 したことによる 地 形 変 化 が 捉 えられ 溶 岩 の 体 積 は1 月 29 日 から1 月 31 日 の 間 に 急 速 に 増 加 し たこと またその 期 間 の 増 加 率 はほぼ 一 定 の m 3 /day であること 火 口 内 に 蓄 積 した 溶 岩 の 体 積 は m 3 であることを 明 らかにする 成 果 を 挙 げた 衛 星 SARデータからは 噴 火 前 後 のデータにSAR 干 渉 法 を 適 用 することにより 新 燃 岳 の 南 東 に 火 山 灰 の 堆 積 によると 考 えられる 地 形 変 化 を 検 出 した SAR 干 渉 解 析 による 地 殻 変 動 調 査 では 霧 島 山 西 方 域 に 噴 火 前 の 膨 張 噴 火 を 挟 む 時 期 の 収 縮 さら に1 月 29 日 以 降 韓 国 岳 の 西 と 北 西 に 数 キロの 空 間 波 長 を 持 つ 隆 起 が 生 じていたことを 示 唆 する 結 果 を 得 た 2 噴 火 現 象 の 観 測 と 火 山 灰 等 の 拡 散 予 測 研 究 噴 火 現 象 の 観 測 においては 気 象 レーダー ゾンデ 観 測 高 解 像 度 画 像 収 録 システムによる 観 測 無 人 機 や 自 立 型 の 観 測 装 置 による 火 山 ガス 観 測 リアルタイム 火 山 灰 観 測 装 置 による 観 測 などが 実 施 された またこれらの 調 査 研 究 による 成 果 を 考 慮 した 火 山 灰 の 拡 散 予 測 の 数 値 シミュレーションの 高 度 化 の 研 究 も 実 施 した レーダーを 用 いた 噴 煙 の 観 測 研 究 においては 仰 角 方 向 にもスキャンする 種 子 島 や 福 岡 鹿 児 島 空 6

10 10/166 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 港 の 気 象 レーダーにより 観 測 された 新 燃 岳 の 噴 煙 エコーデータの 分 析 により 火 山 灰 輸 送 の 数 値 シミ ュレーションにおける 初 期 値 及 び 予 測 精 度 向 上 に 有 効 な 噴 煙 高 度 の 時 間 変 化 が 観 測 できることを 確 認 した 低 仰 角 でスキャンする 気 象 レーダーの 火 山 噴 火 監 視 や 噴 煙 分 布 の 定 量 的 推 定 の 可 能 性 につい ては 国 土 交 通 省 河 川 局 の 国 見 山 レーダーおよび 釈 迦 岳 レーダーのデータを 用 いて 調 査 し 現 業 用 気 象 レーダーは 顕 著 な 火 山 噴 火 現 象 の 監 視 に 有 効 であることを 確 認 した 噴 煙 分 布 の 定 量 化 には さ らに 地 上 で 観 測 された 降 灰 量 との 比 較 検 討 が 必 要 という 結 論 を 得 た 火 山 灰 の 移 流 拡 散 シミュレーションの 精 度 を 上 げるため その 基 礎 データとなる 霧 島 山 周 辺 の 気 象 場 と 噴 火 により 放 出 された 火 山 灰 の 大 気 中 での 粒 径 分 布 を 観 測 することを 目 的 としたゾンデ 観 測 を 実 施 した この 観 測 によりシミュレーションに 用 いる 気 象 場 の 検 討 に 有 効 な 霧 島 山 周 辺 の 風 速 風 向 温 度 湿 度 の 高 度 分 布 を 得 るとともに3 月 23 日 の 噴 火 直 後 に 浮 遊 する 火 山 灰 粒 子 の 粒 度 分 布 について の 情 報 を 得 ることができた 火 口 直 上 の 噴 煙 発 達 過 程 のメカニズムを 明 らかにするために 高 解 像 度 画 像 収 録 システムを 用 いて 新 燃 岳 火 口 部 のビデオ 連 続 撮 影 を 行 い 3 月 に 発 生 した2 回 の 噴 火 で 形 成 された 噴 煙 を 極 めて 良 好 な 観 測 条 件 で 撮 影 することに 成 功 した その 高 解 像 度 映 像 を 用 いて 噴 煙 の 運 動 速 度 を 推 定 し 3 月 13 日 の 噴 火 では 噴 煙 が 比 較 的 活 発 に 連 続 して 上 昇 運 動 を 続 けなから 火 口 直 上 に 発 達 一 方 で3 月 23 日 の 噴 火 では 噴 煙 の 上 昇 運 動 の 強 度 が 弱 く 周 囲 の 風 の 影 響 を 強 く 受 け 噴 煙 が 側 方 に 流 されていくという 対 照 的 な 噴 煙 の 挙 動 の 違 いを 定 量 的 に 明 らかにすることができた 火 口 上 空 の 映 像 観 測 と 降 灰 調 査 を 同 時 期 に 実 施 することにより 爆 発 噴 煙 は 噴 出 直 後 加 速 しながら 上 昇 するが ある 程 度 上 昇 すると 減 速 に 転 じること ブルカノ 式 の 爆 発 噴 煙 でも 複 合 的 な 構 造 を 伴 い 部 分 ごとにかなり 異 なる 上 昇 速 度 となる 場 合 があること 火 口 から7~10km 離 れた 地 点 においては 噴 火 開 始 後 20~30 分 後 に 降 灰 が 開 始 することが 分 かった 多 成 分 ガスアナライザー(Multi-GAS)を 搭 載 した 無 人 航 空 機 による 火 山 ガス 直 接 観 測 では 3 月 15 日 と5 月 18 日 に 新 燃 岳 の 噴 煙 を 直 接 観 測 し 火 山 ガス 組 成 を 推 定 した 5 月 18 日 に 把 握 された 火 山 ガ ス 組 成 は 島 弧 火 山 ガスとしてはCO2 に 富 みSO2/H2S 比 が 小 さいことが 明 らかとなり 火 山 ガスは 比 較 的 高 圧 条 件 下 でマグマから 放 出 されている 可 能 性 が 示 された 新 燃 岳 南 東 約 5km に 設 置 した 自 立 型 の 噴 煙 観 測 装 置 により 噴 煙 中 のSO2/H2S モル 比 は4 月 中 旬 には3 程 度 であったが 5 月 初 旬 には 0.8 に 低 下 しており 無 人 航 空 機 による 観 測 とも 総 合 した 結 果 噴 煙 中 のSO2/H2Sモル 比 が 少 なくと も3 月 中 旬 以 降 からゆっくりと 減 少 していることが 明 らかとなり 火 山 ガス 供 給 圧 力 の 増 加 もしくは 温 度 の 低 下 が 生 じていることが 推 定 された 火 山 灰 の 降 灰 状 況 をリアルタイムで 把 握 するために 花 粉 センサー 重 量 計 カメラを 搭 載 し 携 帯 電 話 回 線 経 由 で30 分 毎 にデータを 配 信 できるリアルタイム 火 山 灰 観 測 装 置 を 作 成 した この 装 置 を 新 燃 岳 周 辺 の 南 から 北 東 方 向 の5カ 所 に4 月 15 日 に 設 置 し 降 灰 状 況 の 連 続 観 測 を 実 施 し 4 月 18 日 の 噴 火 の 降 灰 状 況 をリアルタイムで 検 出 し 主 軸 方 向 を 特 定 することに 成 功 した 噴 煙 柱 の 数 値 シミュレーションにおいては 噴 煙 柱 高 度 とマグマ 噴 出 率 の 関 係 を 精 密 に 決 定 し そ れを1 次 元 噴 煙 柱 モデルと 比 較 し 観 測 された 噴 煙 柱 高 度 と 噴 出 率 の 関 係 を 説 明 するためには 大 気 と 噴 煙 の 混 合 効 率 (エントレインメント 係 数 )が 比 較 的 高 い 値 をもつ 必 要 があることが 示 された 噴 煙 柱 高 度 と 噴 出 率 の 関 係 が 大 気 と 噴 煙 の 混 合 効 率 にどのように 依 存 するかを 系 統 的 に 調 べるために 3 次 元 噴 煙 モデルによる 数 値 計 算 を 行 った 火 山 灰 の 移 流 拡 散 の 数 値 シミュレーションの 高 度 化 においては 気 象 レーダー 観 測 に 基 づく 噴 煙 高 7

11 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 11/166 度 の 時 間 変 化 を 考 慮 する 新 しい 手 法 により 降 灰 分 布 の 予 測 精 度 を 向 上 させることができた 火 山 現 象 の 観 測 は 多 分 野 にわたる 様 々な 手 法 を 用 いなければならないという 特 徴 がある 今 回 の 調 査 研 究 においても 噴 煙 や 降 灰 気 象 場 を 把 握 するため レーダー 火 山 ガス 測 定 降 灰 調 査 映 像 取 得 ゾンデ 観 測 等 様 々な 手 法 による 観 測 が 実 施 され その 成 果 を 火 山 活 動 評 価 や 数 値 シミュレ ーションによる 降 灰 予 測 の 高 度 化 に 反 映 させることができた 8

12 12/166 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究

13 平成23年霧島山新燃岳噴火に関する緊急調査研究 13/166 平成 22 年度科学技術振興調整費 重要政策課題への機動的対応の推進 課題 成果速報 平成 23 年霧島山新燃岳噴火に関する緊急調査研究 1-1 無人ヘリに よる火口周 辺の地震 GPS 観測 無人ヘリによる火口周辺の地震 GPS 観測 東京大学地震研究所

14 14/166 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 2. 調 査 研 究 成 果 の 本 文 (1) 噴 火 推 移 把 握 のための 観 測 研 究 (1-1) 無 人 ヘリによる 火 口 周 辺 の 地 震 GPS 観 測 ( 東 京 大 学 地 震 研 究 所 ) 火 山 の 火 口 近 傍 は 火 山 活 動 を 理 解 するうえで 要 となる 場 所 であるが 観 測 者 や 観 測 機 器 が 噴 火 により 被 災 する 可 能 性 があり 観 測 上 の 空 白 域 となる 場 合 が 多 い この 空 白 域 を 埋 める 観 測 手 法 があれば 火 山 研 究 火 山 防 災 にとって 極 めて 有 益 である 我 々は 火 口 近 傍 での 多 様 な 火 山 観 測 を 行 うために 自 律 型 無 人 ヘリと 各 種 遠 望 観 測 操 作 システムを 組 み 合 わせた 火 山 観 測 システムを 開 発 してきた 霧 島 新 燃 岳 の 噴 火 によって 火 口 付 近 の 観 測 点 が 被 災 したことを 受 けて 被 災 観 測 点 を 補 うために 新 燃 岳 火 口 か ら1-2kmの 火 口 近 傍 に 地 震 計 4 台 と GPS 受 信 機 3 台 を 設 置 した ア. 無 人 ヘリ 使 用 した 無 人 ヘリは ヤマハが 開 発 した RMAX-G1 である 以 下 に 図 を 示 す 図 地 震 計 および GPS の 設 置 に 用 いた 無 人 自 律 ヘリコプター RMAX-G1 RMAX G1のペイロードは 燃 料 等 を 全 て 含 んだ 重 量 で 約 10kg であり 搭 載 燃 料 や 気 象 条 件 により 増 減 する 基 地 局 から 無 線 の 到 達 する 5km 程 度 まで 飛 行 可 能 であり 機 体 と 基 地 局 に 備 えられた GPS により あらかじめ 設 定 された 経 路 を 位 置 精 度 1m 以 内 で 自 律 飛 行 することができる この 高 い 位 置 精 度 により 高 精 度 の 繰 り 返 し 観 測 が 可 能 である また 搭 載 された 無 線 により 飛 行 中 の 機 体 から 映 像 を 含 む 様 々なデ 9

15 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 15/166 ータをリアルタイムで 伝 送 することができ 現 場 の 状 態 を 確 認 しながら 機 器 を 設 置 するといった 用 途 にも 向 いている 無 人 ヘリに 搭 載 されたウインチのワイヤに 地 震 計 や GPS の 観 測 モジュールを 吊 った 状 態 で 設 置 点 上 空 まで 運 び ウインチからワイヤを 徐 々に 繰 り 出 してモジュールをゆっくり 降 下 させることによって 静 かに 設 置 する 図 に 無 人 ヘリによる 観 測 装 置 設 置 システムの 概 要 を 示 す 図 無 人 ヘリによる 観 測 装 置 設 置 システムの 概 要 イ. 地 震 計 地 震 計 モジュール( 図 )は 太 陽 電 池 と 携 帯 電 話 網 による 通 信 機 能 を 備 え 消 費 電 力 を 抑 えるために 通 信 時 間 をタイマーで 制 御 している この 設 置 方 法 では 観 測 モジュールの 向 きと 傾 きを 制 御 することが 難 しい 太 陽 電 池 を 南 に 向 けることができないため 太 陽 電 池 をモジュール 全 面 に 配 置 した また 設 置 時 に 水 平 をとることが 困 難 なため 3 成 分 加 速 度 センサーを 採 用 した さらに 限 られたペイロ ードにはウインチや 機 体 カメラの 重 量 が 含 まれるため 地 震 観 測 モジュールの 重 量 は 5kg 程 度 に 抑 える 必 要 があり 搭 載 できる 2 次 電 池 や 太 陽 電 池 の 容 量 が 大 幅 に 制 限 されている 10

16 16/166 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 図 地 震 計 モジュールの 外 観 振 動 を 防 止 と 軽 量 化 のため アルミ 製 三 脚 に 載 せ られている 電 源 は 太 陽 電 池 で モジュール 全 面 を 覆 っている 携 帯 データ 通 信 網 を 介 してデータを 回 収 する 図 地 震 計 モジュールの 内 部 地 震 計 を 完 全 に 水 平 に 設 置 することは 困 難 なため 傾 いても 観 測 可 能 な 3 軸 加 速 度 計 を 用 いている データはコンパクトフラッシュに 書 き 込 む 1 年 間 分 の 連 続 データを 記 録 することが 出 来 る 11

17 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 17/166 ウ.GPS モジュール GPS モジュールも 地 震 計 と 同 様 に 太 陽 電 池 と 携 帯 電 話 網 による 通 信 機 能 を 備 え 消 費 電 力 を 抑 える ために 通 信 時 間 をタイマーで 制 御 している 大 きな 違 いは 地 震 計 は 連 続 観 測 であるのに 対 し GPS モジ ュールは 消 費 電 力 を 抑 えるために 1 日 当 たり 8 時 間 計 測 し 1 日 一 回 一 日 分 のデータをまとめて 送 る 仕 様 になっている 点 である GPS モジュールの 構 成 を 図 に 示 す 図 新 燃 岳 における 地 震 計 GPS の 設 置 霧 島 新 燃 岳 は 2011 年 1 月 26 日 にサブプリニアン 噴 火 を 起 こし 火 口 近 傍 の 観 測 点 は 噴 石 により 破 壊 された 新 燃 岳 の 火 口 近 傍 に 地 震 計 と GPS を 設 置 することにより 新 燃 岳 の 火 山 活 動 の 推 移 を 迅 速 かつ 的 確 に 捉 えることが 可 能 である 2011 年 5 月 に 火 口 から 3km に 位 置 する 新 湯 付 近 を 無 人 ヘリの 基 地 局 として 地 震 計 と GPS の 設 置 をおこなった 設 置 場 所 と 設 置 時 刻 は 以 下 のとおりである 表 地 震 計 設 置 位 置 設 置 時 刻 設 置 点 名 緯 度 経 度 標 高 設 置 時 刻 ( 一 時 ) 回 収 時 刻 最 終 設 置 時 刻 K m 5/15 12:10 5/18 14:25 5/27 11:30 K m 5/15 14:59 5/19 9:52 K m 5/15 16:14 K m 5/18 13:36 K m 5/27 12:41 12

18 18/166 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 表 GPS 設 置 位 置 設 置 時 刻 設 置 点 緯 度 経 度 標 高 設 置 時 刻 名 K m 5/27 9:17 K m 5/2713:54 K m 5/27 12:01 設 置 した 地 震 計 GPS の 位 置 を 図 に 示 す 赤 丸 が 地 震 計 黄 丸 が GPS の 位 置 を 示 す K3 には 地 震 計 も 一 時 的 に 設 置 した 図 の 写 真 は 設 置 後 の 地 震 計 および GPS モジュールの 様 子 を 上 空 の 無 人 ヘリから 撮 影 したものである 図 地 震 計 ( 赤 丸 ) GPS 受 信 機 ( 黄 丸 )および 無 人 ヘリ 基 地 局 の 位 置 (オレンジの 四 角 ) 地 震 計 および GPS 受 信 機 は 新 燃 岳 火 口 から1-2km 以 内 に 設 置 されている 各 観 測 点 の 設 置 時 期 は 次 のとおり K1: 5/15 から 5/18 まで 設 置 一 旦 回 収 後 5/27 に 再 設 置 K3: 5/15 から 5/19 まで 設 置 K4: 5/15 に 設 置 K5: 5/18 設 置 K6: 5/27 設 置 13

19 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 19/166 図 K1 に 設 置 した 地 震 観 測 モジュールと GPS 観 測 モジュールを 無 人 ヘリにより 上 空 から 撮 影 した 映 像 K1 は 新 燃 岳 西 側 に 流 れた 火 砕 流 の 上 であり 周 囲 には 炭 化 し た 木 が 散 在 している 図 K5 に 設 置 した 地 震 観 測 モジュールと GPS 観 測 モジュールを 無 人 ヘリにより 上 空 から 撮 影 した 映 像 周 囲 の 木 々は 新 燃 岳 からの 噴 石 によりなぎ 倒 されている 14

20 20/166 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 す 設 置 された 地 震 計 と GPS モジュールからのデータ 回 収 を 行 った 観 測 地 震 波 形 の 例 を 図 に 示 図 観 測 地 震 波 形 の 例 2011 年 5 月 17 日 7:39 頃 新 燃 岳 付 近 で 発 生 した 浅 い 地 震 無 人 ヘリで 設 置 した 2 観 測 点 K1 と K3 での 上 下 動 記 録 を 比 較 している ( 左 ): 加 速 度 記 録 ( 右 ): 加 速 度 記 録 を 積 分 し 速 度 記 録 に 変 換 したもの 縦 軸 の 単 位 は m/s/s ( 加 速 度 記 録 )および m/s( 速 度 記 録 ) 横 軸 の 単 位 は 秒 エ. 震 源 決 定 精 度 の 向 上 新 燃 岳 に 無 人 ヘリによって 設 置 された 地 震 観 測 点 のデータを 用 いるとどの 程 度 震 源 決 定 に 有 効 かを 調 べるため いくつかのイベントの 震 源 決 定 を 行 った 震 源 決 定 の 対 象 となったイベントのリストを 表 に 示 す 特 に 新 燃 岳 火 口 直 下 で 発 生 しているものをピックアップした 表 で 読 取 り 可 否 の 項 の 記 号 は は 初 動 が 読 めたイベント は 一 見 初 動 が 見 えにくいが 他 の 観 測 点 で 震 源 決 定 して 予 想 される 走 時 をみると 初 動 が 識 別 できるもの は 全 く 識 別 できないものを 表 す 表 読 み 取 りの 対 象 としたイベントリスト 15

21 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 21/166 無 人 ヘリで 設 置 した 観 測 点 と 定 常 観 測 点 の 全 ての 初 動 が 読 み 取 り 値 を 用 いて 震 源 決 定 した 結 果 ( 図 )と 無 人 ヘリで 設 置 した 観 測 点 のデータを 用 いずに 震 源 決 定 した 結 果 ( 図 )を 比 較 する 無 人 ヘリで 設 置 した 観 測 点 を 用 いた 方 が 浅 く 決 まる 地 震 が 増 えているが これが 火 口 近 傍 に 設 置 した 効 果 で 浅 い 地 震 の 深 さがよく 決 まるようになっている 特 に K5 の 読 み 取 り 値 が 得 られた 場 合 の 精 度 向 上 は 顕 著 である K5 観 測 点 は 噴 火 前 に 震 源 決 定 上 極 めて 重 要 であった 新 燃 北 付 近 に 設 置 されてお り 噴 火 で 失 われた 観 測 点 の 代 替 として 十 分 に 機 能 していることがわかる 図 無 人 ヘリで 設 置 した 観 測 点 と 定 常 観 測 点 の 全 ての 初 動 読 み 取 り 値 を 用 いて 決 定 された 震 源 分 布 図 無 人 ヘリで 設 置 した 観 測 点 のデータを 用 いずに 決 定 した 震 源 分 布 16

22 22/166 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 オ.GPS 試 験 観 測 新 燃 岳 に 無 人 ヘリコプターで 投 入 する 予 定 の GPS 観 測 機 材 について 観 測 精 度 を 確 認 するための 試 験 観 測 を 地 震 研 究 所 屋 上 において 約 1 ヶ 月 間 行 った 消 費 電 力 の 都 合 上 1 日 の 駆 動 時 間 は 8-12 時 間 である 図 は 試 験 観 測 の 様 子 を 示 す 地 震 研 究 所 屋 上 に 3 台 の 観 測 機 材 を 設 置 して 試 験 観 測 を 行 った 観 測 ユニットは 太 陽 電 池 で 覆 われ GPS アンテナが 上 部 に 露 出 している 図 は 観 測 ユニットの 内 部 を 示 す 受 信 機 およびデータロガー データ 通 信 カード 通 信 制 御 用 Linux box ニッケ ル 水 素 電 池 が 含 まれている 得 られたデータは GIPSY-OASIS II を 用 いて 解 析 を 行 い 各 観 測 点 の 1 日 ごとの 座 標 を 求 めた( 図 ) 各 日 の 座 標 の 繰 り 返 し 誤 差 は 水 平 成 分 で 1-2 cm 鉛 直 成 分 が 3-4 cm であった この 値 は ピ ラーを 立 てるなどして 土 台 を 固 定 し 24 時 間 観 測 を 行 う 場 合 よりも 悪 いが 変 動 が 大 きいと 思 われる 火 口 近 傍 での 変 動 を 計 測 するには 十 分 な 精 度 であると 考 えられる 図 試 験 観 測 の 様 子 地 震 研 究 所 屋 上 に 3 台 の 観 測 機 材 を 設 置 して 試 験 観 測 を 行 った 観 測 ユニットは 太 陽 電 池 で 覆 われ GPS アンテナが 上 部 に 露 出 している 図 観 測 ユニットの 内 部 受 信 機 およびデータロガー データ 通 信 カード 通 信 制 御 用 Linux box ニッ ケル 水 素 電 池 が 含 まれている 17

23 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 23/166 図 試 験 観 測 によって 得 られた 時 系 列 各 観 測 点 の 各 成 分 について 示 す 座 標 系 は ITRF2005 を 用 い ている また 各 成 分 について 繰 り 返 し 誤 差 も 図 中 に 示 している 水 平 成 分 は 1-2 cm 鉛 直 成 分 は 3-4 cm で ある カ.GPS 観 測 点 の 精 度 新 燃 岳 山 頂 火 口 近 傍 に 設 置 された GPS 観 測 点 3 点 の 内 通 信 状 態 の 良 好 な K5 観 測 点 について 6 月 24 日 から 7 月 2 日 までの 9 日 間 のデータを 回 収 することができた 電 力 の 制 限 があるため 毎 日 の 観 測 時 間 は 8 時 間 である 図 に 東 西 成 分 南 北 成 分 鉛 直 成 分 それぞれについて 1 日 毎 に 決 定 された 座 標 の 時 系 列 を 示 す 各 成 分 の 座 標 の 標 準 偏 差 は 東 西 成 分 : 11.3mm 南 北 成 分 :7.7mm 鉛 18

24 24/166 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 直 成 分 :25.5mm である 鉛 直 成 分 の 誤 差 がやや 大 きいが 水 平 2 成 分 については 火 山 活 動 に 伴 う 山 体 の 膨 張 収 縮 を 捉 えるために 十 分 な 精 度 が 得 られている 新 たなマグマ 貫 入 が 起 きた 場 合 無 人 ヘリにより 火 口 近 傍 に 設 置 された 本 GPS 観 測 網 により 精 度 の 高 い 地 殻 変 動 のモニタリングを 行 うことができること が 示 された 図 GPS の K5 観 測 点 の 座 標 時 系 列 横 軸 は 通 日 縦 軸 は 各 成 分 の 座 標 を mm 単 位 で 示 す 上 から 東 西 成 分 南 北 成 分 鉛 直 成 分 各 成 分 の 座 標 の 標 準 偏 差 は 東 西 成 分 : 11.3mm 南 北 成 分 :7.7mm 鉛 直 成 分 :25.5mm である 19

25 平成23年霧島山新燃岳噴火に関する緊急調査研究 25/166 平成 22 年度科学技術振興調整費 重要政策課題への機動的対応の推進 課題 成果速報 平成 23 年霧島山新燃岳噴火に関する緊急調査研究 1-2 無人ヘリカ メラによる 噴火状態の 確認 無人ヘリカメラによる噴火状態の確認 東京大学地震研究所

26 26/166 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 (1-2) 無 人 ヘリカメラによる 噴 火 状 態 の 確 認 ( 東 京 大 学 地 震 研 究 所 ) ア.はじめに 2011 年 1 月 霧 島 新 燃 岳 で 噴 火 が 始 まった 翌 月 上 旬 に 巨 大 な 放 出 岩 塊 が 火 口 から 3 kmを 超 える 地 点 まで 飛 来 したことを 受 け 火 口 から 半 径 4 kmの 地 域 (4 月 以 降 3 km)が 立 入 規 制 区 域 に 指 定 された こ のような 状 況 の 中 科 学 技 術 振 興 調 整 費 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 が 立 ち 上 げられ この 一 環 として 無 人 ヘリによる 火 口 近 傍 への 機 器 設 置 観 測 計 画 が 実 施 されることとなった ここでは この 無 人 ヘリにより 撮 影 した 新 燃 岳 火 口 およびその 周 辺 域 の 様 子 を 紹 介 する イ. 無 人 ヘリによる 火 山 観 測 システム 無 人 ヘリによる 火 山 観 測 システムは 東 京 大 学 地 震 研 究 所 が 中 心 となって 開 発 を 進 めているもので 火 口 近 傍 への 地 震 計 および GPS 設 置 ( 回 収 も 可 能 ) 空 中 磁 気 測 量 可 視 赤 外 画 像 撮 影 試 料 採 取 地 形 計 測 など 多 様 な 内 容 を 含 み アクセス 困 難 な 火 口 近 傍 での 観 測 を 観 測 パッケージ としてトータル に 実 現 しようとするものである 観 測 に 使 用 する 無 人 ヘリはヤマハ 発 動 機 ( 株 )の 自 律 型 無 人 ヘリ RMAX-G1 で 本 機 は GPS とリンクした 自 律 型 航 行 システムが 搭 載 されており 基 地 局 のコンピュータ 上 で 設 定 した 飛 行 経 路 を 1m 前 後 の 精 度 で 自 律 航 行 することができる 機 体 と 基 地 局 は 常 時 通 信 を 行 ってお り 飛 行 経 路 の 変 更 や 機 体 搭 載 機 器 の 遠 隔 操 作 機 体 カメラのリアルタイム 映 像 の 確 認 等 が 随 時 可 能 な 仕 様 となっている ペイロードは 約 10 kg 行 動 半 径 約 は 約 5 kmで これまでの 最 高 到 達 高 度 は 1,638m で ある( 今 回 の 新 燃 岳 観 測 で 記 録 ) 一 回 のフライト 時 間 は 燃 料 搭 載 量 によって 変 わるが 通 常 30~40 分 程 度 である 無 人 ヘリに 関 する 詳 しい 内 容 は Kaneko et al. (2011)に 記 されている 利 用 する 観 測 機 器 や 装 置 のほとんどは 無 人 ヘリ 専 用 に 独 自 に 開 発 改 造 が 行 われたものである( 例 えば 地 震 計 および GPS は センサー ロガー 電 源 伝 送 システムが 一 体 化 され 筐 体 を 含 め 5kg の 重 量 に 収 まるように 設 計 され ている) 無 人 ヘリからの 撮 影 は 専 用 の 防 振 雲 台 を 介 して 機 体 底 面 にカメラ 機 材 を 装 着 して 行 う このため 他 の 観 測 機 材 と 異 なり 市 販 の 製 品 をそのままの 形 で 利 用 することもできる 無 人 ヘリを 利 用 することにより 危 険 な 場 所 であっても 観 察 対 象 に 至 近 距 離 まで 近 づき 撮 影 ができるため 火 口 域 や 噴 出 物 の 状 況 を 詳 しく 知 ることが 可 能 となる ウ. 新 燃 岳 の 観 測 今 回 の 新 燃 岳 の 観 測 は 2011 年 3 月 と 5 月 の 2 期 に 分 けて 行 った 作 業 内 容 は 地 震 計 と GPS 設 置 が 中 心 であったが 空 中 磁 気 測 量 映 像 撮 影 も 実 施 した 映 像 撮 影 用 のフライトは 5 月 22 日 27 日 30 日 に 延 べ 5 回 行 い 静 止 画 HD ビデオ 赤 外 画 像 の 撮 影 を 行 った 5 月 の 観 測 では 無 人 ヘリの 離 発 着 場 所 および 基 地 局 を 新 燃 岳 から 西 南 西 約 3 kmにある 新 湯 林 道 バス 停 近 くに 置 いた( 写 真 ~ 1-2-3) ここで 紹 介 するのは この 際 得 られた 静 止 画 である 静 止 画 の 撮 影 は 機 体 にデジタルカメラ (35mm 固 定 焦 点 レンズ 使 用 )を 装 着 し インターバルタイマーでコントロールすることにより 行 った 各 写 真 のおよその 撮 影 位 置 を 図 に 示 す 撮 影 高 度 は 新 燃 岳 火 口 上 空 で 標 高 1,500~1,600m 程 度 とし た 以 下 ( 写 真 ~ )に 示 すものは その 代 表 的 な 画 像 である 画 像 から 推 定 される 点 は 以 下 にまとめられる 火 口 近 傍 の 2011 年 堆 積 物 は 南 ~ 西 ~ 北 部 で 薄 く( 数 10cm~1m 前 後?) 東 ~ 南 東 部 で 局 所 的 に 厚 くなっている( 数 ~10m 前 後?)と 推 定 される 火 口 内 の 状 況 は 2 月 下 旬 から 大 きな 変 化 は 見 られない ただし 新 たなしわの 形 成 や 溶 岩 噴 出 域 と 思 われる 場 所 が 周 囲 と 同 レベルまで 盛 上 っていること などの 違 いも 見 られる 噴 気 活 動 は 火 口 内 溶 岩 の 周 辺 部 から 発 生 しており 2011 年 5 月 末 現 在 溶 岩 表 面 からはほとんど 見 られない 火 口 内 東 縁 部 に 大 きな 火 口 ( 直 径 100m 前 後?)があり これを 含 め 東 ~ 南 東 部 のからの 噴 気 活 動 が 最 も 活 発 となっている 20

27 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 27/166 南 西 部 斜 面 に 見 られる 火 砕 流 様 堆 積 物 は 先 端 部 に 付 近 に 一 部 炭 化 した 樹 木 が 散 在 していることから 火 砕 流 であることが 確 認 された この 火 砕 流 は 流 走 距 離 が 火 口 中 心 から 約 1,100~1,200m 火 口 縁 よ り 約 800m 程 度 であり 1 月 26 日 の 準 プリニー 式 噴 煙 の 一 部 が 崩 壊 することによって 発 生 したものと 推 定 される 参 考 文 献 Kaneko,T., Koyama,T., Yasuda,A., Takeo,M., Yanagisawa,T., Kajiwara, K. and Honda, Y. (2011) Low-altitude remote sensing of volcanoes using an unmanned autonomous helicopter: an example of aeromagnetic observation at Izu-Oshima volcano, JAPAN, Inter. Jour. Remote Sensing, 32, 図 各 写 真 のおよその 撮 影 位 置 21

28 28/166 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 写 真 写 真 写 真 写 真 写 真 写 真 写 真 写 真

29 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 29/166 写 真 写 真 写 真 写 真 写 真 写 真 写 真 流 れの 方 向 写 真 炭 化 流 れの 方 向 23

30 30/166 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 写 真 無 人 ヘリ YAMAHA RMAX-G1 左 の 車 両 はトランスポーター 兼 基 地 局 写 真 基 地 局 の 内 部 写 真 離 陸 した 無 人 ヘリ 設 置 用 の 地 震 計 を 吊 り 下 げている 右 下 に 地 震 計 の 近 接 写 真 を 示 す 写 真 火 口 南 西 部 火 口 縁 南 西 部 にある うさぎの 耳 が 下 中 央 に 見 える 火 口 内 の 黄 白 色 に 見 える 部 分 は 表 面 に 昇 華 物 ( 硫 黄?)が 生 成 している 場 所 火 口 内 西 端 部 ( 画 面 中 央 やや 左 )と 北 端 部 ( 画 面 右 上 ) 付 近 に 噴 煙 が 認 められる 写 真 火 口 内 中 央 部 南 から 北 方 を 見 る 画 面 最 上 部 に 火 口 内 溶 岩 の 縁 に 沿 って 分 布 する 噴 気 域 の 北 側 部 分 が 見 える 画 面 最 下 部 は 火 口 内 溶 岩 の 南 縁 に 近 い 部 分 ( 南 北 両 縁 の 距 離 は 約 600m) 写 真 火 口 内 東 部 南 から 北 方 を 見 る 右 手 中 央 は 写 真 の 規 模 の 大 きい 火 口 写 真 火 口 内 溶 岩 の 中 央 やや 南 東 寄 りにある 溶 岩 噴 出 域 と 思 われる 場 所 ( 画 面 上 が 南 写 真 の 7) 緻 密 な 溶 岩 が 円 形 の 領 域 に 露 出 しており 一 部 に 絞 り 出 されたような 構 造 が 見 られる 2 月 22 日 に 撮 影 されたレーダー 画 像 (( 独 ) 情 報 通 信 研 究 機 構 )では この 領 域 は 北 東 - 南 西 方 向 の 割 れ 目 を 中 心 に 一 帯 がわずかに 凹 んだ 地 形 をなしているが 今 回 の 画 像 では 全 体 が 周 囲 とほぼ 同 レベ ルのフラットな 面 となっている 写 真 火 口 内 溶 岩 の 中 央 やや 東 側 にあるしわ 構 造 の 一 部 ( 写 真 の8) しわは 全 体 として 凹 地 形 ( 幅 は 10 数 m 程 度 か)となっており 火 口 と 思 われる 穴 が 何 ヶ 所 かで 開 いているのが 認 められる こ の 場 所 での 噴 火 よって 吹 き 飛 ばされたと 思 われる 岩 塊 が 周 囲 に 積 重 なっているように 見 える 前 出 の レーダー 画 像 ではこのしわは 写 っておらず 2 月 22 日 以 降 に 形 成 されたと 考 えられる 写 真 火 口 内 南 東 縁 にある 規 模 の 大 きい 火 口 直 径 は 100m 程 度 と 推 定 される 写 真 南 西 部 の 火 口 内 壁 うさぎの 耳 の 西 側 火 口 壁 の 状 況 から 2011 年 噴 出 物 の 厚 さは 数 10cm ~1m 前 後 と 推 定 される 写 真 西 部 の 火 口 内 壁 2011 年 の 堆 積 物 は 薄 く 左 手 側 の 斜 面 で 2011 年 堆 積 物 の 間 から 茶 色 の 地 肌 が 広 く 露 出 している( 写 真 の11) 中 央 の 巨 大 岩 塊 は 今 回 の 噴 火 による 放 出 物 ( 長 径 は 数 10m 程 度 か)で 火 口 内 溶 岩 の 縁 に 載 っている この 放 出 岩 塊 は 写 真 4 で 矢 印 の 先 に 写 っているも のと 同 じ 写 真 北 部 の 火 口 内 壁 2011 年 の 堆 積 物 は 薄 い 内 壁 を 覆 う 堆 積 物 ( 画 面 右 上 )は 2011 年 の 噴 火 以 前 から 存 在 している 写 真 東 部 の 火 口 内 壁 2011 年 の 噴 出 物 が 厚 く 堆 積 しているように 見 える 厚 さは 数 ~10m 前 後 と 思 われるが 正 確 な 見 積 りには 元 の 地 形 を 含 めた 堆 積 構 造 の 検 討 が 必 要 である 写 真 火 口 の 南 側 斜 面 南 斜 面 を 流 下 した 泥 流 の 発 生 域 にあたる 赤 っぽい 地 肌 が 所 々 露 出 している のは 2011 年 堆 積 物 の 大 半 が 崩 れ 流 下 したためと 推 定 される 写 真 南 斜 面 を 流 れ 下 った 泥 流 堆 積 物 の 末 端 部 付 近 ( 黒 いっぽい 部 分 ) 流 れの 末 端 部 に 沿 って 岩 塊 が 分 布 している 写 真 南 西 側 斜 面 山 麓 部 に 分 布 する 火 砕 流 堆 積 物 の 末 端 部 ( 標 高 1,150m 付 近 ) 樹 木 は 下 流 側 に 向 かって 倒 壊 し その 根 本 部 分 が 炭 化 している( 拡 大 写 真 長 さは 4~5m 程 度 ) これらの 樹 木 は 火 砕 流 に 根 本 が 埋 積 され その 熱 により 炭 化 し 倒 壊 したと 考 えられる 右 手 下 には 無 人 ヘリにより 設 置 した GPS( 右 )と 地 震 計 ( 左 )が 見 える( 脚 部 を 含 む 幅 は 約 1m) 24

31 平成23年霧島山新燃岳噴火に関する緊急調査研究 31/166 平成 22 年度科学技術振興調整費 重要政策課題への機動的対応の推進 課題 成果速報 平成 23 年霧島山新燃岳噴火に関する緊急調査研究 1-3 無人ヘリに よる火口周 辺の航空磁 気測量 無人ヘリによる火口周辺の航空磁気測量 東京大学地震研究所

32 32/166 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 (1-3) 無 人 ヘリによる 火 口 周 辺 の 航 空 磁 気 測 量 ( 東 京 大 学 地 震 研 究 所 ) ア.はじめに 火 山 活 動 研 究 に 火 口 近 傍 での 観 測 は 不 可 欠 であるが 新 燃 岳 は 活 発 な 活 動 を 続 けており 3 km 以 内 の 立 ち 入 り 規 制 がかかっていることもあり 容 易 に 近 づくことができず 火 口 近 傍 での 観 測 を 十 分 におこな えていないのが 実 状 である そこで 本 研 究 では 人 的 危 険 被 害 を 回 避 し 安 全 に 火 口 近 傍 観 測 をおこな うため 無 人 ヘリコプターを 利 用 することとした 本 項 では 空 中 磁 気 測 量 観 測 について 報 告 する イ. 航 空 磁 気 測 量 火 山 岩 は 微 弱 な 磁 化 をもった いわば 磁 石 であり また 高 温 になるとその 磁 化 が 弱 化 消 失 する 性 質 を もっている 磁 気 測 量 とは そのため 火 山 体 周 辺 で 磁 場 を 測 定 し 火 山 体 内 の 磁 化 分 布 を 推 定 することで 地 下 の 温 度 分 布 を 推 測 することが 可 能 となる 非 接 触 型 測 定 の 一 つであり 従 来 陸 上 での 測 量 や 有 人 機 に 磁 場 測 定 装 置 を 搭 載 した 飛 行 観 測 が 盛 んにおこなわれている 本 研 究 のように 有 人 機 でなく 無 人 ヘリコプターを 利 用 する 利 点 として 人 的 危 険 の 回 避 の 他 に 低 空 で 飛 行 できることと プログラミングされ た 航 路 を 精 密 に 航 行 できることの 2 点 が 上 げられる 1 点 目 については 磁 場 は 磁 化 物 体 からの 距 離 の3 乗 に 反 比 例 して 急 激 に 減 衰 してしまうため 地 面 により 近 く 飛 ぶことは 磁 化 情 報 を 多 く 得 る 上 で 大 きなメリ ットである 2 点 目 の 精 密 に 航 行 できることは 今 後 再 び 航 空 磁 気 測 量 を 行 う 場 合 同 一 の 航 路 で 測 定 す ることで 磁 場 の 時 間 変 化 を 抽 出 ひいては 火 山 体 内 の 温 度 変 化 を 検 出 することが 可 能 となるという 点 で 火 山 活 動 を 把 握 する 上 で 非 常 に 大 きなメリットである ウ. 新 燃 岳 における 飛 行 測 定 本 観 測 では 無 人 ヘリコプターにセシウム 磁 力 計 を 搭 載 し 全 磁 力 測 定 を 行 った 無 人 ヘリコプターの 機 体 自 体 の 磁 化 の 影 響 を 避 けるため 磁 場 センサーをヘリコプターから 吊 り 下 げて 約 4.5m 隔 離 して 搭 載 した( 図 ) 離 着 陸 場 所 および 通 信 基 地 局 は 新 燃 岳 から 南 西 およそ 3 kmに 位 置 する 新 湯 温 泉 近 傍 に 設 けた 飛 行 高 度 はおよそ 対 地 100m で 一 定 とし 測 線 間 隔 もほぼ 100m で 矩 形 航 行 をした 速 度 およそ 10m/s で 飛 行 し 総 飛 行 距 離 でおよそ 85 kmの 観 測 を 行 い 新 燃 岳 の 東 西 約 2km 南 北 約 3km のエリアの 全 磁 力 を 測 定 することに 成 功 した( 図 ) エ. 磁 化 構 造 解 析 結 果 測 定 したデータをもとに 磁 化 構 造 解 析 を 行 った 本 解 析 では 鉛 直 方 向 には 磁 化 が 一 定 であると 仮 定 し 磁 化 の 平 面 分 布 の 推 定 を 行 った( 図 1-3-5) その 結 果 磁 化 強 度 が 平 均 1.5A/m と 非 常 に 弱 いことが まず 上 げられる 霧 島 火 山 は 安 山 岩 質 が 主 であり マグネタイトが 少 ないことを 表 しており 本 観 測 で 全 体 としてもやはり 磁 化 が 弱 いことを 確 認 することができた また 平 面 的 な 分 布 に 着 目 すると 山 体 の 北 側 特 に 北 西 方 向 に 弱 磁 化 の 領 域 が 帯 状 に 伸 びていることがわかる 地 殻 変 動 解 析 から 新 燃 岳 の 北 西 約 6km にマグマ 溜 りとみられる 膨 張 源 が 存 在 することが 示 唆 されており 今 回 推 定 された 弱 磁 化 の 領 域 はそ のマグマ 溜 りから 新 燃 岳 火 口 へ 伝 わる 通 り 道 が 高 温 になっていることを 表 している 可 能 性 があることがわ かった 25

33 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 33/166 図 緑 と 黒 のストライプの 筒 状 のものがセシウム 磁 力 計 センサー ヘリコプターからの 磁 場 の 影 響 を 避 け るため 4.5m 吊 り 下 げた 状 態 で 搭 載 する 図 測 定 風 景 センサーは 指 向 性 があり 縦 向 きである 必 要 があるため センサーの 姿 勢 を 安 定 させるた めに 整 流 用 の 赤 いコーンをつけている 26

34 34/166 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 全 磁 力 値 :46000nT 47500nT 図 全 磁 力 分 布 平 面 図 無 人 ヘリコプター 航 跡 上 に 測 定 された 全 磁 力 値 で 色 づけしたもの 新 燃 岳 西 側 の 東 西 約 2km 南 北 約 3km のエリアを 飛 行 測 定 した 図 全 磁 力 3 次 元 分 布 図 図 の 平 面 図 を 新 燃 岳 の 南 西 側 から 俯 瞰 した 図 図 の 作 図 にあたっては 国 土 地 理 院 発 行 ウォッちず をもとにフリーソフト カシミール3D を 用 いて 作 成 した 27

35 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 35/166 新 燃 岳 500m 図 上 図 : 推 定 された 磁 化 強 度 の 平 面 分 布 ( 赤 いほど 弱 磁 化 ( 高 温 に 相 当 )) 平 均 1.5A/m と 磁 化 強 度 は 非 常 に 小 さい また 新 燃 岳 火 口 から 北 ~ 北 西 方 向 に 弱 磁 化 の 領 域 が 広 がってい ることがわかる 下 左 図 : 解 像 度 分 布 ( 白 い 領 域 ほど 良 好 に 解 像 されている) 下 右 図 :データ 残 差 ( 黒 いほどデ ータ 残 差 が 少 ない 赤 い あるいは 青 いほど 残 差 が 多 い ) 28

36 36/166 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究

37 平成23年霧島山新燃岳噴火に関する緊急調査研究 37/166 平成 22 年度科学技術振興調整費 重要政策課題への機動的対応の推進 課題 成果速報 平成 23 年霧島山新燃岳噴火に関する緊急調査研究 1-4 広帯域地震 計による 観測 広帯域地震計による観測 東京大学地震研究所

38 38/166 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 (1-4) 広 帯 域 地 震 計 による 観 測 ( 東 京 大 学 地 震 研 究 所 ) ア. 広 帯 域 地 震 観 測 網 の 展 開 2011 年 1 月 26 日 から 始 まった 新 燃 岳 の 本 格 的 なマグマ 噴 火 をうけて 実 施 された 科 学 技 術 振 興 調 整 費 による 緊 急 研 究 で 展 開 された 広 帯 域 地 震 計 (Trillium 120 秒 計 )( 赤 二 重 丸 )と 空 振 計 の 観 測 網 ( 白 二 重 丸 )は 2011 年 3 月 末 には 現 地 収 録 で 観 測 を 開 始 した 4 月 9 日 までには 携 帯 電 話 によるモバイルテレ メーター 化 が 7 観 測 点 で 完 了 し 4 月 15 日 までに 3 観 測 点 での 有 線 テレメーター 化 が 完 了 した 観 測 点 の 配 置 図 を 既 存 の 地 震 研 究 所 ( 赤 ) 気 象 庁 ( 青 ) 防 災 科 学 技 術 研 究 所 ( 緑 )の 定 常 観 測 点 他 大 学 の 臨 時 観 測 点 ( 黄 )とともに 図 に 示 す なお 今 回 設 置 した 観 測 網 のデータはすべて 公 開 される 表 に 観 測 点 の 情 報 をまとめる 図 観 測 点 配 置 図 表 観 測 点 の 情 報 観 測 点 名 観 測 項 目 緯 度 経 度 標 高 (m) 観 測 開 始 備 考 P01 ( 小 野 田 農 場 ) 広 帯 域 地 震 観 測 /27 商 用 電 源 モバイルテレメーター P02 ( 上 江 小 学 校 ) 広 帯 域 地 震 観 測 /25 独 立 電 源 モバイルテレメーター P03 ( 白 鳥 温 泉 下 湯 ) 広 帯 域 地 震 観 測 空 振 観 測 /27 商 用 電 源 有 線 テレメーター P04 ( 岡 元 小 学 校 ) 広 帯 域 地 震 観 測 空 振 観 測 /27 独 立 電 源 モバイルテレメーター P05 ( 栗 野 岳 レクリエーション 村 ) 広 帯 域 地 震 観 測 /25 独 立 電 源 モバイルテレメーター P06 (リンデンパークゴルフ 場 ) 広 帯 域 地 震 観 測 /25 独 立 電 源 モバイルテレメーター P07 (グリーン 光 芳 ) 広 帯 域 地 震 観 測 /25 独 立 電 源 モバイルテレメーター P08 ( 三 体 小 学 校 ) 広 帯 域 地 震 観 測 /27 商 用 電 源 有 線 テレメーター 29

39 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 39/166 P09 ( 霧 島 高 等 学 校 ) 広 帯 域 地 震 観 測 /25 独 立 電 源 モバイルテレメーター P10 ( 霧 島 開 発 ) 広 帯 域 地 震 観 測 /27 商 用 電 源 有 線 テレメーター P11 ( 幸 ヶ 丘 小 学 校 ) 空 振 観 測 /28 商 用 電 源 有 線 テレメーター P12 ( 永 久 津 小 学 校 ) 空 振 観 測 /28 商 用 電 源 有 線 テレメーター 烏 帽 子 観 測 点 (EBS) 空 振 観 測 /27 地 震 研 究 所 の 定 常 観 測 点 に 空 振 観 測 を 追 加 霧 島 火 山 観 測 所 (KVO) 空 振 観 測 /27 地 震 研 究 所 の 定 常 観 測 点 に 空 振 観 測 を 追 加 図 に 代 表 的 な 観 測 点 と 広 帯 域 地 震 計 高 性 能 微 気 圧 計 の 写 真 を 示 す 独 立 電 源 の 観 測 点 はソ ーラーパネルによりバッテリーに 充 電 しており 数 日 の 悪 天 候 でも 観 測 が 継 続 されるように 設 計 されている 広 帯 域 地 震 計 は 温 度 変 化 によるノイズを 押 さえるため 地 中 約 1mの 深 さに 設 置 し 周 辺 を 断 熱 カバーで 覆 うことによりノイズ 低 減 を 図 っている a) b) d) c) e) 図 広 帯 域 地 震 計 a):p05 観 測 点 b):p07 観 測 点 c): 広 帯 域 地 震 計 のマンホール d): 広 帯 域 地 震 計 e): 高 性 能 微 気 圧 計 イ. 霧 島 火 山 の 地 震 活 動 この 観 測 網 は 既 存 の 地 震 観 測 網 が 新 燃 岳 御 鉢 付 近 の 霧 島 連 山 東 部 に 集 中 しているため 手 薄 と 成 っている 霧 島 連 山 西 部 を 中 心 に 展 開 された 一 方 地 殻 変 動 データなどから 今 回 の 噴 火 活 動 にマグマ 30

40 40/166 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 を 供 給 したと 推 定 されるマグマ 溜 りは 韓 国 岳 北 西 に 位 置 しており 2008 年 8 月 の 微 噴 火 以 降 にも 韓 国 岳 西 方 で 発 生 する 地 震 活 動 があったが 観 測 網 が 手 薄 なために 十 分 な 震 源 決 定 精 度 が 得 られていなか った 今 回 の 観 測 網 整 備 により 深 部 マグマ 活 動 に 関 連 する 地 震 活 動 や 地 震 波 をこれまで 以 上 に 精 度 を 上 げて 捉 えることが 期 待 される 次 に 2008 年 以 降 の 霧 島 連 山 の 地 震 活 動 とこの 観 測 網 の 整 備 による 震 源 決 定 精 度 の 向 上 について 述 べる 霧 島 火 山 群 の 新 燃 岳 では 2008 年 8 月 22 日 に 噴 火 した 後 2010 年 3 月 ~7 月 の 一 連 の 噴 火 活 動 を 経 て 2011 年 1 月 19 日 の 小 噴 火 及 び 26 日 以 降 の 爆 発 的 噴 火 を 含 む 噴 火 活 動 活 発 化 に 至 った ここ では この 期 間 における 火 山 性 地 震 活 動 と 震 源 の 推 移 をまとめる 図 年 7 月 ~2011 年 1 月 に 霧 島 火 山 群 周 辺 で 発 生 した 地 震 の 分 布 は 韓 国 岳 火 口 は 新 燃 岳 火 口 は 御 鉢 火 口 を 示 す 図 に 2008 年 7 月 ~2011 年 1 月 に 霧 島 火 山 群 周 辺 で 発 生 した 地 震 の 分 布 を 示 す 主 な 震 源 域 は 新 燃 岳 火 口 周 辺 直 下 御 鉢 火 口 周 辺 直 下 韓 国 岳 の 西 方 及 び 北 方 に 広 がる 震 源 域 である 図 には 霧 島 火 山 周 辺 で 発 生 する 地 震 活 動 のうち 新 燃 岳 周 辺 で 発 生 するもの( 図 1-4-4(a))と 韓 国 岳 西 方 及 び 北 方 の 震 源 領 域 で 発 生 するもの( 図 1-4-4(b))の 日 別 頻 度 を 表 したものである 新 燃 岳 周 辺 においては 2008 年 8 月 の 噴 火 直 前 の 群 発 地 震 活 動 以 前 は 静 穏 であったが 8 月 19 日 より 激 しい 群 発 活 動 が 起 こり 8 月 22 日 の 噴 火 に 至 った その 後 徐 々に 発 生 数 は 少 なくなり 2009 年 5 月 頃 の 群 発 活 動 の 後 は 一 段 と 活 動 が 低 調 になったが 2009 年 12 月 発 生 数 が 増 加 し 2010 年 の 3 月 ~7 月 の 噴 火 活 動 が 起 こった また 2010 年 9 月 ~10 月 からは 明 らかに 活 動 度 が 高 まり 2011 年 の 噴 火 活 動 活 発 化 に 至 った 韓 国 岳 西 方 及 び 北 方 の 地 震 活 動 は 2008 年 8 月 の 噴 火 以 降 目 立 つようになったが 時 々まとめ て 発 生 するのが 特 徴 である やはり 2009 年 12 月 以 降 は 発 生 頻 度 がやや 高 まったように 見 える また 2010 年 9 月 ~10 月 に 新 燃 岳 直 下 の 地 震 活 動 が 明 らかに 高 まったことに 同 期 して この 領 域 でも 激 しい 群 発 活 動 が 起 こっている(9 月 18 日 に 月 2 日 に 20) その 後 も 比 較 的 高 い 活 動 度 を 保 ってい る 図 1-4-4(c)は 国 土 地 理 院 が 観 測 している 電 子 基 準 点 のうち えびの- 牧 園 間 の 斜 距 離 を 示 してい る 2009 年 12 月 より 伸 びているが これは 韓 国 岳 西 方 にあるマグマ 溜 まりの 体 積 増 加 の 結 果 と 解 釈 さ れている 斜 距 離 の 伸 び 始 めと 地 震 活 動 の 活 発 化 が 同 期 していることから 韓 国 岳 西 方 におけるマグマ 活 動 と 関 連 していることが 推 察 される また 斜 距 離 変 動 は 2010 年 9 月 ~10 月 に 様 子 が 変 わっている が これと 韓 国 岳 西 方 及 び 北 方 領 域 の 群 発 活 動 新 燃 岳 直 下 の 地 震 活 動 の 活 発 化 と 同 期 しており マ グマ 溜 まりへのマグマ 供 給 量 マグマの 新 燃 岳 への 移 動 などと 地 震 活 動 が 関 連 していると 考 えられる 31

41 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 41/166 (a) (b) (c) 図 霧 島 火 山 周 辺 の 地 震 活 動 と 地 殻 変 動 霧 島 火 山 群 の 韓 国 岳 西 方 及 び 北 方 では マグマ 溜 まりの 変 動 と 関 連 していると 思 われる 地 震 が 発 生 し ているが 2011 年 4 月 -5 月 期 にも 図 に 示 すような 活 動 が 起 こっている 特 に 4 月 9 日 には 27 回 を 記 録 しているが これは 2010 年 9 月 19 日 に 記 録 した 48 回 に 次 ぐ 回 数 となっている ここでは 本 研 究 で 展 開 した 地 震 観 測 網 のデータを 既 存 の 観 測 網 のデータと 合 わせて 震 源 決 定 を 行 なった 結 果 を 示 す 図 に 得 られた 震 源 分 布 を 図 に 震 源 の 時 間 変 化 を 示 す 4 月 9 日 の 群 発 活 動 5 月 2 日 の 群 発 活 動 が それぞれまとまった 位 置 で 発 生 している 参 考 までに GPS のデータ 解 析 から 推 定 され ているマグマ 溜 まりと 思 われる 圧 力 変 動 減 の 水 平 位 置 をプロットしてあるが 茂 木 モデルを 仮 定 した 場 合 に 求 められる 位 置 は 震 源 域 に 隣 接 しているように 見 える 新 設 された 地 震 観 測 点 データを 用 いることに より 震 源 決 定 精 度 が 向 上 しているため 今 後 データをためることによって 地 殻 変 動 源 との 関 係 この 領 域 の 地 震 発 生 の 意 味 を 議 論 できるようになると 期 待 される 32

42 42/166 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 図 霧 島 火 山 周 辺 の 地 震 活 動 (2011 年 4~5 月 ) 図 年 4 月 ~5 月 に 霧 島 火 山 群 韓 国 岳 西 方 及 び 北 方 で 発 生 した 地 震 の 分 布 は 韓 国 岳 火 口 は 新 燃 岳 火 口 は 御 鉢 火 口 を 示 す 図 韓 国 岳 西 方 及 び 北 方 で 発 生 した 火 山 性 地 震 の 時 系 列 分 布 (2011 年 4 月 及 び 5 月 ) 左 図 2011 年 4 月 右 図 5 月 それぞれの 図 の 左 上 は 震 央 分 布 左 下 は 経 度 - 深 さ 分 布 右 上 は 震 央 分 布 の 緯 度 方 向 の 時 系 列 右 下 は 深 さ 分 布 の 時 系 列 を 表 す 時 系 列 の 数 値 はその 月 の 日 付 33

43 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 43/166 さらに 今 回 の 観 測 網 による 震 源 決 定 精 度 の 向 上 を 確 認 するため 同 じ 震 源 データセットで 広 帯 域 地 震 観 測 網 の 読 み 取 りを 加 えた 場 合 ( 図 1-4-8(a))と 従 来 のデータのみで 決 定 した 場 合 ( 図 1-4-8(b)) の 比 較 を 図 に 示 す 図 中 の 黄 丸 は 地 殻 変 動 データに 茂 木 モデルを 仮 定 して 宛 は 目 を 行 った 場 合 のソースの 位 置 である 今 回 の 観 測 データを 加 えることにより 震 央 の 東 西 方 向 の 決 定 精 度 が 向 上 している 韓 国 岳 西 方 の 活 動 は 地 殻 変 動 源 の 直 上 付 近 に 集 中 しており この 地 震 活 動 が 上 部 地 殻 内 にあるマグマ 溜 りの 活 動 に 密 接 に 関 連 していることが 推 察 される (a) (b) 図 観 測 網 構 築 による 震 源 決 定 精 度 の 向 上 の 確 認 (a) 同 じ 震 源 データセットで 広 帯 域 地 震 観 測 網 の 読 み 取 りを 加 えた 場 合 (b) 従 来 のデータのみで 決 定 した 場 合 本 研 究 では 広 帯 域 地 震 観 測 網 の 整 備 と 合 わせて 高 性 能 空 振 観 測 網 も 整 備 した 地 震 と 空 振 の 並 行 観 測 は 火 口 活 動 を 把 握 する 上 で 有 効 であることが 本 研 究 で 明 らかになったが その 詳 細 は(1-5)の 空 振 計 による 観 測 の 項 で 詳 細 に 記 述 する ここでは 地 震 と 空 振 の 相 関 解 析 により 明 らかになった 噴 火 前 兆 と 見 られる 火 口 近 傍 の 微 動 振 幅 変 化 について 報 告 する 新 燃 岳 火 口 の 北 約 1kmの 観 測 点 SMN にお いて 2010 年 12 月 5 日 にマイクロフォン( 白 山 工 業 SI102)を 設 置 し 空 振 観 測 を 行 っている 同 じ 場 所 に 設 置 している 空 振 計 と 地 震 計 ( 上 下 動 )との 相 関 関 係 のパターンを 調 べることにより 波 形 からだけでは 分 かりにくい 火 口 活 動 やその 変 化 を 検 出 することができる 今 回 噴 火 前 である 12 月 6 日 からの 連 続 変 化 を 詳 細 に 調 べた 結 果 2011 年 1 月 18 日 の 昼 前 に 今 回 の 噴 火 活 動 につながる 顕 著 な 変 化 の 開 始 が 発 生 していることが 分 かった 12 月 6 日 ~1 月 18 日 には 空 振 の 振 幅 が 増 加 すると 地 震 の 振 幅 も 増 加 している これは 地 震 空 振 の 相 関 パターンから 風 のノイズによる 増 減 である 事 が 判 明 している 1 月 18 日 11:29 から 空 振 の 振 幅 と 連 動 しない 地 震 振 幅 の 増 加 が 始 まった このとき 最 初 の 増 加 時 に 空 振 の 振 幅 も 増 加 しているが 地 震 と 空 振 の 相 関 パターンに 不 連 続 な 変 化 が 見 られ 変 化 の 始 まりは 明 らかである 1 月 19 日 23 日 の 火 口 活 動 の 後 には 地 震 振 幅 は 一 度 低 下 するが すぐに 回 復 する そのまま 通 常 より 振 幅 の 大 きい 状 態 が 続 き 噴 火 に 至 る 2 月 8 日 には 平 均 的 な 振 幅 レベルは 噴 火 前 まで 下 がっているが 地 震 の 発 生 による 一 時 的 な 振 幅 増 加 は 時 折 発 生 している 34

44 44/166 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 図 年 12 月 6 日 ~2011 年 1 月 28 日 の 期 間 の 新 燃 北 観 測 点 ( 火 口 から 1m)に おける 地 震 上 下 動 (SU)と 空 振 (MC)の 振 幅 変 化.それぞれの 信 号 は 1-7Hz の 周 波 数 帯 域 で 平 均 振 幅 を 計 算. このように 火 口 近 傍 の 観 測 点 での 微 動 レベルが 噴 火 活 動 火 口 活 動 を 把 握 する 上 で 有 効 なデータで あることが 明 らかになったので 新 燃 岳 の 活 動 の 全 体 像 を 把 握 するため 2011 年 1 月 18 日 5 月 末 までの 間 の 新 燃 北 (SMN) 観 測 点 (2 月 7 日 まで) 霧 島 南 (KRS2) 観 測 点 (2 月 8 日 から)における 微 動 レベル(1Hzよ り 高 周 波 数 側 のエンベロープ 振 幅 を10 秒 毎 に 平 滑 化 )と 気 象 庁 の 高 千 穂 河 原 の 傾 斜 計 (KITK_N)(bytap 補 正 済 み) 気 象 庁 の 遠 望 観 測 資 料 から 整 理 した 噴 煙 活 動 のデータを 並 べて 表 示 した 結 果 を 図 に 示 す 1 月 26 日 の 準 プリニー 式 噴 火 以 降 1 月 28 日 深 夜 から1 月 31 日 まではBL 型 地 震 と 微 動 が 多 発 し この 間 に 韓 国 岳 北 西 に 向 いた 傾 斜 変 化 が 継 続 している この 間 新 燃 北 観 測 点 の 微 動 エンベロープ 振 幅 は1E-6 以 上 の 高 いレベルを 維 持 しており 多 くの 爆 発 的 噴 火 が 観 測 されている しかし 傾 斜 と 爆 発 的 噴 火 には 明 瞭 か 対 応 が 見 られない 2 月 8 日 以 降 になると 爆 発 的 噴 火 の 前 に 傾 斜 変 化 が 見 られるように なる 例 えば 2 月 10 日 までと2 月 28 日 朝 3 月 4 日 昼 の 間 やや 微 動 エンベロープ 振 幅 が 高 く 噴 火 が 多 く 観 測 されているが この 期 間 以 外 では 噴 煙 を1000m 以 上 まで 上 げる 噴 火 活 動 の 前 に 高 千 穂 河 原 傾 斜 計 の 南 北 成 分 (KITK_N)が 山 上 がりと 成 る 変 化 がよく 対 応 している なお 2 月 22 日 深 夜 の 傾 斜 変 化 に 対 応 する 噴 火 活 動 の 記 録 はないが 悪 天 候 のために 確 認 できていないと 思 われる 地 震 記 録 には 噴 火 活 動 があったことを 示 唆 する 波 形 が 記 録 されている 4 月 以 降 は 微 動 が 断 続 的 に 発 生 しているときに 傾 斜 変 化 が 緩 やかに 元 に 戻 り 対 応 する 噴 火 が 見 られないケースも 増 えてきている 35

45 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 45/166 図 (a) 霧 島 山 の 微 動 レベル 傾 斜 データ 及 び 噴 煙 活 動 (2011 年 1 月 ) 図 (b) 霧 島 山 の 微 動 レベル 傾 斜 データ 及 び 噴 煙 活 動 (2011 年 2 月 ) 36

46 46/166 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 図 (c) 霧 島 山 の 微 動 レベル 傾 斜 データ 及 び 噴 煙 活 動 (2011 年 3 月 ) 図 (d) 霧 島 山 の 微 動 レベル 傾 斜 データ 及 び 噴 煙 活 動 (2011 年 4 月 ) 37

47 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 47/166 図 (e) 霧 島 山 の 微 動 レベル 傾 斜 データ 及 び 噴 煙 活 動 (2011 年 5 月 ) ウ.ハーモニック 微 動 の 解 析 新 燃 岳 の 火 口 に 溶 岩 ケーキが 形 成 された 1 月 30 日 2 月 3 日 の 時 期 に 比 較 的 振 幅 の 大 きな ハー モニック 微 動 が 観 測 された この 微 動 は 噴 火 活 動 が 準 プリニー 式 から 火 口 内 にマグマが 上 昇 して 爆 発 的 噴 火 活 動 に 移 行 する 時 期 に 対 応 しており その 発 生 源 についての 考 察 することは 今 回 の 噴 火 メカニ ズムを 理 解 する 上 で 重 要 である そこで 2011 年 1 月 31 日 2011 年 2 月 3 日 に 発 生 したハーモニック 微 動 に 関 して 広 帯 域 地 震 計 で 観 測 された 記 録 を 元 に 考 察 を 行 った 観 測 された 微 動 の 代 表 的 な 波 形 例 を 図 に 示 す これらに 微 動 の 内 もっとも 振 幅 が 大 きい 2 月 3 日 の 6 時 8 分 に 発 生 した 微 動 に ついて その 波 動 の 定 性 的 特 徴 から 発 生 源 に 関 する 一 考 察 を 行 った 図 微 動 と 同 時 に 観 測 された 空 振 図 観 測 された 微 動 の 代 表 的 な 波 形 例 波 形 の 拡 大 図 まず この 微 動 の 非 線 形 性 を 検 証 するため 相 関 次 元 を 指 標 とするサロゲートデータ 解 析 を 行 った そ の 結 果 は データが 線 形 相 関 を 持 つデータや 線 形 相 関 を 持 つデータに 単 調 な 非 線 形 変 換 を 施 すことに 38

48 48/166 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 よって 得 られるデータであるとする 帰 無 仮 説 は 有 意 水 準 0.05 の 危 険 率 で 棄 却 された つまり この 微 動 が 調 和 振 動 子 の 重 ね 合 わせで 励 起 された 可 能 性 はきわめて 低 いと 言 える 図 に 微 動 と 同 時 に 観 測 された 空 振 波 形 の 拡 大 図 を 示 すが その 波 形 的 な 特 徴 からも 非 線 形 性 が 強 いことが 伺 える 図 微 動 の 特 徴 的 な 部 分 の 切 り 出 し 区 間 の 代 表 的 な 波 形 例 図 区 間 4 の 微 動 の 相 関 図 図 区 間 5 の 微 動 の 相 関 図 図 区 間 6 の 微 動 の 相 関 図 図 区 間 8 の 微 動 39 の 相 関 図

49 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 49/166 つぎに この 微 動 を 励 起 する 非 線 形 ダイナミクス( 非 線 形 微 分 方 程 式 系 )に 制 約 を 与 える 必 要 条 件 を 読 み 解 くため 微 分 方 程 式 の 位 相 的 な 取 り 扱 いを 行 う ここでの 大 きな 仮 定 は 観 測 された 微 動 が 非 線 形 微 分 方 程 式 の 解 として 近 似 的 に 解 析 できるとしている 点 である しかし 空 振 が 火 口 付 近 から 発 せられてい ることからも 推 測 されるように これらの 微 動 は 火 道 内 部 に 発 生 源 があると 推 定 される さらに 微 動 の 卓 越 周 期 は 約 1 秒 程 度 で 火 口 から 約 500m の 新 燃 北 観 測 点 で 観 測 された 記 録 は 波 動 伝 播 に 影 響 がきわ めて 少 なく 上 記 の 仮 定 が 成 り 立 っていると 考 えられるデータである そこで 微 動 データの 時 間 軸 を 適 当 な 長 さに 切 り 各 区 間 で( 近 似 的 な) 解 の 相 図 を 作 成 し その 位 相 幾 何 学 的 な 特 徴 を 読 み 解 いていく 図 に 微 動 の 特 徴 的 な 部 分 の 切 り 出 し 区 間 を 示 す そのうちの 区 間 の 相 図 を 図 図 に 示 す 図 に 示 した 部 分 がこの 微 動 で 比 較 的 定 常 な 状 態 と 成 っている 部 分 で その 相 図 は 方 程 式 系 が 2 重 ポテンシャルを 持 つ 事 が 必 要 条 件 であることを 示 している 図 火 道 内 部 モデルの 概 念 図 つぎに この 様 な 位 相 的 特 徴 を 再 現 する 可 能 性 のある 火 道 内 部 のモデルとして 単 純 化 した Collapsible Tube の 集 中 定 数 モデルとの 比 較 を 試 みる 図 がこのモデルの 概 念 図 である Collapsible Tube 部 分 の 弾 性 質 量 保 存 上 流 下 流 での 運 動 量 保 存 下 流 での 運 動 量 流 速 方 程 式 蒸 留 でのエネルギー 保 存 Tube 部 での 流 体 慣 性 の 変 化 を 組 み 込 んで 方 程 式 系 を 構 成 している この 数 理 モデルにおいて 流 体 粘 性 を 若 干 変 化 させることにより 各 区 間 での 位 相 的 特 徴 を 再 現 する 相 図 が 得 られる その 比 較 を 図 ~ 図 に 示 す 比 較 したモデルパラメータは Tube 部 分 の 断 面 積 を 現 すパラメータの 時 間 微 分 である 図 は 観 測 とモデルの 波 形 と 1 回 微 分 までの 相 図 を 比 較 しているが 図 は 1 回 微 分 2 回 微 分 の 相 図 を 比 較 している この 集 中 定 数 の 数 理 モデ ルにより 観 測 された 微 動 の 位 相 的 特 徴 ( 定 性 的 特 徴 )がある 程 度 再 現 できている このことは この 時 期 の 微 動 が 火 道 内 部 での 流 体 の 動 きにより 励 起 されている 可 能 性 を 示 すものである 図 観 測 とモデルの 波 形 と 1 回 微 分 までの 相 図 40

50 50/166 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 図 図 の 左 が 観 測 右 がモデルから 計 算 された 相 図 図 図 の 左 が 観 測 右 がモデルから 計 算 された 相 図 図 図 の 左 が 観 測 右 がモデルから 計 算 された 相 図 41

51 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 51/166 エ. 広 帯 域 地 震 計 で 捉 えた 6 月 29 日 の 噴 火 に 先 行 する 長 周 期 シグナル 2011 年 6 月 29 日 10 時 27 分 に 発 生 した 新 燃 岳 噴 火 に 先 行 した 長 周 期 の 地 震 動 を 広 帯 域 地 震 計 で 捉 えることが 出 来 た 霧 島 南 観 測 点 の 広 帯 域 地 震 記 録 を 地 動 変 位 に 変 換 したものを 図 に 示 して いる 記 録 は 南 北 成 分 ( 火 口 に 向 かう 方 向 )と 上 下 成 分 を 示 している 噴 火 の 約 4 分 前 から 長 周 期 のシグ ナルが 見 られ 火 道 内 部 を 噴 出 物 ( 発 泡 したマグマなど)が 上 昇 することに 伴 う 圧 力 変 動 により 励 起 された と 考 えられる 広 帯 域 地 震 記 録 から 傾 斜 成 分 を 取 りだした 結 果 を 図 に 示 す 新 燃 岳 火 口 方 向 が 下 がる 傾 斜 変 化 が 噴 火 開 始 後 から 顕 著 に 見 られる( 図 2 の 緑 のライン) このように 噴 火 に 先 行 して 火 道 内 部 で 起 こっている 現 象 を 広 帯 域 地 震 記 録 で 捉 えることに 成 功 した このデータの 定 量 的 評 価 は 今 後 の 課 題 である 図 霧 島 南 観 測 点 の 地 動 南 北 成 分 ( 上 )と 上 下 成 分 ( 下 ) 図 広 帯 域 地 震 記 録 から 取 り 出 した 傾 斜 成 分. 噴 火 ( 赤 破 線 ) 後 に 火 口 側 が 下 がる 傾 斜 変 化 が 確 認 で きる( 緑 のライン) 42

52 52/166 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究

53 平成23年霧島山新燃岳噴火に関する緊急調査研究 53/166 平成 22 年度科学技術振興調整費 重要政策課題への機動的対応の推進 課題 成果速報 平成 23 年霧島山新燃岳噴火に関する緊急調査研究 1-5 空振計によ る観測 空振計による観測 東京大学地震研究所

54 54/166 平成23年霧島山新燃岳噴火に関する緊急調査研究 (1-5) 空振計による観測 東京大学地震研究所 ア はじめに 空振の観測は 火山の表面活動を知る有効な手段として 近年ますます重要視されてきている 我々 は 噴火前の 2010 年 12 月に 新燃岳火口の北方約 700 m の新燃北観測点(SMN)にマイクロフォン (SI102)を設置し 既に設置してあった広帯域地震計と共にテレメータ観測を行っていた また 噴火開始 直後には 火口から 2.5 km 5 km の範囲にある複数の地震観測点に同じ型のマイクロフォンを追加し た これらの空振データにより 噴火前 開始時 最盛期の表面活動について多くの情報を得ることが できる 図 月 17 日 23 日の地震と空振の相関解析結果 赤と青のラインは空振と地震上下動の 振幅をログで表したもの その下の図は縦軸が地震の空振に対する遅れで 相関係数を色で表した もの そのパターンによって 風のノイズと空振シグナルを区別することができる 1/18 11:29 頃 風 のノイズの振幅があまり変わらないのに 突然連続噴気を示す縞模様 図中 Infrasound と表記 が消 える その後 パターンがまったくない状態が発生 このとき 地震の振幅が徐々に増加している そ の後は地震振幅の高い状態が続き 相関パターンの全く見られない時期の間に 薄く縞模様 連続 噴気活動 が見られる 1/19 2:01-2:58 及び 1/23 4:11-4:53 には 強い火口活動を示すパター ンが見られる 1/19 のイベントは 地震と空振の振幅が共に大きくなっているが 1/23 のイベントで は 空振にだけ影響が見られる また 地震の振幅が 1/23 8 時過ぎより急激に減少し 13 時半頃 から復活している 43

55 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 55/166 また 1 月 末 から 2 月 始 めにかけての 噴 火 活 動 最 盛 期 には 強 い 爆 発 が 多 数 発 生 し 火 口 から 10km 以 上 も 離 れた 場 所 でも 窓 ガラス 損 傷 の 被 害 があった 空 振 被 害 は 距 離 だけでなく 方 向 にも 依 存 し その 原 因 について 様 々な 議 論 が 行 われている 空 振 の 伝 播 過 程 で 火 口 近 傍 (2-3km 以 内 )では 地 形 の 影 響 が 大 きく 遠 方 ( 数 十 km 以 上 )では 大 気 構 造 の 影 響 を 強 く 受 ける しかし その 遷 移 領 域 での 伝 播 特 性 についてはまだよく 分 かっておらず 系 統 的 な 観 測 データはほとんどない そこで そのギャップを 埋 め るべく 本 緊 急 研 究 では 数 km~ 数 十 km の 伝 播 特 性 を 明 らかにすることを 目 的 として 観 測 網 の 整 備 を 行 った (a) (b) (c) (d) 図 年 1 月 27 日 未 明 の 準 プリニー 式 噴 火 に 伴 う(a) 空 振 ( 赤 )と 地 震 ( 青 )の 振 幅 変 化 (b) 相 関 パターン (c) 噴 出 高 度 ( 気 象 庁 映 像 による) 及 び (d) 噴 出 の 様 子 ( 姶 良 伊 佐 地 域 振 興 局 大 浪 池 監 視 カ メラ 映 像 による) 映 像 中 央 部 の 文 字 は 映 像 抽 出 に 用 いたフリーソフトウェアにより 印 字 されてしまったもの で 観 測 には 関 係 ない イ. 地 震 と 空 振 の 相 関 解 析 から 見 た 新 燃 岳 2011 年 噴 火 初 期 の 推 移 空 振 観 測 の 最 大 の 障 害 は 風 のノイズである このノイズを 低 減 するため これまで 多 くの 研 究 が 行 わ れ 広 い 範 囲 にパイプを 張 り 巡 らせて 空 間 的 に 平 均 化 された 圧 力 変 動 を 測 定 する 方 法 や アレイ 観 測 に よってある 方 向 からの 空 振 シグナルを 抽 出 する 方 法 が 考 案 されている しかし これらの 観 測 方 法 は 大 が 44

56 56/166 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 かりで 全 ての 火 山 に 対 して 整 備 し 維 持 することは 難 しい 実 際 今 回 の 噴 火 開 始 時 には 簡 易 な 方 法 で 設 置 したマイクロフォンが 一 つあるのみであった 我 々は 地 震 と 空 振 の 相 関 解 析 によって 一 点 の 観 測 データから 風 のノイズと 空 振 シグナルを 区 別 する 手 法 を 開 発 し 噴 火 の 推 移 を 観 察 してきた それによる と 今 回 の 噴 火 活 動 の 最 初 だと 言 われている 1 月 19 日 未 明 の 噴 火 以 前 にも 連 続 的 な 空 振 活 動 が 続 い ていたようである( 図 1-5-1) また 1 月 23 日 の 4 時 から 5 時 にかけて 強 い 空 振 活 動 が 見 られるが そ れに 対 応 する 噴 火 等 の 報 告 はされていない しかし 1 月 18 日 以 降 高 いレベルが 続 いていた 火 山 性 微 動 の 振 幅 がその 空 振 活 動 の 4 時 間 後 に 急 減 し またすぐに 復 活 するという 現 象 が 生 じており 1 月 26 日 の 大 噴 火 につながる 何 か 重 要 なイベントが 発 生 したのではないかと 注 目 している 地 震 と 空 振 の 相 関 解 析 は 火 口 活 動 の 発 生 の 検 出 だけでなく その 変 化 の 把 握 にも 有 用 である 図 は 1 月 27 日 未 明 の 準 プリニー 式 噴 火 中 の 相 関 パターンと 噴 出 高 度 の 変 化 を 比 較 したものである ( 図 1-5-2c: 気 象 庁 による 新 燃 岳 南 側 からの 撮 影 映 像 を 使 用 ) 新 燃 岳 噴 煙 や 噴 泉 の 高 度 が 大 きく 変 化 するところと 相 関 パターンの 変 化 がよく 一 致 している また 3:08-3:20 で 相 関 パターンがみられなくなっ ているところでは 空 振 の 振 幅 は 減 少 し 地 震 振 幅 は 増 加 している ちょうどこの 間 噴 泉 高 度 のデータが 抜 けているのは 霧 またはガスで 隠 されてしまったためであるが それが 火 山 活 動 と 関 係 しているのかどう かは 不 明 である 西 側 の 大 浪 池 から 撮 影 された 映 像 ( 図 1-5-2d: 映 像 提 供 姶 良 伊 佐 地 域 振 興 局 )から は この 時 南 よりであった 噴 出 位 置 が 中 心 からやや 北 寄 りの 部 分 にまで 大 きく 拡 大 し その 後 噴 出 中 心 が 北 寄 りに 移 動 している 様 子 が 見 られる ウ. 既 存 の 観 測 システムの 問 題 点 と 新 しい 観 測 網 の 仕 様 今 回 の 噴 火 初 期 をとらえたマイクロフォン(SI102)は これまで 空 振 観 測 に 使 われていたものに 比 べて 軽 量 かつ 低 消 費 電 力 で 電 源 条 件 や 作 業 環 境 の 悪 い 場 所 での 観 測 に 非 常 に 便 利 である 噴 火 前 の 空 振 観 測 点 は 火 口 から 約 700m の SMN のみであったが 1 月 27 日 の 大 噴 火 直 後 に 新 燃 岳 南 側 を 中 心 に 観 測 点 を 増 設 した 1 月 29 日 から 噴 火 活 動 が 大 爆 発 を 繰 り 返 すようになると このマイクロフォンの 通 常 の 使 用 範 囲 を 遙 かに 超 える 空 振 が 多 数 発 生 し 窓 ガラス 被 害 も 深 刻 になった 空 振 のデータは 取 れて いたが その 波 形 や 振 幅 に 疑 問 が 生 じたため 急 遽 マイクロフォンの 大 振 幅 での 特 性 を 調 べる 試 験 を メーカーと 共 同 で 行 った 校 正 試 験 では 包 括 的 核 実 験 禁 止 条 約 (CTBT)に 関 わる 世 界 的 な 空 振 観 測 網 などで 実 績 のある 微 気 圧 計 MB2005 をリファレンスとして 用 いた その 結 果 このマイクロフォンでは 100 Pa 程 度 以 上 の 振 幅 の 波 形 を 正 確 に 捉 えることが 難 しいことが 分 かった( 図 1-5-3) しかし これまで 火 山 の 空 振 観 測 に 用 いられてきた 様 々な 機 器 のどれを 見 ても 精 度 ダイナミックレン ジ 消 費 電 力 使 いやすさなどの 点 で 一 長 一 短 である 検 討 の 結 果 本 緊 急 研 究 では 最 新 の 高 精 度 水 晶 振 動 式 デジタル 圧 力 計 (NanoBaro, Paroscientific 社 製 )を 導 入 することにした 45

57 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 57/166 各 センサー (Pa) MB2005 (Pa) BK SI SI 図 各 マイクロフォンの 出 力 とレファレンス 微 気 圧 計 (MB2005)の 出 力 の 比 較 新 燃 岳 の 観 測 点 で 使 用 していた SI102 型 マイクロフォンは 大 振 幅 のシグナルに 対 して 強 い 非 線 形 性 が 現 れている 本 緊 急 研 究 費 を 用 いて NanoBaro 5 台 を 購 入 し 自 作 のプログラムにより PCでデータを 収 録 地 震 研 究 所 のサーバーへ 転 送 するシステムを 構 築 した まず 新 システムとリファレンスである MB2005 の 比 較 試 験 を 室 内 で 行 った( 図 1-5-4) 空 振 源 として ドアの 開 閉 による 室 内 圧 力 変 動 を 利 用 した その 結 果 に 見 られるように NanoBaro は MB2005 に 比 べて 高 い 周 波 数 の 応 答 が 悪 く 位 相 が 遅 れているように 見 え る しかし 高 い 周 波 数 成 分 については 他 の 安 価 なマイクロフォンでも 計 測 することが 可 能 であり 位 相 の 遅 れは 理 論 的 に 取 り 除 くことができる MB2005 に 対 する NanoBaro の 利 点 は 小 型 で 軽 量 であることとダ イナミックレンジの 大 きいことである 表 新 システムのNanoBaro と 収 録 PC 観 測 点 NanoBaro Sensor # GPS Serial PC KJG IBN KJG Toshiba P IBN P11 Lenovo P IBN P12 Lenovo P IBN P03 Lenovo EBS IBN Ginostra 46

58 58/166 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 (a) (b) (c) 図 NanoBaro とレファレンス 微 気 圧 計 (MB2005)の 出 力 の 比 較 (b)(c)は(a)の 黄 色 い 枠 の 部 分 の 拡 大 新 燃 岳 周 辺 の 観 測 点 整 備 状 況 を 図 に 示 す 本 緊 急 研 究 を 受 けて 整 備 した 観 測 点 は P で 始 まる 点 であるが その 場 所 は 新 燃 岳 と 桜 島 南 岳 を 結 ぶ 直 線 を 意 識 して 配 置 した また 既 存 の 観 測 点 の 位 置 を 考 慮 して それと 60 度 をなす 直 線 上 にも 観 測 点 を 追 加 した これは 霧 島 桜 島 両 火 山 からの 空 新 を 数 10km のスケールで 観 測 することを 意 図 している 47

59 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 59/166 図 新 燃 岳 周 辺 の 空 振 計 の 設 置 状 況 赤 丸 :SI102; 黄 ピン:NanoBaro(ERI); 白 ピン: NanoBaro(ERI&JWA); 紫 旗 :MB2005 EBS にも NanoBaro を 設 置 したが ネットワーク 通 信 速 度 が 遅 く PC でのデータ 転 送 に 問 題 が 生 じたため MB2005 に 切 り 替 えた エ. 新 しい 観 測 網 によってとらえた 空 振 波 形 の 例 観 測 点 の 整 備 が 完 了 したのは 5 月 7 日 であるが その 後 しばらく 新 燃 岳 の 噴 火 活 動 は 発 生 していな かった 6 月 29 日 に 久 々に 比 較 的 大 きな 噴 火 が 発 生 し 明 瞭 な 空 振 も 観 測 された 図 は NanoBaro 観 測 点 と 既 存 のマイクロフォンの 観 測 点 でとらえた 空 振 を 新 燃 岳 火 口 からの 距 離 の 順 に 並 べたものであ る 波 を 見 やすくするため 1-7 Hz のバンドパスフィルターをかけている NanoBaro とマイクロフォンの 振 幅 差 が 校 正 試 験 で 調 べた 以 上 に 大 きく 周 波 数 特 性 も 含 めた 振 幅 補 正 について 検 討 を 行 っているとこ ろである 48

60 60/166 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 図 年 6 月 29 日 午 前 に 発 生 した 噴 火 に 伴 う 空 振 観 測 波 形 に 1-7 Hz のバンドパス フィルターを 掛 け 新 燃 岳 火 口 からの 距 離 の 順 に 並 べて 表 示 している NanoBaro による 観 測 は KJG, P03, P11 の 3 点 P12 は 雷 によって 欠 測 状 態 であった その 他 の 観 測 波 形 は 低 周 波 マイク ロフォン(SI102)による 振 幅 の 違 いは 主 に 計 測 器 の 違 いによるもので まず これを 補 正 する 必 要 がある 新 燃 岳 の 観 測 網 により 桜 島 の 爆 発 による 空 振 も 計 測 されている 図 は 2011 年 05 月 24 日 04 時 01 分 の 爆 発 に 伴 う 空 振 を 桜 島 南 岳 火 口 からの 距 離 によって 並 べたものである 遠 方 の P03 P11, P12 の 3 点 は 他 に 比 べて 距 離 減 衰 の 仕 方 が 異 なっているように 見 える これらの 観 測 点 は 桜 島 に 対 して 新 燃 岳 の 反 対 側 にあり 他 の 点 は 桜 島 側 に 位 置 している 距 離 減 衰 の 特 性 に 対 する 距 離 の 寄 与 と 地 形 の 寄 与 を 明 らかにすることが 本 研 究 の 目 標 であるが このデータは この 観 測 網 がこの 目 的 のために 必 要 な 観 測 データを 取 得 することのできることを 示 すものである 図 年 5 月 24 日 4:01 の 桜 島 の 爆 発 に 伴 う 空 振 を 新 燃 岳 観 測 網 でとらえたもの 49

61 平成23年霧島山新燃岳噴火に関する緊急調査研究 61/166 平成 22 年度科学技術振興調整費 重要政策課題への機動的対応の推進 課題 成果速報 平成 23 年霧島山新燃岳噴火に関する緊急調査研究 1-6 衛星搭載 SAR による 火口変化の 抽出 衛星搭載 SAR による火口変化の抽出 防災科学技術研究所

62 62/166 平 成 23 年 霧 島 山 新 燃 岳 噴 火 に 関 する 緊 急 調 査 研 究 (1-6) 衛 星 搭 載 SAR による 火 口 変 化 の 抽 出 ( 防 災 科 学 技 術 研 究 所 ) 合 成 開 口 レーダー(SAR)は 移 動 体 から 照 射 したレーダー 波 の 地 表 からの 後 方 散 乱 波 を 受 信 し その 受 信 信 号 を 解 析 することによって 数 m の 空 間 分 解 能 を 有 する 地 表 画 像 を 得 る 能 動 センサーである レ ーダー 波 は 雲 や 噴 煙 等 を 透 過 する 性 質 を 持 っているので SAR は 天 候 や 噴 煙 の 有 無 を 問 わずに 地 表 を 観 測 できるという 利 点 を 有 している さらに 受 信 信 号 の 位 相 を 用 いた SAR 干 渉 法 によっては 2 時 期 間 の 地 表 変 位 による 衛 星 - 地 表 間 距 離 (スラントレンジ)の 変 化 を cm レベルの 精 度 で 面 的 に 検 出 できるとい う 特 徴 を 持 っている 本 課 題 においては そのような SAR を 用 いて 霧 島 山 周 辺 の 地 形 変 化 の 調 査 を 実 施 した ア.SAR 散 乱 強 度 画 像 から 明 らかにされた 火 口 内 溶 岩 の 変 遷 2011 年 新 燃 岳 噴 火 においては 火 口 内 に 溶 岩 が 出 現 した その 溶 岩 の 変 遷 を 把 握 することは 火 山 活 動 の 推 移 を 理 解 する 上 で 重 要 である 特 に その 体 積 の 変 化 は 溶 岩 の 収 支 等 の 調 査 に 極 めて 有 用 な 情 報 となる そこで 陸 域 観 測 技 術 衛 星 だいち の PALSAR ドイツの TerraSAR-X カナダの RADARSAT-2 によって 観 測 されたデータを 用 いて 火 口 内 に 出 現 した 溶 岩 に 関 する 調 査 を 実 施 した 得 られた SAR 画 像 の 時 系 列 を 図 に 示 す また その 中 から 特 徴 的 な 変 化 が 捉 えられた SAR 画 像 の 拡 大 画 像 を 図 に 示 す 噴 火 前 の 2011/1/18 に 取 得 された 画 像 においては 火 口 湖 の 存 在 を 明 瞭 に 判 読 できるが 2011/1/27 に 取 得 された 画 像 においては 火 口 湖 が 無 くなっているように 見 える ま た 火 口 中 央 部 に 凸 形 状 を 持 つような 強 度 分 布 が 見 られ それが 火 口 内 に 出 現 した 溶 岩 を 示 す 可 能 性 が 考 えられる ただし 火 口 底 に 堆 積 した 別 のものである 可 能 性 もある 2011/1/29 に 観 測 された 画 像 に は 火 口 底 に 出 現 した 溶 岩 が 捉 えられ それは 2011/1/31 までの 間 に 急 速 に 増 加 したこと 示 している 2011/2/1 以 降 においては 溶 岩 の 大 きな 増 加 は 無 いように 見 えるが 火 口 内 東 側 の 表 面 形 状 が 滑 らか 図 SAR 散 乱 強 度 画 像 数 字 付 きの 画 像 は 図 に 拡 大 画 像 を 示 す 50