気象研究所研究開発課題評価報告
地殻変動観測による火山活動監視評価と噴火シナリオの高度化に関する研究
事前評価
- 副課題１：活動的火山の地殻変動源推定の高精度化に関する研究
- 副課題２：噴火シナリオに関する研究
研究期間
平成23年度～27年度
事前評価の総合所見
１．研究の動機・背景
（研究開発の背景）
気象庁では、火山監視・情報センターにおいて火山観測を実施し、個々の火山活動を評価するとともに、防災情報を発表している。平成19年12月からは、噴火予報及び警報の発表を開始するとともに、火山への防災対応をより円滑に進めるために、噴火シナリオに基づいた「噴火警戒レベル」を導入し、現在26の火山について同レベルを発表しており、今後対象火山を増やしていく予定である。また、マグマの上昇や蓄積過程を圧力源の変動として検出できる地殻変動観測は、火山監視に有効な手法のひとつであることから、火山監視・情報センターにおける火山監視業務においても、GPSによる地殻変動監視を取り入れている。さらに、火山噴火予知連絡会が災害軽減のために監視を強化すべき火山として選定した47火山についても、ボアホール型地震計・傾斜計等を中心とした観測点の整備・強化を行い、さらなる地殻変動監視機能の強化を進めている。
一方、気象研究所では、これまで「火山活動評価手法の開発研究」（平成13～17年度）、「マグマ活動の定量的把握技術の開発とそれに基づく火山活動度判定の高度化に関する研究」（平成18～22年度）の２つの特別研究を実施し、地殻変動観測に基づく火山活動評価手法の研究開発を進めてきた。この中で、GPS観測、全磁力観測のデータによる火山地域の地殻変動を説明できる圧力源の推定、火山用地殻活動解析支援ソフトウェア（MaGCAP-V）の開発、伊豆大島におけるマグマ蓄積過程における地殻変動の把握、合成開口レーダー（SAR）の干渉画像解析による地殻変動解析などの成果をあげ、火山監視・情報センター等で活用されている。
（研究の必要性、緊急性）
これまでの研究で、伊豆大島や浅間山では火山活動に伴う地殻変動の原因をとらえつつあるが、噴火準備過程の全容解明には至っていない。また、この他の連続監視対象火山においては、観測体制の充実に伴って高品質のデータが得られ、気象庁によって噴火警戒レベルが順次導入される予定であるが、近年の噴火等の異常現象の経験がない火山が多数存在する。このため、これらの火山においても地殻変動の量的評価等によって火山活動を定量的に評価する手法の開発が必要である。
（当所での実施理由）
気象庁が国の行政機関として火山活動に関わる信頼できる情報を一元的に広く提供する責務を果たすため、その施設等機関である気象研究所において火山監視・評価にかかわる研究を強く推進する必要がある。
また、気象研究所は有限要素法による火山地殻変動研究を行っている我が国で唯一の研究機関であり、それにより現実に近い地形や構造を与えた場合の地殻変動計算手法を開発して既存手法の問題点を明らかにする等、国際的にも例のない稠密な観測網による火山地殻変動研究を行っている我が国において重要な知見を数多く見出しており、火山監視・評価業務の高度化を可能とする十分な技術的基盤を有している。
２．研究の概要
２．１ 全体の概要
これまでの火山地殻変動に関する開発成果を基に、全国の主な火山を対象に、地殻変動源の推定を行うとともに、地殻変動による火山監視手法及び定量的な評価手法を開発し、地殻変動データの時間的推移も含めたシナリオを作成する等の既存の噴火シナリオの高度化を進める。
（副課題１）活動的火山の地殻源推定の高精度化に関する研究
活動的火山における地殻変動観測データからマグマ供給系に関する知見を得るため、地殻変動源推定の高精度化を行う。
特に、伊豆大島を重点的な研究対象火山とし、現在のGPS、傾斜、光波測距、重力による稠密地殻変動観測、地震観測を継続するとともに、次のような観測・研究により、マグマ蓄積・移動の検出と圧力源の位置及び変化量推定の高精度化を図り、マグマ供給系の詳細を解明する。
- 既に強化したGPS、光波測距観測等の稠密地殻変動観測網による圧力源の推定
GPS、光波測距観測は、分解能は低いが、長期的な安定性を有していることから、これらのデータと地震活動データを合わせ、噴火準備期の深部のマグマ蓄積過程における膨張源の絶対的な位置や膨張量の推定等を行う。 - 歪観測装置の増設及び総合観測点の傾斜観測による、圧力源の時間変化の推定
伊豆大島では、長期的な山体の膨張のほか、数か月程度の時定数の膨張と収縮がみられることが明らかになっている。それは、既存の体積歪計や傾斜計でも繰り返し明瞭に捉えられている。歪計や傾斜計は、長期的な安定性に難点があるが、一方で非常に高感度であり、時間分解能が高い。特に、歪変化は、圧力源の深さ変化に敏感である。膨張源や収縮源、すなわちマグマの相対的な深さ変化を検出するため、歪計を増設して、既存の体積歪計や傾斜計と合わせて解析する。 - マグマ蓄積・移動の検出に向けた精密重力の繰り返し観測
新たな上昇経路を作りながらマグマが上昇する場合は、顕著な地殻変動を伴うが、既存火道を使って上昇する場合、地殻変動量は微小であると推定される。一方、伊豆大島では1986年噴火後にマグマが火道を後退する現象に伴い重力変化が捉えられた。逆にいえば、マグマが火道を上昇する場合にも重力変化が期待されることから、マグマ上昇に伴う地下の質量変化を検出することを目的に、GPSによる地殻の上下変動観測と合わせて精密重力観測を実施する。
伊豆大島以外の火山についても、既存の観測網及び気象庁の新設の総合観測点のデータを活用するとともに、干渉SARによる地殻変動解析を実施するとともに、必要に応じて観測を強化する。そのうち、浅間山については、現在の中腹以上でのGPS観測も継続し、活動の盛衰に応じた地殻変動の詳細な解析を行う。
（副課題２）噴火シナリオに関する開発
観測データの定量的な時間的推移も含めた噴火シナリオの高度化を図るため、内外の活動的火山における火山異常時の地球物理学的な観測結果等を収集して系統的に整理し、現在の観測網の検知力の検証や監視評価手法等の開発を行う。
そのうち、特に、地殻変動に関しては、地質学的な知見やこれまでの研究成果、副課題１の成果を踏まえて、火山活動が活発化していくなかで想定される地殻変動を計算するとともに、地殻変動監視評価手法の開発を行う。
３．研究の成果の到達目標
３．１ 全体の到達目標
全国の主な火山を対象に、地殻変動源の推定によりマグマ等の蓄積状態を把握する。そして、地殻変動による火山監視手法及び定量的な評価手法を開発し、地殻変動データの時間的推移も含めたシナリオを作成する等、既存の噴火シナリオの高度化を行う。
３．２ 副課題ごとの到達目標
（副課題１）活動的火山の地殻源推定の高精度化に関する研究
伊豆大島については、次のような観測・研究により、マグマ蓄積・移動の検出と地殻変動源推定の高精度化を図り、マグマ供給系の詳細を解明する。
- 既に強化したGPS、光波測距観測等の稠密地殻変動観測網による圧力源の推定を行い、長期的な地殻変動をもたらす圧力源の位置・膨張量のより詳細な推定を行う。
- 高分解能の歪及び傾斜観測データを用いて、膨張期・収縮期の圧力源の位置、特に深さの時間変化を検出する。
- GPSによる地殻の上下変動観測データと精密重力観測データを合わせ、マグマ上昇に伴う地下の質量変化を検出する。
伊豆大島以外の火山についても、既存の観測網データの活用や干渉SARによる地殻変動解析によって地殻変動源の位置や膨張量の推定を行う。
（副課題２）噴火シナリオに関する研究
内外の活動的火山における地球物理学的な観測研究等の整理結果をもとに、異常未経験火山も含め、噴火シナリオの定量化を図る。そのうえで、現在の観測網の検知力の検証や監視評価手法等の開発を行う。
そのうち、特に、地殻変動に関しては、火山活動が活発化していくなかで想定される地殻変動を計算してシナリオの定量化を行うとともに、地殻変動データから圧力源の時空間変化をリアルタイムで監視・評価する手法を開発する。