[S-VC29] 火山の熱水系

[SVC29-02] ヘリウム・炭素同位体比からみた草津白根火山周辺における地下深部流体の供給系

*角野 浩史¹、滝口 孝寛²、小長谷 智哉¹、外山 浩太郎³、寺田 暁彦⁴ (1.東京大学大学院総合文化研究科広域科学専攻、2.東京大学教養学部統合自然科学科、3.東京大学大気海洋研究所、4.東京工業大学火山流体研究センター)

キーワード：ヘリウム同位体比、草津白根山、熱水、炭素同位体比

草津白根火山のうちの一つである本白根山において2018年1月に水蒸気噴火が発生した。また同年9月から12月にかけ、同火山西方の長野県高山村で群発地震が観測されている（寺田ほか、JpGU-AGU Joint Meeting 2020）。いずれの現象も地下のマグマそのものではなく、マグマから分離した揮発性成分からなる地下深部流体により引き起こされたものとされていることから、草津白根山とその周辺地域における地下深部流体の起源と供給経路に関する知見を得ることは今後の防災上の観点からも重要と考えられる。そこで当該地域の噴気地帯や温泉群にて噴気、温泉水、井戸水、温泉遊離ガスを採取し、ヘリウム・炭素同位体比を測定した。

³He/⁴He比（大気における値を1 Raと定義、大気成分の混入を⁴He/²⁰Ne比を用いて補正）は、白根山山頂の湯釜火口からの距離に応じて減少する傾向を示し、8 Ra程度の高い値をもつマグマ起源ヘリウムの寄与が、地下を移動する間に低い³He/⁴He比（0.1 Ra以下）をもつ地殻起源ヘリウムによって希釈されていると考えられる。火口近傍の³He/⁴He比の減少率からは、白根山西側へのマグマ起源流体の供給は東側に比べて小さいと予想されるが、西側では白根山から9～15 km離れた広い範囲にわたって、ほぼ一定の³He/⁴He比（4～5 Ra）を示す温泉が分布しており、草津白根山の地下数 kmの範囲に拡がる熱水系（例えばMatsunaga et al., JVGR 2020）からの流体がこの地域の地下水系に、地殻起源ヘリウムとの混合率を一定に保ったまま広範に供給されているとは考えにくい。この³He/⁴He比の分布域は2018年の群発地震の震源分布とほぼ重なることから、震源となったと思われる断層を通して地下深部から流体が効率よく供給されている可能性が考えられる。なおさらに西方に26 km離れた地点における温泉遊離ガスではより高い³He/⁴He比（6.1 Ra）がみられたが、この地点の近傍には長野盆地西縁活断層系が存在していることから、やはりこの断層を通して深部流体が供給されていると考えられる。

また炭素同位体比（δ¹³C_PDB）は湯釜火口から10 km以内の範囲では–1～–8‰程度であったが、さらに火口から離れるとより低くなる傾向があり、上記の最も西方に離れた地点では–76‰という非常に低い値が得られた。この温泉遊離ガス中の炭素はメタンに由来することと、この地域にはグリーンタフ層が分布していることから、マントル起源のヘリウムを含むことも報告されているグリーンタフ貯留天然ガス（坂田、石油学会誌 1997）が長野盆地西縁活断層系を通して深部から供給されている可能性がある。