[S-VC34] 火山の監視と活動評価

[SVC34-P05] ピラー直結型海底地盤変動観測装置に関する測位実験

*筒井 智樹¹、味喜 大介¹、井口 正人¹ (1.京都大学防災研究所)

キーワード：GNSS、火山性地殻変動、姶良カルデラ

海底に定置されたアンカーとユニバーサルジョイントで結合されたピラーで構成されたピラー結合型海底地盤変動観測装置の測位システムの検討について報告する。ピラー結合型海底地盤変動観測装置のすべての方向に傾斜運動できるピラーの最頂部に設置されたGNSSアンテナによって測位を行う。
　ピラー結合型海底地盤変動観測装置は姶良カルデラの火山活動に伴う地盤変動の観測を目的として計画された。姶良カルデラでは桜島の火山活動に伴う地盤変動がこれまでにも報告されている（例えばOmori, 1920; 江頭他, 1997; Yamamoto et al., 2013）。火山活動に伴う垂直地盤変動は姶良カルデラ縁辺部で約1cm/年であり(例えばYamamoto et al., 2013; 井口, 2013)、ピラー結合型海底地盤変動観測装置はこのスケールの地盤変動を検出しなければならない。また、本海底地盤変動観測装置は台風が繰り返し上陸する南九州の自然環境に耐える必要がある。
　本海底地盤変動観測装置を電子基準点として使用するためには、1)利用するGNSSデータ解析法の安定性の確認、2)GNSS測位のアンテナの運動への追随、3)ピラーの傾斜角に基づいた傾斜補正法の構築が必要である。本発表ではこのような要求を満たす海底地盤変動観測装置の測位システム構築を目的として,令和２年度と令和３年度に行った検討の結果を報告する。
　1)の課題に対しては、京都大学防災研究所火山活動研究センターの常設観測点の1年間のデータを用いてキネマティック法の解析結果とスタティック法の解析結果を比較し、キネマティック法の長期安定性を確認した。
　2)と3)の課題に対しては実際のGNSS測位を取得する実験を行った。屋外に建造した1.6 m高の2本のコンクリート支柱を用いて下記３種類の実験用プラットホームを構成した。
（１）１回転軸、手動駆動
（２）１回転軸、電動機駆動
（３）２回転軸、手動（風力）駆動
　いずれもGNSS測位により最下部の回転軸上に位置する測位点の座標を測位した。（１）のプラットホームでは２つの傾斜検出手法（傾斜計法と２アンテナ法）の比較検討を行った。（２）のプラットホームでは２アンテナ法の測位安定性と運動追従性の検証を行った。（３）のプラットホーム（図２）では２アンテナ法を拡張した４アンテナ法で測位精度の確認を行った。

　（１）では傾斜計法より２アンテナ法の方が正確な傾斜角を与えることが明らかになった。アンテナ運動速度が大きいほど両者の差が大きくなる傾向にあった。そのため、以降の実験では２アンテナ法をベースにして検証を進めることにした。
（２）では数日間にわたる測位実験から、２アンテナ法による測位結果が安定した結果を与え、かつ想定されるアンテナ運動速度(約2 m/s)においても正確な測位結果が得られることを確認した。
（３）の実験では1m間隔のアンテナアレイにおける測位が正常になされることを確認できたほか、開発した傾斜補正のアルゴリズムが有効であることを確認した。
これらの結果を踏まえ、今後建造される海底地盤変動観測装置では４アンテナ構成のアンテナアレイ方式を採用することにした。


謝辞
本研究の経費は原子力規制庁令和３年度原子力施設等防災対策等委託費(火山性地殻変動と地下構造及びマグマ活動に関する研究）を使用しました。ここに記して謝意を表します。