[S-VC31] 活動的火山

[SVC31-P16] 桜島火山における水準測量による圧力源の推定

*上土井 歩佳¹、松島 健²、山本 圭吾³ (1.九州大学大学院理学府地球惑星科学専攻、2. 九州大学大学院理学研究院付属・地震火山観測研究センタ ー、3.京都大学防災研究所付属火山活動研究センター)

キーワード：桜島、水準測量、有限球モデル

鹿児島県鹿児島市に位置する桜島は錦江湾奥部の姶良カルデラ南縁に形成された安山岩－デイサイト質の後カルデラ火山で，2つの成層火山である北岳と南岳からなる．桜島では有史以降に文明大噴火と安永大噴火，大正大噴火，昭和大噴火の4つの大規模噴火が記録されており，いずれも大きな被害が起きている．現在でも桜島の主マグマだまりである姶良カルデラ下の圧力源には継続的なマグマの供給がなされていて，南岳では活発な噴火活動が観測されている．したがって，桜島では噴火メカニズム解明のために様々な火山活動に伴う地盤変動観測が行われている．その中でも水準測量は地殻の上下動について非常に精密な計測が可能な観測法である．桜島での水準測量の繰り返し観測では桜島西岸の水準点S.17を基準点として各水準点との比高値を測量データとしている．2016年から2021年までの5年間での地盤の上下動を計算すると，桜島北岸の水準点で隆起が見られ，桜島中央部から南岸での水準点では沈降が見られた．（山本ら，2021）
火山性の地殻変動を考慮する際に広く使われているモデルの一つに「茂木モデル」が挙げられる．このモデルは圧力源の半径が圧力源中心の深さに対して十分に小さい時を仮定しており，桜島下の浅部圧力源における解析解に誤差が生じてしまう恐れがある．一方で，McTigue(1987)は圧力源の半径と深さの比が大きい場合でも精度の良い解析解が成立するように圧力源と地表面間の応力による相互作用を考慮することで，茂木モデルの解に高次項を加えた「有限球モデル」を提案している．
そこで本研究では有限球モデルを適用して桜島の浅部圧力源の解析を行った場合と旧来の茂木モデルを適用した場合についての理論値と観測値の二乗平均平方誤差を比較し，有限球モデルによる解析解の方がより精度よく地表面変位を求めることが出来ることを明らかにした．
次に，有限球モデルを適用し水準測量での繰り返し観測による2016年から2021年までの桜島島内の地盤上下変動データを用いて桜島地下の浅部に存在する圧力源の位置と体積変化量の推定を行った．推定の際には姶良カルデラ下に存在する主マグマだまりの他に桜島地下に2つの圧力源を考慮した．更に，姶良カルデラ下の圧力源(SourceA)については味喜ら (2021)によって決定された位置に固定して体積変化量のみを未知量とし，桜島下の2つの圧力源については位置と体積変化量共に未知量として解析を行った．
解析の結果，桜島北西の地下3.4㎞の場所に膨張する圧力源(SourceK)，桜島南岳付近の地下2.5㎞の場所に収縮する圧力源(SourceM)が推定された．また，それぞれの圧力源の体積変化はSourceAが10.9×10⁶m³ , SourceKとSourceMはそれぞれ0.8×10⁶m³ , -2.4×10⁶m³ であった．この結果は桜島での震源が主に桜島南岳直下の深さ0～3㎞に分布していることに整合している．(気象庁,2021) この解析解と実際の地殻の上下動をそれぞれの水準路で比較を行ったところ，北岳路線については概ね一致した結果となったが桜島一周道路路線の桜島北側の水準点とハルタ山登山路線の水準点では変位量が観測値よりも低く見積もられた．桜島北岸の水準点については姶良カルデラ下の圧力源の影響を大きく受けているため，今回固定したSourceAの位置を未知量として解析を行う必要がある．今後はより広い範囲のデータを使用した解析を行っていくと同時に，GNSS観測や傾斜計など，他の観測データも用いた複合的な解析を行うことでより精度の良い解析を行う．