[S-EM15] Electric, magnetic and electromagnetic survey technologies and scientific achievements

[SEM15-10] 電磁探査による熱水噴火場の観測と噴火予知

★招待講演

*萬年 一剛¹ (1.神奈川県温泉地学研究所)

キーワード：熱水噴火、CSAMT、噴気、ドローン

2014年の御嶽山噴火は、第二次世界大戦以降、日本で最も多くの犠牲者を出した火山災害であり、60人以上の死者をもたらし、火山防災対策の大幅な見直しを促した。それ以来、2015年の箱根山噴火、2018年の草津白根（本白根）山噴火、2019年のホワイトアイランド噴火など、社会的に注目を集める噴火が続いた。これらはいずれも、水蒸気噴火の一種である熱水噴火に分類される。熱水噴火は、噴気地帯の地下に存在する熱水の相転移によって引き起こされる爆発現象である。マグマが直接関与しないため、地震や地殻変動などの前兆現象が微弱であり、予測が難しい。
噴気地帯は観光地として利用されることが多く、多くの人々が潜在的な噴火地点に立ち入るため、噴火の規模に比べて被害が甚大になりやすい。この問題は、噴火の監視体制を改善する必要性を示している。特に、電磁探査は、新たな監視システムの重要な要素となると期待され、一層の進化が望まれる。本講演では、噴気地帯に関する現在の理解と、電磁探査が今後の監視技術として果たす可能性について述べる。
噴気活動を持つ火山では、地表と深部のマグマ溜まりの間に「熱水系」と呼ばれる水（＝熱水）循環システムが存在すると考えられている。噴気地帯の熱は、この熱水系を流れる熱水によって運ばれるが、最終的な熱源は地下のマグマである。噴気地帯で放出されるガスもマグマ由来ではあるが、その化学組成はマグマのガスとは大きく異なる。また、噴気地帯の温泉の化学組成も、地下の熱水とは異なっており、これは地下で起こる化学反応や気液分別による影響を受けるためである。
蒸気卓越帯は、岩石の連続した間隙が液体の水ではなく蒸気で満たされている地質体であり、特に化学的な分別が進む場所とされる。たとえば、噴気地帯の温泉には、(1) シリカ含有量が少ない、(2) 塩化物イオン濃度が低い、(3) 湧出量が少ない、という特徴が見られる。これらは、(1) 高温を経験していない、(2) 気液分離によって形成された、(3) 集水域が噴気地帯とその周辺に限定されている、ということを示唆している。このことから、噴気地帯の温泉は、主に最近降った雨水が、地表付近の蒸気卓越帯からの蒸気によって加熱されてできたものであり、一部の酸性成分は酸化された蒸気から供給されると考えられている。
蒸気卓越帯の存在は広く認識されているが、確認例は少ない。蒸気は、特に溶存成分を多く含む液体の水に比べて比抵抗が高いため、電磁探査を用いた検出が有効である。また、蒸気の割合は温度や圧力によって変化すると考えられている。
箱根山最大の噴気地帯である大涌谷で実施されたCSAMT探査では、キャップロック（低比抵抗帯）が熱水系を覆っていることと、その下に広がる蒸気卓越型の熱水系（高比抵抗帯）が検出された。さらに、キャップロック内には小規模な蒸気卓越帯（蒸気ポケット）と考えられる高比抵抗帯が点在していた。興味深いことに、これらの蒸気ポケットの真上には、活発な温泉や噴気が存在していた。このことは、蒸気ポケットが地下流体の通路となるとともに、化学的な分別が起こる場であることを示唆している。また、噴火後には、蒸気ポケットのサイズが大きくなり、比抵抗も高くなっていた。これは、噴火による減圧で蒸気割合が増加したことを示している。噴火前には、圧力上昇により蒸気割合が減少し、蒸気ポケットが縮小し、比抵抗が低下すると予想される。
このように、電磁探査は噴気地帯の機能解明、熱水噴火のポテンシャル評価、前兆検出など、多くの課題に対応可能な技術である。今後の研究課題として、(1) 電磁探査と地球化学的解析を統合した噴気地帯のモデリングの推進、(2) UAV（無人航空機）を用いた自動化電磁探査による高頻度・高分解能の比抵抗構造解析を活用した噴気地帯のモニタリングの2つを提案する。