17:15 〜 19:15
[SVC32-P10] 余効変動の除去による蔵王山の深部膨張源の検出
キーワード：GNSS、余効変動、Mt. Zao 、expansion source
東北地方太平洋沖地震の発生から数年の間，東北地方の活火山では余効変動の影響により検出できていなかった中長期的な地殻変動現象がある可能性がある．東北地方太平洋沖地震の震源に近い活火山の1つとして，蔵王山が挙げられる．蔵王山では1940年以降噴火していないが，近年でも地震活動の増加など火山活動の活発化が認められている．これらの火山活動の活発化に際し，2014年から2015年にかけて膨張イベントがあったことがGNSS観測により指摘されていた（国土地理院，2015; 仙台管区気象台火山監視・情報センター, 2016; 三浦・他，2019）．それ以外の膨張イベントについては検出されていなかったものの，地震活動の活発化等は2013年頃から指摘されていた．そこで，本研究ではGNSSのデータから2011年東北地方太平洋沖地震の余効変動を除去し，検出できていなかった中長期的な地殻変動現象の検出を目指すこととした．
本研究で用いたデータは，国土地理院の日々の座標値F5解（村松・他，2021）と，気象庁が火山監視のために観測している坊平の座標値である．国土地理院の解析結果と気象庁の解析結果をGEONETの山形で結合する処理を行った．長崎県五島列島の福江を固定した各観測点の変位の時系列から，地震時のステップ状の変化，季節変動を除去した．このGNSSデータから， 2つの別々の手法で余効変動を除去した．1つはTobita（2016）による時間関数モデルである．各観測点の変位の時系列から2つの対数関数と指数関数と定常速度項のパラメータを推定し，除去した．もう1つはMunekane（2021）による空間関数モデルである．蔵王山の想定火口である御釜からの距離が20kmより離れている観測点は，火山性地殻変動の影響を受けていないと仮定する．そして，周辺の8観測点における月ごとの変位から，その月の余効変動の空間パターンのパラメータを求め，想定火口からの距離が20km以内の観測点の余効変動を除去した．
このようにして火山性地殻変動以外の影響を除去した各観測点の変位の時系列から，膨張イベントを検出したところ，2013年1月～2014年3月，2014年7月～2015年9月， 2017年3月～2017年10月（空間関数モデルのみ）に膨張イベントを検出することができた．このうち，2014年7月～2015年9月の膨張イベントは従来から指摘されていた事例であり，その他2つは本研究で新たに検出できた事例である．
検出できたこれらの膨張イベントの変動量を用いて，変動源（球状圧力源モデル）の推定を行った．この変動源の推定には，想定火口からの距離が20km以内の5観測点（坊平，山形，宮城川崎，上山，七ヶ宿）の変動量を用いている．2014年7月～2015年9月の事例は前半と後半で変動レートが異なるため，2期間（2014年7月～2015年2月及び2015年2月～9月）に分けて推定した．余効変動の除去を時間関数モデル，空間関数モデルの2手法で行ったため，膨張イベントの変動量は各イベントで2つある．このうち，特に時間関数モデルでは全観測点に共通する変動が見られたため，並進成分と球状圧力源モデルのパラメータを同時に推定することとした．パラメータの推定には，MCMC法を用いた．その結果，全てのイベントで想定火口（御釜）の北東方向に変動源が求まった．水平距離は各事例，各モデルでそれぞれ異なるが，概ね数km程度である．変動源の深さは10km付近に推定されたが，これは体積膨張量によっても大きく変わるため，十分拘束できなかった．これは，変動量推定に用いた観測点の数が少なかったことに起因すると考えられる．三浦・他 (2019) は，2015年1月～6月の膨張イベントについて，想定火口から東に1km，深さ約4.4kmの位置に体積膨張量4.0×10^6 ㎥の変動源を推定した．本研究の2015年2月～9月の事例において，変動量の深さが4～6kmにあると仮定した場合には体積膨張量は5×10^6 ㎥程度と推定されるため，両者の結果に大きな違いはないこととなる．
新たに検出された膨張イベントのうち2013年1月～2014年3月の事例は，2つの余効変動除去手法のどちらを用いても検出できた．地震活動としては，2012年から深部低周波地震が増加している中，膨張イベントが検出された2013年1月以降，浅部における長周期地震の発生及び低周波のB型地震の増加，同年７月以降，A型地震及び高周波のB型地震が増加するなど推移が認められた．一方，空間関数モデルを用いた余効変動除去手法のみで検出された2017年3月～10月の事例は，地震活動に変化が認められていなかった．現状では，明らかな膨張イベントとして認めることは難しい．
本研究で用いたデータは，国土地理院の日々の座標値F5解（村松・他，2021）と，気象庁が火山監視のために観測している坊平の座標値である．国土地理院の解析結果と気象庁の解析結果をGEONETの山形で結合する処理を行った．長崎県五島列島の福江を固定した各観測点の変位の時系列から，地震時のステップ状の変化，季節変動を除去した．このGNSSデータから， 2つの別々の手法で余効変動を除去した．1つはTobita（2016）による時間関数モデルである．各観測点の変位の時系列から2つの対数関数と指数関数と定常速度項のパラメータを推定し，除去した．もう1つはMunekane（2021）による空間関数モデルである．蔵王山の想定火口である御釜からの距離が20kmより離れている観測点は，火山性地殻変動の影響を受けていないと仮定する．そして，周辺の8観測点における月ごとの変位から，その月の余効変動の空間パターンのパラメータを求め，想定火口からの距離が20km以内の観測点の余効変動を除去した．
このようにして火山性地殻変動以外の影響を除去した各観測点の変位の時系列から，膨張イベントを検出したところ，2013年1月～2014年3月，2014年7月～2015年9月， 2017年3月～2017年10月（空間関数モデルのみ）に膨張イベントを検出することができた．このうち，2014年7月～2015年9月の膨張イベントは従来から指摘されていた事例であり，その他2つは本研究で新たに検出できた事例である．
検出できたこれらの膨張イベントの変動量を用いて，変動源（球状圧力源モデル）の推定を行った．この変動源の推定には，想定火口からの距離が20km以内の5観測点（坊平，山形，宮城川崎，上山，七ヶ宿）の変動量を用いている．2014年7月～2015年9月の事例は前半と後半で変動レートが異なるため，2期間（2014年7月～2015年2月及び2015年2月～9月）に分けて推定した．余効変動の除去を時間関数モデル，空間関数モデルの2手法で行ったため，膨張イベントの変動量は各イベントで2つある．このうち，特に時間関数モデルでは全観測点に共通する変動が見られたため，並進成分と球状圧力源モデルのパラメータを同時に推定することとした．パラメータの推定には，MCMC法を用いた．その結果，全てのイベントで想定火口（御釜）の北東方向に変動源が求まった．水平距離は各事例，各モデルでそれぞれ異なるが，概ね数km程度である．変動源の深さは10km付近に推定されたが，これは体積膨張量によっても大きく変わるため，十分拘束できなかった．これは，変動量推定に用いた観測点の数が少なかったことに起因すると考えられる．三浦・他 (2019) は，2015年1月～6月の膨張イベントについて，想定火口から東に1km，深さ約4.4kmの位置に体積膨張量4.0×10^6 ㎥の変動源を推定した．本研究の2015年2月～9月の事例において，変動量の深さが4～6kmにあると仮定した場合には体積膨張量は5×10^6 ㎥程度と推定されるため，両者の結果に大きな違いはないこととなる．
新たに検出された膨張イベントのうち2013年1月～2014年3月の事例は，2つの余効変動除去手法のどちらを用いても検出できた．地震活動としては，2012年から深部低周波地震が増加している中，膨張イベントが検出された2013年1月以降，浅部における長周期地震の発生及び低周波のB型地震の増加，同年７月以降，A型地震及び高周波のB型地震が増加するなど推移が認められた．一方，空間関数モデルを用いた余効変動除去手法のみで検出された2017年3月～10月の事例は，地震活動に変化が認められていなかった．現状では，明らかな膨張イベントとして認めることは難しい．