11:15 〜 11:30
[SVC33-08] 宮城県鬼首間欠泉における地電位・傾斜の多地点同時観測
キーワード：間欠泉、水蒸気噴火、傾斜、地電位（電場）、地下水
[はじめに]
2018年霧島硫黄山の小規模水蒸気噴火発生の数十分前、「傾斜変動を伴う火山性微動」に加え、火口近傍の１観測点で地下水流動（流動電位）と解釈できる地電位変動が観測された（Aizawa et al. 2022, Commun. Earth Environ.）。さらに、Tanabe et al. (2023, Earth Planets Space) は、2021年霧島硫黄山西火口の間欠的熱水噴出現象（間欠泉現象）の熱水噴出直前にも、噴気孔近傍の１観測点で地電位変動が生じることを報告した。これらは、水蒸気噴火と間欠泉噴出の直前に類似した地下水流動プロセスが存在する可能性を示唆しており、水蒸気噴火直前予測に向けた第一段階として、より身近な間欠泉現象における地下水流動（地電位変動）の役割を理解することが有効と考えられる。Tanabe et al. (2024, JpGU) は、地下CO2ガスの圧力により低温温泉水（21 ℃）を噴出する島根県木部谷間欠泉で、傾斜・地電位の多地点同時観測を実施し、噴出孔近傍に推定された板状圧力源の膨張と収縮が周辺の地下水流動と関係していることが明らかとなった。傾斜・地電位の多地点同時観測は、CO2駆動型間欠泉の噴出機構と地下水流動の関係性解明に有効であると示したが、実際の火山噴火でも重要な地下高温流体の情報が期待される熱水駆動型間欠泉でも同様であるか未解明である。本発表では、熱水駆動型間欠泉である宮城県鬼首間欠泉で、傾斜・地電位の多地点同時観測を行った結果を報告する。
[フィールド＆観測]
鬼首間欠泉は宮城県大崎市に位置する（標高300 m）。間欠泉・弁天は熱水（地表面で80–100 ℃）が噴出間隔13.5分（噴出時間1.5分）で噴出する熱水駆動型間欠泉である。噴出孔の地表下およそ3.5mには、噴出に重要な空洞の存在が示唆されている（Teshima & Nishimura 2024) 。本研究では、2024年10月29日から11月１日にかけ、弁天の噴出孔周辺に地電位センサーを8ヵ所、傾斜計を4ヵ所（内２ヵ所に空振計も設置）、温度計､カメラを展開（Fig. 1）。さらに、深さ4.0–8.5 mの坑内温度測定を実施した。
[観測結果]
映像・空振データから、主な間欠泉の１サイクルは次であることが分かった。Preplay phase (噴出開始の10–24秒前) : 管内を流体が上昇。Eruption phase（1分24秒間）: 激しい噴出。Recharge phase（12分間）: 完全に噴出を停止。
地電位データは､６観測点。傾斜データは 2観測点で間欠泉周期と関係した変動を記録した。Preplay開始を基準とした時、地電位変動は次の２つのフェーズに分けることができる。
変動 ① : Preplay開始で噴出孔周辺が相対的に高電圧となり、噴出終了のおよそ20秒前で最大値をとる。その後、噴出終了のおよそ１分後まで低下を続ける。
変動 ② : 噴出終了のおよそ１分後から再び噴出孔周辺が相対的に高電圧となる。そして、噴出終了のおよそ４分後から次のPreplay開始まで低下する。
傾斜データは、Preplay開始から噴出終了のおよそ20秒前にかけ、噴出孔方向の沈降を示し、次のPreplay開始まで、噴出孔方向の隆起を示す。坑内温度は、噴出中に108–112 ℃を示すが、噴出終了と同時に低下して、およそ１分後には98 ℃を示し、およそ3分間安定したのちに急激に上昇を始め、次のサイクルにつながる。
[考察＆まとめ]
本研究で得られた地電位変動を、地下水流動（流動電位）と解釈する。特にζ電位が負と仮定すると、地下水流動の下流側が相対的に高電圧となることが知られている。この場合、変動 ①（Preplay開始～噴出終了のおよそ１分後）と変動 ②（噴出終了のおよそ１分後～次のPreplay開始）の２回、噴出孔方向への地下水流動が推定される。１回目の地下水流動は、噴出孔方向の沈降中に増加し、隆起に転じると減少する。これは、地下システム内の減圧により周辺部からの地下水が流入、増圧により地下水の流入が弱まるためと考えられる。２回目の地下水流動は、噴出終了のおよそ1分後（噴出孔方向の隆起中）に生じ、噴出終了のおよそ4分後まで増加する。また、坑内温度は噴出終了からおよそ3分間、98 ℃で安定する。これは、噴出終了直後、坑内流体中の気相の割合が減少し、体積減少が生じることで、およそ１分後には周辺部から地下水が流入する。また、噴出終了のおよそ4分後から次のPreplay開始にかけ、坑内流体は地下熱源の加熱により気相の割合が増加し、周辺部からの地下水流入が弱まる。その後、坑内温度も急激に上昇し，次の噴出に移行すると考えられる。今後、傾斜変動解析・電流源の推定を行い､地下圧力源と地下水流動の空間関係を議論する予定である。
[謝辞]
現地調査では鬼首かんけつ泉の岡初恵様とスタッフの方々にご協力頂きました．本研究は JSPS 科研費 「傾斜変動と電場変動の同時観測による水蒸気噴火直前予測可能性の検討」（JP23H01275, JP23K25971） の助成を受けたものです。ここに記して、深く感謝の意を表します。
2018年霧島硫黄山の小規模水蒸気噴火発生の数十分前、「傾斜変動を伴う火山性微動」に加え、火口近傍の１観測点で地下水流動（流動電位）と解釈できる地電位変動が観測された（Aizawa et al. 2022, Commun. Earth Environ.）。さらに、Tanabe et al. (2023, Earth Planets Space) は、2021年霧島硫黄山西火口の間欠的熱水噴出現象（間欠泉現象）の熱水噴出直前にも、噴気孔近傍の１観測点で地電位変動が生じることを報告した。これらは、水蒸気噴火と間欠泉噴出の直前に類似した地下水流動プロセスが存在する可能性を示唆しており、水蒸気噴火直前予測に向けた第一段階として、より身近な間欠泉現象における地下水流動（地電位変動）の役割を理解することが有効と考えられる。Tanabe et al. (2024, JpGU) は、地下CO2ガスの圧力により低温温泉水（21 ℃）を噴出する島根県木部谷間欠泉で、傾斜・地電位の多地点同時観測を実施し、噴出孔近傍に推定された板状圧力源の膨張と収縮が周辺の地下水流動と関係していることが明らかとなった。傾斜・地電位の多地点同時観測は、CO2駆動型間欠泉の噴出機構と地下水流動の関係性解明に有効であると示したが、実際の火山噴火でも重要な地下高温流体の情報が期待される熱水駆動型間欠泉でも同様であるか未解明である。本発表では、熱水駆動型間欠泉である宮城県鬼首間欠泉で、傾斜・地電位の多地点同時観測を行った結果を報告する。
[フィールド＆観測]
鬼首間欠泉は宮城県大崎市に位置する（標高300 m）。間欠泉・弁天は熱水（地表面で80–100 ℃）が噴出間隔13.5分（噴出時間1.5分）で噴出する熱水駆動型間欠泉である。噴出孔の地表下およそ3.5mには、噴出に重要な空洞の存在が示唆されている（Teshima & Nishimura 2024) 。本研究では、2024年10月29日から11月１日にかけ、弁天の噴出孔周辺に地電位センサーを8ヵ所、傾斜計を4ヵ所（内２ヵ所に空振計も設置）、温度計､カメラを展開（Fig. 1）。さらに、深さ4.0–8.5 mの坑内温度測定を実施した。
[観測結果]
映像・空振データから、主な間欠泉の１サイクルは次であることが分かった。Preplay phase (噴出開始の10–24秒前) : 管内を流体が上昇。Eruption phase（1分24秒間）: 激しい噴出。Recharge phase（12分間）: 完全に噴出を停止。
地電位データは､６観測点。傾斜データは 2観測点で間欠泉周期と関係した変動を記録した。Preplay開始を基準とした時、地電位変動は次の２つのフェーズに分けることができる。
変動 ① : Preplay開始で噴出孔周辺が相対的に高電圧となり、噴出終了のおよそ20秒前で最大値をとる。その後、噴出終了のおよそ１分後まで低下を続ける。
変動 ② : 噴出終了のおよそ１分後から再び噴出孔周辺が相対的に高電圧となる。そして、噴出終了のおよそ４分後から次のPreplay開始まで低下する。
傾斜データは、Preplay開始から噴出終了のおよそ20秒前にかけ、噴出孔方向の沈降を示し、次のPreplay開始まで、噴出孔方向の隆起を示す。坑内温度は、噴出中に108–112 ℃を示すが、噴出終了と同時に低下して、およそ１分後には98 ℃を示し、およそ3分間安定したのちに急激に上昇を始め、次のサイクルにつながる。
[考察＆まとめ]
本研究で得られた地電位変動を、地下水流動（流動電位）と解釈する。特にζ電位が負と仮定すると、地下水流動の下流側が相対的に高電圧となることが知られている。この場合、変動 ①（Preplay開始～噴出終了のおよそ１分後）と変動 ②（噴出終了のおよそ１分後～次のPreplay開始）の２回、噴出孔方向への地下水流動が推定される。１回目の地下水流動は、噴出孔方向の沈降中に増加し、隆起に転じると減少する。これは、地下システム内の減圧により周辺部からの地下水が流入、増圧により地下水の流入が弱まるためと考えられる。２回目の地下水流動は、噴出終了のおよそ1分後（噴出孔方向の隆起中）に生じ、噴出終了のおよそ4分後まで増加する。また、坑内温度は噴出終了からおよそ3分間、98 ℃で安定する。これは、噴出終了直後、坑内流体中の気相の割合が減少し、体積減少が生じることで、およそ１分後には周辺部から地下水が流入する。また、噴出終了のおよそ4分後から次のPreplay開始にかけ、坑内流体は地下熱源の加熱により気相の割合が増加し、周辺部からの地下水流入が弱まる。その後、坑内温度も急激に上昇し，次の噴出に移行すると考えられる。今後、傾斜変動解析・電流源の推定を行い､地下圧力源と地下水流動の空間関係を議論する予定である。
[謝辞]
現地調査では鬼首かんけつ泉の岡初恵様とスタッフの方々にご協力頂きました．本研究は JSPS 科研費 「傾斜変動と電場変動の同時観測による水蒸気噴火直前予測可能性の検討」（JP23H01275, JP23K25971） の助成を受けたものです。ここに記して、深く感謝の意を表します。