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水準測量による有珠山の
中長期活動予測の可能性
2006年度A05班会議
北海道大学大学院理学研究院
附属地震火山研究観測センター
森 済
１．はじめに
一等水準測量は、中長期的な火山活動との対応を見ることの出
来る100年オーダーの高精度なデータの蓄積のある我が国で唯一
の測量である。
2004年秋の火山学会では、浅間山について長期的な活動変化
と水準測量の対応を示した。 2005年度班会議では、北海道駒ケ
岳の長期的変動モデルを考えた。 今回は、近傍では、静穏期には
常に沈降が顕著で、活動前兆と考えられる隆起膨張が直前まで認
められない有珠山について検討する。
広域地殻変動による中長期活動予測
広域水準測量
①1905年
42ﾟ45'N
北
J13
１．1910年明治新山生成活動
２．1943-45年昭和新山生成活動
BM6609
②1953･54年
BM6602
西
洞爺湖
③1968年
３．1977-82年有珠新山生成活動
J6
④1985･86年
42ﾟ30'N
⑤1992年（北は無し）
４．2000年新山生成活動
噴火湾
南
⑥2000年(北のみ）
⑦2004年
Fig. 有珠山周辺1等水準測量路線（■、■；有珠山中心から10km以遠）
静穏期の有珠山の地殻変動
有珠山は、20世紀に4回の噴火をおこなっており、北海道内はも
ちろん、我が国でも有数の活動的火山である。以下に述べるよう
に過去4回の噴火後には、活動時の隆起域で顕著な沈降が認め
られている。
1910年活動後は９年以上、
1943-45年活動後は17年以上（1977-82年活動直前まで）
1977-82年活動後1999年まで、
沈降が認められている。
2000年活動後も、2006年現在沈降が継続している。
さらに、水準測量から、同時に全山的沈降がおきていると考えら
れる。
明治新山生成活動後の有珠山近傍の地殻変動
6599
6597
7191
6598
7192
Ⅵ
6596
Fig. 1910年明治新山生成活動後の一等
水準点の変動（BM7191基準、Omori,1920）
･隆起域に最も近い水準点(6598）の変動 Ｆｉｇ. 1911～1919年の上下変動分布。全山規模の
沈降が認められる。
が最も大きい。6596、Ⅵも変動している。
この3点では、1911～1912年の変動大。
6598の沈降率4.6cm/年、1912年以降約6％の沈降率0.27cm/year。
少し離れた水準点（6597、6599､7192）では、1911 ～1912年の沈降は認められが,
継続的沈降は明瞭ではない。（右図）
有珠山中心から半径5～6kmの範囲は、全山的な沈降域。
昭和新山生成活動後の昭和新山近傍の地殻変動
(Minakami et. al., 1950に加筆）
4
1949.7－1948.10
Δh(mm)
3
2
水上
計算
1
0
(Minakami et.al., 1950)
-1
-2
･1948年10月～1949年7月の間、
d、ｇ以外の4点は沈降
･昭和新山中心に最も近い点の沈降
が最大(-4.1mm/年）
-3
-4
-5
a
b
c
d
e
f
g
BM
昭和新山生成活動後の昭和新山近傍の地殻変動（つづき）
10
Δh(cm)
昭和新山上下変動
0
-10
-20
-30
1965
BM1a-BM2
BM1a-BM1053
BM2-BM1053
BM3-BM1053
1970
(year)
1975
Fig. 昭和新山水準路線の上下変動(データは横山他､1973）
Fig. 昭和新山水準路線(横山他,1973）
1965年に、昭和新山の麓と中腹の岩体とを水準測量で結んで以降、1966年、
1968年、1970年、1972年に測量されている。1968年以降は、洞爺湖畔のBM1053
まで路線を延長した。
↓
ほぼ一定の割合で、沈降を続けている。周辺水準の結果とは異なる。
1968年の周辺水準の結果は疑問?
有珠新山生成活動後の有珠山近傍の地殻変動
☆山頂部
･1982/3 隆起停止 → 群発地震活動停止
→ 終息宣言
･約3ヶ月間停止後沈降
有珠新山沈降率約8～10cm/年（山麓に対して）
緩やかな減少
活動時沈降の小有珠も沈降
･外輪山沈降率約2cm/年(山麓に対して）
方位によらない
・停止・反転は、隆起中心部から順次外側へ
（森、鈴木、1998）
有珠新山生成活動後の有珠山近傍の地殻変動（つづき）
上下変動
（森、鈴木、1998）
有珠新山生成活動後の有珠山近傍の地殻変動（つづき）
水平変動（辺長変化）
（森、鈴木、1998）
有珠新山生成活動後の有珠山近傍の地殻変動（つづき）
Fig. 1977－82年有珠新山生成活動後の北山麓の上下変動（1982－1993年、単位mm）
☆山麓部
･活動時複雑なパターンを示した領域全てで沈降（他方位も沈降 → 全山沈降）
1910年、1943－45年の隆起域 ＝ 局所的沈降中心
2mm/年、3mm/年 新しい活動のほうが沈降率大
2000年新山生成活動後の有珠山近傍の地殻変動(つづき）
Usu
有珠山西麓2000年火口域NC火口縁の上下変動
△ 30.0
Δh
(m)
△ 29.5
△ 29.0
有珠新山生成活動後の有珠山近傍の地殻変動（つづき）
・基準点（J6)より内側では沈降が
卓越
・活動時の変動域で変動量大
・基準点より外側では隆起が卓越
(森、鈴木、1998）
広域地殻変動による中長期活動予測
広域水準測量
①1905年
42ﾟ45'N
北
J13
１．1910年明治新山生成活動
２．1943-45年昭和新山生成活動
BM6609
②1953･54年
BM6602
西
洞爺湖
③1968年
３．1977-82年有珠新山生成活動
J6
④1985･86年
42ﾟ30'N
⑤1992年（北は無し）
４．2000年新山生成活動
噴火湾
南
⑥2000年(北のみ）
⑦2004年
Fig. 有珠山周辺1等水準測量路線（■、■；有珠山中心から10km以遠）
20世紀の有珠山活動前後の広域地殻変動
近傍：静穏期には隆起は認められない。
北路線：有珠山北方約21kmのJ13基準
有珠山麓の水準点（J6)を含めて、
経年変化を追える水準点では、
Δh(mm)
40
北路線経年変化（J13：留寿都基準）
20
0
-20
-40
J6
BM6602
BM6609
活動期
-60
-80
-100
1900
1920
1940
1960
1980 (年） 2000
Δh(mm)
Fig. 北路線の上下変動経年変化
20
西路線（BM7170：静狩基準）
0
-20
-40
-60
BM7173
BM7189
J6
活動期
-80
-100
-120
-140
1900
1920
1940
1960
1980 (年） 2000
Fig. 西路線の上下変動経年変化
有珠山に近いほど変動量大
活動期を含む → 沈降
静穏期のみ
→ 隆起
（2000年のデータは噴火開始
約４ヶ月後で、噴火直後の沈降を含ん
でいる、前兆隆起量は図より大きいと思
われる）
西路線：トレンドの影響大
若干異なるが、傾向は同じ
活動終息後間もない、1985-92年が、
隆起率が高い
休止期が、18年と短かったこととも関係
している可能性
有珠山中心より10km以遠で考える。
1953･54－1968年の広域地殻変動のトレンド
NS方向及びEW方向への投影（左図）
から、東西方向のトレンドが卓越。
南北方向にも、トレンドがある。
南北方向、東西方向のそれぞれの
トレンドから、最適トレンドを決定
最大トレンド方位 E 30.1°S、
補正量 -1.05×10－３mm/m
1977-82年活動前静穏期の広域地殻変動
E30.1°S 方向のトレンドを
除去した結果、有珠山南東
部に中心を持ち、半径約30
kmの広がりを示す、同心円
状の隆起パターンが、認め
られた。
近傍では確認できない、
圧力増加（マグマ蓄積）の
傾向は、明瞭であり、1977
年噴火に向けての前兆変
動と考えられる。
Δh Δhmax
↓
f
f3
2
 R2

3
ΔV
2
Δh  H＋H 0

X  f R
2
2
3

（ f ＋R ） 2
Δhm ax （ H＋H 0 )・
f3
2
X
（ H＋H 0 )・  
 f 
↓
2
3
 f 
  
X
H Δhmax・  －H 0
3
1
2
Δｈ ：上下変動（観測値）
H　：上下変動（絶対値 ）
H０ ：基準点上下変動（ 絶対値）
f：ソースの深さ
R：ソースからの水平距 離
1977-82年有珠新山生成活動の前兆広域地殻変動のソース
Δｈ（ｍｍ）
30
1953･54－1968
西
北
南
20
10
0
-10
-40000
-20000
0 x(m)
20000
Fig. 1953･54－1968年広域上下変動（トレンド除去後）
70
1953･54－1968
60
Δh(mm)
50
トレンド除去後(左図）、３方向とも10km以
遠では、同様の傾向
北路線と西路線がシフト
↓
ゼロ点のずれ
↓
ソースの位置を水平・上下各0.5kmメッシュ
でグリッドサーチ
↓
西
北
南
モデル
40
30
20
10
0
-10
0
10000
20000
30000 r(m) 40000
Fig. 有珠新山生成活動の前兆広域変動と最適モデル曲線
･推定最大隆起量63.0mm、体積増加量
2.1×10７㎥（1.5×10６㎥/year）
1977-82年有珠新山生成活動の前兆広域地殻変動のソース
2.5
1953-68
σ
2.4
2.3
2.2
5000
10000
depth(m)
15000
･最適等方圧力源モデルは、有珠
山中心から、南へ1.5km、東へ
1.5km、 深さ10km
･推定最大隆起量63.0mm、
推定体積増加量
2.1×10７㎥（1.5×10６㎥/year）
･深部ソースも、ほぼ有珠山の直
下（洞爺カルデラ内ではない）
ｈ（mm)
1968-1985･86年の広域地殻変動（1977-82年活動を含む）のトレンド
10
0
1968－1985･86
-10
-20
-30
-40
-50
-60
-70
-80
h(mm）
-90
-50000
10
0
-10
-20
-30
-40
-50
-60
-70
-80
-90
-30000
西
北
南
-30000
-10000
10000 EW(m)
1968-1985･86
西
北
南
-10000
10000
30000 NS(m)
NS方向及びEW方向への投影（左図）
から、東西方向のトレンドが卓越。
南北方向にも、トレンドがある。
3方向の路線のデータが揃っているの
でトレンドを求めると、
方位 E 26.7°S
東西方向トレンド補正量
－3.7×10－４mm/m から
補正量 －4.3×10－４mm/m
1968-1985・86年の上下変動（1977-82年活動を含む）
1977－82年活動時の変動と、
その前後の変動の和であるが
活動時の変動が卓越する。
前期間と同様に有珠山南東
に中心を持つ同心円状のパ
ターン。
広域の沈降と隆起のソース
の水平位置は、同じようなとこ
ろにある。
2000年新山生成活動前の広域地殻変動
1985･86-1992年の変動（北路線なし） →
東西のトレンドは求まるが、
南北は不確定
前２期間の平均のトレンドを仮定す
れば、
方位 E 28.4°S
東西方向トレンド-3.7×10７㎥
からの換算値、
補正量 -4. 3×10－４mm/m
1953・54－1968年のトレンド補正量
の約5倍
Fig. 1985･86～1992の広域上下変動の南北（上）、
東西（下）投影図
Δｈ(mm)
2000年新山生成活動の前兆広域地殻変動のソース
10
1985･86－1992
0
-10
-20
西
南
-30
-40000
-20000
0
L(m) 20000
Fig. 1985･86－1992年広域上下変動（トレンド除去後）
70
1985･86－92
Δh(mm)
60
西
南
10km
15km
20km
30km
50
40
30
20
10
0
-10
-20
-30
0
10000
20000
30000 r(m) 40000
Fig. 昭和新山生成活動後の広域変動とモデル曲線
平均的トレンド方位と東西方向トレンド
（-3.7×10７㎥）からの換算値、
E 28.4°S と -4.3×10７㎥
を使用
ソースの位置：水平・上下各1kmメッシュ
グリッドサーチ(深さ10～40km）
↓
最適等方圧力源モデル：
有珠山中心から、
南へ１.5km、
東へ1.5km、
深さ不確定
深さ10kmと仮定すると、
推定体積増加量
4.7×10７㎥ → 20年間で1.3×10８㎥
2000年新山生成活動の前兆広域地殻変動のソース
最適等方圧力源モデル：
有珠山中心から、
南へ１.5km、
東へ1.5km、
深さ不確定
深さ10kmと仮定すると、
推定体積増加量
4.7×10７㎥
→ 20年間で1.3×10８㎥
広域水準測量から明らかになった中長期的活動
（中長期的地殻変動の原因の深部マグマ蓄積と中長期活動予測）
･深部マグマだまりは、有珠山直下のやや南東より（南1.5km、東1.5km）
深さ10km付近、2～7×10６㎥/yearの割合で蓄積。
･洞爺カルデラ内には、存在しない。
･1985･6～1992年の蓄積率と2000年噴火の浅部体積増加量がほぼ対応
→蓄積率から中長期噴火予測可能か？
（1953･4～1968年の蓄積率は厳密には対応しないが数倍の範囲にはある）
･GPSでの体積増加の検知はかなり困難。
･数年ごとの繰り返し広域水準が望ましい。
広域水準測量から明らかになった中長期的前兆活動
（中長期的前兆地殻変動としての深部マグマ蓄積と中長期活動予測）
･深部マグマだまりは、有珠山直下のやや南東より（南1km、東2km）
深さ10km付近、2～7×10６㎥/yearの割合で蓄積。
･洞爺カルデラ内には、存在しない。
･1985･6～1992年の蓄積率と2000年噴火の浅部体積増加量がほぼ対応
→蓄積率から中長期噴火予測可能か？
（1953･4～1968年の蓄積率は厳密には対応しないが数倍の範囲にはある）
･GPSでの体積増加の検知はかなり困難(室蘭で1.8mm/年）。
･数年ごとの繰り返し広域水準が望ましい。
３－２－５－２. 2000年新山生成活動後の有珠山近傍の地殻変動
(つづき）
Usu
△ 30.0
有珠山西麓2000年火口域NC火口縁の上下変動
Δh
(m)
△ 29.5
△ 29.0
2000/7/1
2001/7/1
2002/7/1
３－２－３－２．昭和新山生成活動後の昭和新山近傍の地殻変動
(Minakami et. al., 1950に加筆）
4
1949.7－1948.10
Δh(mm)
3
2
水上
計算
1
0
(Minakami et.al., 1950)
-1
-2
･1948年10月～1949年7月の間、
d、ｇ以外の4点は沈降
･昭和新山中心に最も近い点の沈降
が最大(-4.1mm/年）
-3
-4
-5
a
b
c
d
e
f
g
BM
昭和新山生成活動後の昭和新山近傍の地殻変動
10
Δh(cm)
昭和新山上下変動
0
-10
-20
-30
1965
BM1a-BM2
BM1a-BM1053
BM2-BM1053
BM3-BM1053
1970
(year)
1975
Fig. 昭和新山水準路線の上下変動(データは横山他､1973）
Fig. 昭和新山水準路線(横山他,1973）
1965年に、昭和新山の麓と中腹の岩体とを水準測量で結んで以降、1966年、
1968年、1970年、1972年に測量されている。1968年以降は、洞爺湖畔のBM1053
まで路線を延長した。
↓
ほぼ一定の割合で、沈降を続けている。
３－２－５－２. 2000年新山生成活動後の有珠山近傍の地殻変動
(つづき）
・隆起域中心部での停滞期間2週間
・北西山麓隆起域では、6月に周囲から中央へ順次停止・反転
・山頂部では、4月に停止、5月には反転
・初めの1年間41cm
・沈降率の低下が大きい：2年目には約45％（18cm）
・3年目以降10cm前後
2.5
・全山規模で沈降
有珠山頂部の変動
2.0
△h（ｍ）
1.5
1.0
0.5
0.0
-0.5
-1.0
3/30
小有珠
4/9
有珠新山
4/19
北屏風山
Fig. 有珠山頂部の上下変動
4/29
大有珠
西山
４．噴火後の有珠火山近傍の地殻変動の原因
４－１．考慮すべき諸要因
・貫入マグマの移動：上下、水平
→
・貫入マグマの熱収縮
→
・貫入マグマ中の気泡の逸脱
→
・貫入マグマ中の空隙の圧縮
→
・貫入マグマ＋隆起部の重量→粘性流動 →
短期間（数日以下）、粘性に依存
マグマの温度低下に敏感
残留気泡の量に依存
マグマにかかる圧力に依存
地盤の粘性係数に依存
４－２．有珠新山生成活動後と2000年新山生成活動後の相違
・沈降率の違い
前者：初期沈降率小、沈降率変化小
後者：初期沈降率大、沈降率変化大
・停止期間の長さの違い
前者：停止期間長い
後者：停止期間短い
・停止順の違い
前者：中から外へ
後者；外から中へ
５．中長期的前兆としての広域変動ソース
５－１．広域地殻変動の広がり
・1953･54～1968年の広域上下変動は半径30km程度
↓
等方圧力源とすると10km以深
・1985･86～1992年の広域上下変動は半径40km程度
↓
等方圧力源とすると15km以深
↓
水平位置をグリッドサーチ
５－２．ソースの位置の推定