有珠火山の電気探査

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有珠火山の電気探査
渡辺, 秀文; 山下, 済; 前川, 徳光
北海道大学地球物理学研究報告 = Geophysical bulletin of
Hokkaido University, 43: 31-40
1984-03-10
DOI
Doc URL
http://hdl.handle.net/2115/14122
Right
Type
bulletin
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43_p31-40.pdf
Instructions for use
Hokkaido University Collection of Scholarly and Academic Papers : HUSCAP
北海道大学地球物理学研究報告
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有珠火山の電気探査
渡辺秀文・山下
済・前川徳光
北海道大学理学部附属有珠火山観測所
8年 1
2月 1日受理)
(昭和 5
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2
済・前川徳光
渡辺秀文・山下
1.はじめに
1
9
7
7年 8月の軽石噴火以来,長期間継続した,有珠山の活動は, 1
9
8
2年 3月に地震活動・地殻
変動共に終息した.この間に実施された,高密度・高精度な地球物理学的諸観測によって,活動
の推移及びデイサイトマグマの山頂火口原への貫入過程もかなり明らかになっている.火口原内
に発生する地震の震源分布及び地殻変動の分布から,マグマは,火口原中央部に隆起生成した有
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,
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9
8
1;
Okada
珠新山の直下,地震空白域に貫入しているものと推定きれている (
,
.
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9
8
1
)
. しかし,貫入したマグマの位置や先端の深さ等の詳細については,未だ解明されて
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ta
いない.これらの問題を解明するためには,多種類の独立な観測データにもとづいて,総合的に
判断する必要がある.このような見地から,地震計測学的・測地学的観測とは独立な観測の一手
法として,人工電流を地中に流して地下の電気的特質を調べる人工電位法による調査を有珠山頂
火口原及び山腹において実施した.
一般に,岩石の電気抵抗は温度に敏感で、,高温になると著しく抵抗が減少することが知られて
いる.しかし,地下の電気抵抗を測定することによって,火山直下の熱的状態及びその時間変化
支部に高
を実際に検出できるか否かは自明ではなし検証を要する事である.この点で,火口原 j
温のマグマが貫入しているのが確実な有珠山は,電気探査によって火山体下の熱的異常及びその
変化の検出を行う方法の有効性を検証するのに好適なフィールドでもある.
1
1
.観
測
測定は,電流極から交代直流を大地に流し込み,電位極で電位差を測定する人工電位法で行っ
た.電極配置は,地形上の制約もあり,夕、イポール・夕、イポール配置を採用した.
9
7
7年 1
1月
, 1
9
7
9年 6月
, 1
9
8
0年 9月及び 1
9
8
2年 7月の 4回である.最初の 3
測定時期は, 1
回は,火口!京地下の電気抵抗の時間変化を検出することを主目的とし,電流極は南火口原、に固定
9
8
2年 7月の第 4回目の測定では,電流極・電位極
し,電位極の位置を移動させ測定を行った. 1
共に移動させ,多数の配置で測定を行い,火口原下の電気的構造の探査も行った.
9
7
7年と 1
9
7
9年は国際電子製送信機 (GPS-2800F)と受信機 (GPA-200),
使用した機器は, 1
1
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) と受信機 (1PR-8) である.
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. 山頂火口原下の見掛比抵抗経年変化
山頂火口原南部に電流極を固定し電位極は火口原南部から北部にかけて設置して測定をくり
9
7
7年有珠火山噴火後の山頂火口原地下の見掛比抵抗の経年変化を調べた.地表に設置し
返し, 1
, B) から電流 (
1
) を大地に流し込み,電位極 (M-N) 聞の電位差 (
V
) を測定す
た電流極 (A
ると,大地の見掛比抵抗は次式で求められる.
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しい.
第 1図に電極配置を示す.図中, A-B(
B
'
)は電流極,その他は電位極である. 1
9
7
8年の活発
な噴火活動によって南火口原に銀沼火口 (GN)が生じたため, 1
9
7
9年以後の電極配置は 1
9
7
7年
No.4)にか
の配置から大きく変更せざるを得なかった.さらに,新山の北側斜面から第 4火口 (
9
8
0年の配置は 1
9
7
9年と多少異っている. 1
9
8
2年の電極配
けて生じたガリーを避けるために, 1
置は 1
9
8
0年とほとんど同じであり,図が繁雑になるので示していない.
1
9
7
7年 1
1月以後 4回の測定によって得られた見掛比抵抗の経年変化を第 2図に示す.図の横
R
)で,縦軸が見掛比抵抗 ρ
(a
)である. 1977年の測定において,
軸は電流極と電位極の聞の間隔 (
電極間隔の短い方の 3点は第 1図の電流極 A-B'によるもので,間隔の長い方の 6点は電流極
A-Bによる測定結果である.電流電極と電位電極聞の距離が長くなるほど,得られる見掛比抵抗
は深部の比抵抗値を反映する.
南火口原における見掛比抵抗 (R<500m の部分)は, 1
9
7
7年 -1979年の間に 1/10以下に減
少し, 1
9
7
9年 -1980年の聞に約 2倍増加しているが,これがすべて比抵抗の時間変化を表わして
3
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度 辺 秀 文・山 下
済・前
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光
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いるわけではない.電極配置の違いによる影響を含んだものである.実際, 次節で述べる様に,
南外輪山地下の見掛比抵抗は南火口原地下に比べて 3-4倍高<, 1977 年の ì~IJ 定における電流極
はこの高抵抗地帯に位置する. しかし, 見掛比抵抗の変化量は,電流極の設置場所の違いで説明
9
7
7年 -1979年の聞にかなり低下したものと思わ
するには大きすぎ,南火口原地下の比抵抗は 1
9
7
9年と 1
9
8
0・1
9
8
2年の電極配置はほほ団じであり,見掛比抵抗の約 2倍の増加は,実際
れる. 1
の南火口原地下の比抵抗の増加を反映したものである.従って,南火口原地下の比抵抗は, 1
9
7
7
年から 1
9
7
9年の期間に減少し,その後 1
9
8
0年にかけて増加したことになる. 1
9
8
0年一 1
9
8
2年の
3
5
有珠火山の電気探査
聞はそとんど変化していない.南火口原では, 1
9
7
8年に至り地熱現象が顕著になり, 7月 -10月
には銀沼火口で多数の水蒸気・マグマ水蒸気爆発が発生した.南火口原地下の見掛比抵抗が, 1
9
7
9
年 1月には 1
9
7
7年 1
1月に比べて減少し,その後 1
9
8
0年 9月には再び増加したのは,このような
火山表面活動に関連したものと考えられる.
北火口原に設置した電位極によって得られた見掛比抵抗 (R>500m の部分)にも変化は見られ
支部に貫入し軽石噴火を起こした後
るが,系統的なものではない.測定開始が,マグマが山頂火口 j
であったこと,また,噴火や地形変動によって途中で電極位置の変更をせざるを得なかったこと
等のために,マク申マの貫入に伴う火口原地下の比抵抗変化を検出するという目的を充分に達する
ことはできなかった.
I
V
. 山頂火口原下の比抵抗及び chargeability分布
はじめにも述べた様に,震源分布や
ヘ¥、旬、.可
地殻変動の分布から,マグマは山頂火
口原中央の新山直下に貫入しているも
のと推定されていた.また U 字型断層
崖の南,小有珠と新山の境に位置する
活発な噴気地帯(1火口)の噴気温度
は
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9
8
2年 8月現在も 7
0
0
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Cを越え,
1
9
7
7年 8月の軽石噴火以来 5年 を 経
てもほとんど低下していない.噴気温
度の低下が少ないのは,マグマが地表
に露出せず c
ryptodomeとして地下に
とどまっているためと思われる.そこ
で,地下浅部に貫入している高温のマ
れた周縁の高温域)の検出を目的とし
て,山頂火口原地下の電気探査を 1
9
8
2
年 7月に実施した.
電極配置を第 3図に示す.火口原を
北東一南西に横断する測線に沿って,
電極間隔 1
00-3000m の 様 々 な 電 極
配置で約 7
0測定を行い,火口原下の見
掛比抵抗及び c
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渡辺秀文・山下
済・前川徳光
4
. 1 見掛比抵抗分布
各測定で得られた見掛比抵抗値乞電流極と電位極を結ぶ直線を底辺とする直角 2等辺 3角形
の頂点で代表させ,火口原を北東一南西に横断する鉛直断面に投影する.こうして得られた見掛
比抵抗擬似断面を第 4図に示す.この見掛比抵抗擬似断面は実際の比抵抗分布を示すものではな
いが,その定性的な様子を知るのによく用いられる方法である.図より,南外輪山地下は相対的
支部及び火口原中央の新山 (NM)直下約 1km以深は低比抵抗であ
に高比抵抗であり,南火口原、 j
9
7
8年のマグマ水蒸気爆発によっ
ることが分る.これらの比抵抗低異常域のうち,南火口原には, 1
GN)があり,それらは 1
9
8
2年現在も活発な噴気活動を続けている.
て生じた I火口や銀沼火口 (
支部熱水系を反映しているものと考えられる.
従って,南火口原下の低比抵抗域はこれらの j
9
7
7年以後の隆起中心直下に位置し,また,第 5図の
火口原中央部やや深部の低比抵抗域は, 1
震源、分布に示すように,
1
9
81)はイ
ドーナツ形の地震活動空白域内に存在する.他方,坂田 (
ンパージョンによって火口原下の 3次元的な P波速度構造を調べ,新山直下に P波速度の高異常
部を見出している.第 6図にその結果を引用する.電気探査の測線とほぼ同じ北東一南西の断面
皮速度高異常域と極めて良〈一致しているのが分る.昭和新山溶岩の
で見ると,低比抵抗域が Pi
P波速度の温度変化の測定 (Shimozuru,1
9
6
0
)によれば,速度は 9
0
0
'
C付近まで、は温度上昇に伴っ
て増加することが知られており
このことは
溶岩内に含まれる空隙が温度上昇に伴う岩石細粒
9
6
0
の 熱 膨 張 に よ っ て 減 少 す る こ と に よ る と 解 釈 さ れ て い る (Shimozuru, 1
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9
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. また,昭和新山において実施された弾性波探査(根本他, 1
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渡辺秀文・山下
済・前川徳光
探査の行われた 1
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4年当時,まだ 8
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Cを越える高温状態にあったドーム内部の P波速度は,周
辺より高〈約 4km/sと求められている.以上を総合すると,有珠山頂火口原中央部の新山直下約
1km (海面下 300-500m),第 5図の震源分布図において震源に囲まれた地震空白域の基部付
近,に高温のマグマが貫入していると考えると,上記 4種の独立な観測結果(地殻変動分布・震
源分布・地震波速度分布・比抵抗分布)は統一的に解釈することができる.
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を停止した直後の受信電位差(九)と送信停止直前の受信電位差(九)との比(九/九)で定義
される.しかし,凡そのものの測定は様々な電磁カップリングの影響やノイズのために困難であ
) の一定区間を積分して得られる平均値を用いる.
り,通常は受信電位差の減衰曲線 (V
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) の観測原理を第 7図に示す.送信ノ {Jレス幅は T =2s
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0msec) に設定した.
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各測定値の単位は mv/vで
ある.電流電極と電位電極の間隔を大きくとるに伴って受信電位差が微弱になり S/Nが悪くな
るために,全部の電極配置に対して見掛 c
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yを得ることはできなかった.分布の特徴と
して,火口原南部の I火口地域下で m値が負になっていることがあげられる.成層構造において,
低抵抗で分極性の大きな層の下に,より高抵抗な層が存在する場合には,見掛けの c
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が負になることが知られている (
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. 第 4図と第 8図を比較すること
により, I火口地域下数 100mの浅部は,低抵抗で分極性が大きくなっているものと推定される.
この地域は,地熱活動が活発であり,地表でも多量の硫化物が分布している.従って,上記の低
比抵抗高分極性はこの地域の地熱活動に起因するものと推察される.
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)効果をも測定することによ
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り,探査結果のより確実な解釈を行うことができる.また, IP効果は,適当な条件下では比抵抗
よりも鋭敏に構造を反映することができる.火山地域,特に浅部熱水系の探査においては,両者
を並行して測定することが理想的である.
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7年 8月の有珠山の軽石噴火後も,デイサイトマグマは山頂火口原への貫入を続け,地震活
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2年 3月に至りついに終息した.この間,地震学的・ i
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動・地殻変動をひき起こしていたが, 1
学的諸観測によって,活動の推移及びマグマの山頂火口原への貫入過程が研究されて来た.デイ
サイトマグマの貫入過程を,さらに詳細に時間・空間的に解明することを目的として,地震計測・
4
0
渡辺秀文・山下
済・前川徳光
測地観測とは独立な観測の一手法として,人工電位法による電気探査を
1
9
7
7年 1
1月以来くり返
した.また,貫入マグマの空間的分布を知るために,より広域の電気探査を
1
9
8
2年 7月に実施し
た.得られた結果をまとめると以下のようになる.
1
)1
9
7
8年の火口原南部における活発な表面現象(水蒸気・マグマ水蒸気爆発と浅部地熱活動)
に対応して,浅部の見掛比抵抗の減少が観測された.
2)マグマの火口原への貫入に伴う,より深部の比抵抗の系統的な変化を検出することは,測
定開始が軽石噴火の後であったことと,途中で電極配置の変更をせざるを得なかった等の制
約もあり,できなかった.
3) 山頂火口原の比抵抗及び分極性の探査によって,火口原南部の最も活発な地熱地帯である
I火口下部に低抵抗・高分極域を見出した.
4)また,新山直下に検出された低抵抗部は,地殻変動分布・震源分布・地震波速度分布等の
観測結果をも参照すると,高温デイサイトマグマの貫入域であると推定される.
以上の結果は,浅部熱水系の構造探査や,さらにより深部への高温マグマの貫入過程を検出す
るうえでの電気探査という手法の有効性を示すものであり,噴火予知の観点からも興味深い.
謝辞
電気探査の実施に際して,助力頂いた,有珠火山観測所の鈴木敦生技官に感謝します.
また,地球物理学教室地震学・火山学講座の大学院生・学部学生諸氏にも多大の支援をお願いし
ました.記して謝意を表します.
文 献
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81.有珠火山の 3次元速度構造
北海道大学理学部修士論文.
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