文部科学省科学技術振興調整費総合研究 (1999-2005)・

国際陸上科学掘削計画(ICDP)共同事業

雲仙火山

科学掘削による噴火機構とマグマ活動解明のための国際共同研究

火道掘削結果の説明

科学掘削による雲仙火山の噴火機構解明を目的とした雲仙火山科学掘削プロジェクト(代表者:産業技術総合研究所 宇都浩三)が1999年から6年計画で進められています.このプロジェクトの2期目の中心研究である火道掘削は, 1996年4月に中田(地震研)とJ.アイケルバーガー(アラスカ大)が国際陸上科学掘削計画(ICDP)に火道掘削の重要性を提案し評価されて以来,8年目にして実を結んだものです.地震研の研究者は火道掘削の立案から実施までを担当し,掘削結果と採取した試料から噴火機構の解明研究を実施しています.

雲仙普賢は1990年から1995年にかけて火山噴火(平成噴火)を起こし,火砕流によって44名が犠牲になりました.この噴火の溶岩ドーム(平成新山)を作ったマグマの通り道(火道)を掘削し,火道の状態を調べるとともに,そこに残っている試料を採取し,それを解析することにより,溶岩ドーム噴火の原因となったマグマの脱ガスの仕組みを調べようというものです.

噴火間もない火山の火道を掘ることはもちろん,活火山の中心に坑を開ける試みさえ世界で初めてのことです.例えば,噴火毎に火口が異なるのは一本の火道から地表近くで枝分かれしてきているのか,あるいはそれぞれ別の火道があるのかなど,火道に関してはこれまでほとんど分かっていませんでした.

掘削のターゲットは噴火中に起きた孤立型微動の発生源にセットしました.すでに噴火中の地震の震源からマグマの通り道がおおよそ分かっていました.地震探査によっても火道の位置もある程度確認していました.火道掘削の問題点は高傾斜掘削と高温掘削の技術でした.温度は600℃近いと推定しました.このチャレンジングな火道掘削は日本重化学工業・帝石削井工業の共同事業体があたりました.

火道掘削は2003年1月末から開始しました.普賢岳の北斜面中腹から,最初は垂直に掘り始め,途中から角度を増して,水平から15°の傾斜で堀り進みました.火山の浅部での坑の増角作業には大変難航しましたが,2004年6月には,無事,普賢岳直下約1.3kmに達し,平成新山の火道を捉え,火道周辺の地質物理情報を得ることができました.火道は東西に延びた板状(厚さ数mから30m)のもので,新旧の火道が幅数百mにわたって束になっている場所(火道域)でした.この部分岩石は角れき状になっており無数の火砕岩(火山灰や凝灰岩)の岩脈によって切られていました.また,熱水変質が著しく進んだ場所でした.

平成噴火の火道の判断は.地上の溶岩ドームの化学組成が類似していること,変質が最も少ないこと,温度が最も高いこと,の3つによって行われました.測定された火道の温度は約200℃と予想を大きく下回りました.これは地下水によって効果的に冷却されたためであると考えられます.このように火道のイメージはまったく想像もしないものでした.全ての掘削工程は2004年7月に終了しました.今後,採取した試料と掘削坑を使って測定した物理データを解析し,火道のでき方や噴火機構の解明を行う予定です.

図1 火道掘削の坑跡図(南北断面).火道域の角れき岩が赤色と黄色で示してある.

図2 採取された火道の溶岩試料(掘進長1975-1977m).火道溶岩自身が火砕岩岩脈で切られる複雑な構造をしている.

図3 火道掘削坑跡図(平面図).火道は西から斜めに上昇しているので普賢岳(旧山頂)の地下1.3kmで平成火道に当たった(掘削坑の最新部).

図4 火道掘削のまとめ