火山構造性地震の震源機構が示す流体による応力変化：御嶽山における熱水系発達の駆動

なぜ火山内部の隠れた水が重要なのか

中央日本の御嶽山は普段は穏やかに見えることが多いですが、2014年には蒸気駆動の突然の爆発がほとんど予告なく起こり、多くの登山者が犠牲になりました。この悲劇は、活動が活発な火山が実際に噴火するのか、それとも単に沈静化するのかを判別する難しさを浮き彫りにしました。本研究は、御嶽山の地下で発生する小さな地震が、山内部で高温の流体がどう移動し圧力を高めるかの詳細な記録を持っていることを示します。これらの信号を解読することで、科学者は火山の内部配管が静かに変化しているとき、あるいは別の危険な噴出に近づいているときとをより適切に判断できるようになります。

地下の使者としての小さな地震

岩石が応力で破壊されるとき、断層がどう滑ったかを示す揺れパターンを伴う地震が発生します。火山では、多くのこうした「火山構造性」地震が地表から数キロメートル下で、地下水やガスが周囲の岩石と相互作用する中で起こります。著者らは2024年末から2025年初めにかけての御嶽山の活動期に着目しました。険しい山頂部に新たに密に敷設された地震観測網のおかげで、彼らは数千件の非常に小さな地震を記録し、そのうち2,672件の精密な位置を決定しました。これらの多くは山頂から1〜2キロメートル未満の浅部でした。316件の事象について詳細な震源パターンを解析することで、流体が地殻内を移動するにつれて局所的な応力場（岩石に働く押す力と引く力）が時間とともにどう変化したかを推定できました。

拡張する流体系の形をたどる

地震の分布は、活動が古い火山体とより深い基盤岩の境界付近で始まり、その後あまり横方向に広がらずに強まったことを示しました。数週間にわたり、地震の群は地域で流体が最も通りやすい方向と一致するほぼ垂直な面に沿って伸びました。これらの「抵抗最小」面は周囲の地殻からの圧縮が最も弱い場所であり、上昇する高温の水やガスが最も容易に侵入して加圧できる面です。データは、こうした垂直経路に沿って流体が蓄積するにつれて近傍の岩石にかかる応力分布が変化したことを示していました：ある領域は下方へ滑る傾向の断層（正断層）を取りやすくなり、別の領域は圧縮支配の運動（逆断層）を示すようになったが、必ずしもマグマが地表に到達したわけではありませんでした。

加圧された流体が応力場をどうねじるか

複雑な地震タイプの混在を説明するために、著者らは流体が応力をどのように変えるかの概念モデルを構築しました。まず、流体は垂直の弱い面に沿って侵入し、外向きに押してそれまで最も圧縮されていなかった方向の圧力を高めます。これにより近くの断層は正断層的な滑りを起こしやすくなります。しかし流体で満たされた領域の先端や縁に近づくと、圧力のかかり方が異なり、最大圧縮方向と最小圧縮方向が最大で90度回転することがあります。圧力がさらに上昇すると、流体が最も広がりやすい面が垂直から水平に反転し、高所の水平な割れ目へ高温の水や蒸気が侵入できるようになります。この過程を通じて、地震は地域全体の応力と整合する断層上でも発生し、同時に局所的な流体駆動の歪みでしか説明できない他の断層上でも発生します。

変化する熱水ネットワークの信号

流体の移動に伴う連続振動である火山性微動が噴出する直前、地域の応力パターンと整合しない地震群のほうが、整合するものよりも多くのエネルギーを放出していました。このタイミングは流体の加圧と侵入がピークに達し、強い局所的応力変化を引き起こしていたことを示唆します。微動の後、ほとんどの地震は再び広域の応力に合致し、全体的な地震活動は急激に低下しました。これはシステムが部分的に圧力を解放したかのように見えます。しかし、異常に多くの地震が向きの異なる割れ目上で続いて起きました。著者らはこれを、減圧によって多種多様な亀裂や古い弱点が開き、流体がわずか数本の整列した断層だけでなく、より複雑なネットワークを通って循環するようになった兆候と解釈しています。

噴火予測への示唆

本研究は、小さな地震の震源機構パターンが、どこでいつ加圧された熱水流体が火山内部の割れ目ネットワークを再形成しているかを明らかにできることを結論づけます。御嶽山の場合、これらの変化は2014年の致命的な噴火と、噴火に至らなかった後の不穏の双方を説明する助けになりました。地震の振る舞いを地殻内に蓄えられたさまざまな種類の弾性エネルギーの蓄積と結び付けることで、この手法は単なる圧力変動とより危険な状況とを物理的に基づいた方法で区別する道を提供します。長期的には、活火山の下で流体が応力をねじり向きを変える様子を注意深く追跡することが、噴火予測を改善し、何百万人もの人々が住み訪れる山を閉鎖すべきか、または安全に再開するべきかを当局がより適切に判断する助けになる可能性があります。

引用: Terakawa, T., Maeda, Y. & Horikawa, S. Volcano-tectonic earthquake focal mechanisms reveal fluid-induced stress changes driving hydrothermal system development at Mount Ontake. Commun Earth Environ 7, 370 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03463-6

キーワード: 火山の不穏, 熱水流体, 御嶽山, 火山地震, 噴火予測