海底カルデラにおいて特異に繰り返す火山性津波地震と海底火山活動様式の解明

• Project/Area Number: 20J01689
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 17040:Solid earth sciences-related
• Research Institution: National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention
• Principal Investigator: 三反畑 修 国立研究開発法人防災科学技術研究所, 地震津波防災研究部門, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2020-04-24 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 海底火山 / 火山性津波 / 火山性地震 / カルデラ / 火山現象 / マグマ溜まり / 断層破壊

Outline of Research at the Start

伊豆島弧の海底カルデラ火山では、地下浅くの高圧マグマと断層破壊が相互作用して発生すると考えられる『火山性津波地震』という特異な火山性地震が約十年間隔で発生し、大きな地震動を伴わずに数十cmの津波を引き起こしている。本研究は、地震波・津波の観測記録を基にした観測ベースの研究と、マグマと断層破壊が相互作用する現象を物理理論によって再現する理論ベースの研究によって、火山性津波地震の動力学的な発生メカニズムと、その火山活動との関連を明らかにすることを目指す。この研究によって、直接観測が困難な離島的な海底火山で繰り返す特異な現象の実態解明が期待される。

Outline of Annual Research Achievements

2022年4月から7月にかけて、昨年度から延期していた米国・スタンフォード大学での在外研究を行い、Eric Dunham准教授と共同研究を行なった。特に、カルデラ火山における「トラップドア断層破壊」と呼ばれる火山性地震を対象とした、「動力学的地震サイクル・シミュレーション手法」の開発を行なった。本手法は、カルデラ火山での地震発生の動的プロセスを捉えるために重要である。また、地震の繰り返し発生と、火山下へのマグマ流入率を定量的に結びつけることが可能になり、同研究計画で対象としている海底カルデラ火山における火山性地震の繰り返し特性から、火山直下へのマグマ流入率を推定することが可能になる。現在、本手法のマグマだまり内の流体の流れを導入するなど、手法を改良中ではあるものの、本研究計画の最終目的であった「カルデラ火山での火山性地震の地震サイクル過程を再現」を達成することができた。さらにこの手法は実際のカルデラに適用が可能であり、複数の火山での同現象の理解の進展が期待される。
また、北硫黄島カルデラでの繰り返し地震による津波発生を特定するために、DONETの海底水圧計の複数観測点記録を用いたアレー解析を行い、微小な津波シグナルを検出した。これによって、繰り返し地震も同様にトラップドア断層破壊のメカニズムで発生していることを示した。
一方で、ニュージーランド北方沖の海底カルデラ・Curtis　Calderaでの同種現象の運動学的震源モデル構築の研究を論文としてまとめるため、東京大学、米国・カリフォルニア工科大、フランス・ストラスブール大学の共同研究者と繰り返し議論を進めてきた。さらに、久保久彦博士らと共同研究を行い、トンガ共和国の海底火山・フンガトンガ＝フンガハアパイ火山の海底噴火に伴う、気圧・海洋波の観測記録の解釈について議論を行った。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] California Institute of Technology/Stanford University(米国)
• [Int'l Joint Research] University of Strasbourg(フランス)
• [Int'l Joint Research] California Institute of Technology(米国)
• [Int'l Joint Research] University of Strasbourg(フランス)
• [Int'l Joint Research] Australian National University(オーストラリア)
• [Int'l Joint Research] California Institute of Technology(米国)
• [Int'l Joint Research] Strasbourg University(フランス)
• [Int'l Joint Research] Australian National University(オーストラリア)
• [Journal Article] Sub‐Decadal Volcanic Tsunamis Due To Submarine Trapdoor Faulting at Sumisu Caldera in the Izu-Bonin Arc (2022)
  • Author(s): Sandanbata Osamu、Watada Shingo、Satake Kenji、Kanamori Hiroo、Rivera Luis、Zhan Zhongwen
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Solid Earth Volume: 127 Issue: 9
  • DOI: 10.1029/2022jb024213
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Ocean-wave phenomenon around Japan due to the 2022 Tonga eruption observed by the wide and dense ocean-bottom pressure gauge networks (2022)
  • Author(s): Kubo, H., Kubota, T., Suzuki, W., Aoi, S., Sandanbata, S., Chikasada, N., & Ueda, H.
  • Journal Title: Earth, Planets, and Space Volume: 74 Issue: 1 Pages: 104-104
  • DOI: 10.1186/s40623-022-01663-w
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Meteorological tsunami generation due to sea-surface pressure change: Three-dimensional theory and synthetics of ocean-bottom pressure change (2021)
  • Author(s): Saito, T., Kubota, T., Chikasada N. Y, Tanaka, Y., & Sandanbata, O.
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Oceans Volume: 126 Issue: 5
  • DOI: 10.1029/2020jc017011
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Phase delay of short-period tsunamis in the density-stratified compressible ocean over the elastic Earth (2021)
  • Author(s): Sandanbata, O., Watada, S., Ho, T. C., & Satake, K.
  • Journal Title: Geophysical Journal International Volume: 226 Issue: 3 Pages: 1975-1985
  • DOI: 10.1093/gji/ggab192
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Moment Tensors of Ring‐Faulting at Active Volcanoes: Insights Into Vertical‐CLVD Earthquakes at the Sierra Negra Caldera, Gal?pagos Islands (2021)
  • Author(s): Sandanbata Osamu、Kanamori Hiroo、Rivera Luis、Zhan Zhongwen、Watada Shingo、Satake Kenji
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Solid Earth Volume: 126 Issue: 6
  • DOI: 10.1029/2021jb021693
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Inflation and Asymmetric Collapse at Kilauea Summit during the 2018 Eruption from Seismic and Infrasound Analyses (2021)
  • Author(s): Voon Hui Lai, Zhongwen Zhan, Quentin Brissaud, Osamu Sandanbata, and Meghan Samantha Miller
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Solid Earth Volume: 126(10) Issue: 10
  • DOI: 10.1029/2021jb022139
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Meteotsunami Observed by the Deep‐Ocean Seafloor Pressure Gauge Network Off Northeastern Japan (2021)
  • Author(s): Kubota Tatsuya、Saito Tatsuhiko、Chikasada Naotaka Y.、Sandanbata Osamu
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 48 Issue: 21
  • DOI: 10.1029/2021gl094255
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Trapdoor faulting at submarine calderas in Japan and New Zealand: Its potential for volcanic tsunami generation (2023)
  • Author(s): Sandanbata, O.
  • Organizer: IAVCEI 2023 Scientific Assembly
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Sub-decadal volcanic tsunamis due to submarine trapdoor faulting at Sumisu caldera in the Izu-Bonin arc (2023)
  • Author(s): Sandanbata, O., Watada, S., Satake, K., Kanamori, H., Rivera, L., and Zhan, Z.
  • Organizer: IAVCEI 2023 Scientific Assembly
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Trapdoor faulting at Kita-Ioto Caldera, Japan: Quantification of magma overpressure beneath a submarine caldera (2022)
  • Author(s): Sandanbata, O., & Saito T.
  • Organizer: AGU 2022 Fall Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Trapdoor faulting near Kita-Ioto Island: Quantification of magma overpressure beneath a submarine caldera (2022)
  • Author(s): Sandanbata, O., and Saito, T.
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [Presentation] トラップドア断層破壊の観測および力学モデルに基づくカルデラ地下のマグマ過剰圧推定手法:北硫黄島カルデラへの適用 (2022)
  • Author(s): 三反畑修, 齊藤竜彦
  • Organizer: 日本火山学会2022年度秋季大会
• [Presentation] カルデラ火山におけるトラップドア断層破壊の静的力学モデル:北硫黄島カルデラへの応用 (2022)
  • Author(s): 三反畑修, 齊藤竜彦
  • Organizer: 日本地震学会2022年度秋季大会
• [Presentation] 活動的火山における環状断層すべりのモーメントテンソル：Galapagos諸島Sierra Negraカルデラ火山における鉛直CLVD地震の事例研究 (2021)
  • Author(s): 三反畑 修、金森 博雄、Luis Rivera、Zhan Zhongwen、綿田 辰吾、佐竹 健治
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合２０２１年大会
• [Presentation] 繰り返すTrapdoor型断層破壊に伴うＭw 5地震から推察される北硫黄島カルデラへのマグマ流入率 (2021)
  • Author(s): 三反畑 修、齊藤 竜彦
  • Organizer: 日本火山学会２０２１年度秋季大会
• [Presentation] Kermadec諸島Curtis島近海の海底カルデラにおけるTrapdoor型断層破壊に伴う火山性地震と津波 (2021)
  • Author(s): 三反畑 修、綿田 辰吾、佐竹 健治、金森 博雄、Luis Rivera
  • Organizer: 日本火山学会２０２１年度秋季大会
• [Presentation] 環状断層を持つカルデラ火山における鉛直CLVD型のモーメントテンソル解の解釈 ：シエラネグラ火山とキラウエア火山を例に (2021)
  • Author(s): 三反畑 修、金森 博雄、Rivera Luis、Zhan Zhongwen、佐竹 健治、綿田 辰吾、Lai Voon Hui
  • Organizer: 日本地震学会２０２１年度秋季大会
• [Presentation] Teleseismic moment tensor inversion for ring-faulting at active calderas: Case studies at Sierra Negra in the Galapagos Islands and Kilauea in Hawaii (2021)
  • Author(s): Osamu Sandanbata, Hiroo Kanamori, Luis Rivera, Zhongwen Zhan, Shingo Watada, Kenji Satake, and Voon Hui Lai
  • Organizer: AGU 2021 Fall Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Unexpected tsunamis generated by volcanic earthquakes at the submarine Smith Caldera, Japan (2021)
  • Author(s): Osamu Sandanbata, Shingo Watada, Kenji Satake, Hiroo Kanamori, Luis Rivera, Zhongwen Zhan
  • Organizer: International Tsunami Symposium 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Unexpected tsunamis generated by volcanic earthquakes at the submarine Smith caldera, Japan (2021)
  • Author(s): Osamu Sandanbata
  • Organizer: Marine Seismology Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Volcanic tsunami earthquakes repeating at submarine calderas (1): Physical mechanism (2020)
  • Author(s): Osamu Sandanbata, Shingo Watada, Kenji Satake, Hiroo Kanamori, Luis Rivera, Zhongwen Zhan
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Volcanic tsunami earthquakes repeating at submarine calderas (2): Kinematic source modeling of the 2015 Torishima earthquake (2020)
  • Author(s): Osamu Sandanbata, Shingo Watada, Kenji Satake, Hiroo Kanamori, Luis Rivera, Zhongwen Zhan
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 特異な津波を引き起こす鳥島近海の火山性地震の物理メカニズム: 海底カルデラ火山における Trapdoor 型断層破壊 (2020)
  • Author(s): 三反畑修、綿田辰吾、佐竹健治、金森博雄、Luis Rivera、Zhongwen Zhan
  • Organizer: 日本火山学会 2020年度秋季大会
• [Presentation] New Zealand北方沖・Curtis島近海において繰り返した火山性津波地震の 物理メカニズム (2020)
  • Author(s): 三反畑 修、綿田 辰吾、佐竹 健治、金森 博雄、Luis Rivera、Zhongwen Zhan
  • Organizer: 日本地震学会2020年度秋季大会
• [Presentation] Unexpectedly large tsunamis generated by submarine volcanic earthquakes: Evidence of trapdoor faulting at a submarine caldera (2020)
  • Author(s): Osamu Sandanbata, Shingo Watada, Kenji Satake, Hiroo Kanamori, Luis Rivera, Zhongwen Zhan
  • Organizer: AGU Fall Meeting 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Seismic characterization of explosive and collapse events at the Kilauea summit during the 2018 eruption (2020)
  • Author(s): Voon Hui Lai, Osamu Sandanbata, Zhongwen Zhan, Meghan Miller
  • Organizer: AGU Fall Meeting 2020
• [Presentation] New Zealand北方沖・Curtis島近海において繰り返した火山性津波地震の物理メカニズム (2020)
  • Author(s): 三反畑 修
  • Organizer: 第10回巨大津波災害に関する合同研究集会
• [Remarks] 朝日新聞デジタル記事「地震だけじゃない、津波の仕組み 大昔には高さ4キロの超巨大津波か」
  • URL: https://www.asahi.com/articles/ASQC951V7QC9PLBJ003.html?ref=tw_asahi
• [Remarks] 東京大学地震研究所「地震規模に比べて大きな津波を繰り返し引き起こす火山性地震の発生メカニズム（略）」
  • URL: https://www.eri.u-tokyo.ac.jp/research/17626/