１．はじめに
雲仙火山で発生した火砕流は多くの被害をもたらした．気象庁（雲仙岳測候所）は，火砕流の発生に際して，それに伴い地震計で観測される震動波形に着目し，その発生時刻と継続時間などを火山情報などの形で発表してきた．火砕流に伴い観測される震動波形と，空振計と呼ばれている低周波マイクロフォンで観測されるインフラソニック波（以降空振と呼ぶ）の性質について述べる．空振計は，近年多くの活火山の噴火のモニターの一手段として用いられるようになった機器で，ブルカノ式噴火をはじめとする火山噴火に伴う空振を捉え，見えない噴火に対して威力を発揮している（例えば，田平[1]；井口,石原[2]；岡田[3]など）．
２．震動波形と空振波形の性質
雲仙の火砕流に伴い観測される震動波形については，清水ほか[4]，山里ほか[5]，Uhira et al.[6]による研究がある．これらの研究によると，溶岩ドームの不安定な部分が剥離しはじめるとほぼ同時に小振幅の地震動が励起され，その岩塊が斜面へ衝突するとその振幅が急激に増大し，長周期の震動が励起される．火砕流が斜面を流下する間短周期の地震動が励起され，火砕流が停止すると震動も終息する．震動波形は，斜面と火砕物の衝突により発生した地震波を観測したものであると推察される．図１に深江町役場に設置している監視カメラ映像で捉えられた火砕流の流下とそれに対応する震動波形・空振波形の記録を示す．この火砕流は，雲仙で発生した火砕流の中では中規模程度のもので，水無川流域を約3km下流まで流下したことが確認されている．図からも分かるようにドーム崩壊から流走停止にいたる間震動波形が観測されている．一方，空振波形もまた火砕流の発生から停止にいたる間観測されている．
図１ 水無川を流下する火砕流とそれに伴う地震計と空振計の記録。赤い星印が空振計から求めた波源。
震動波形や空振波形の継続時間は，火砕流の発生から停止までの時間，つまり，流走時間を反映することになり，近似的には流下距離と相関がある[5]．もちろんドーム崩壊が連続的に発生した場合はこの関係は成り立たないが，測候所が震動波形の継続時間を重視し，計測，発表してきた理由はそこにある．測候所は継続時間が30秒以上のイベントについて「火砕流と思われる震動波形」と認定してきた．
雲仙では，火砕流のほかに降水による土石流も頻発したが，土石流に伴う震動波形は火砕流の震動波形の卓越周波数2〜数Hzよりも高周波（数Hz以上）であり，流路の近傍の観測点だけで振幅が大きいことから，両者の区別は比較的容易である．
３．震動と空振の波源位置の推定
火砕流に伴う震動・空振の波源の位置を地震計・空振計ネットのデータから推定してみる．ここで用いたのは，18点の地震観測点，4点の空振観測点のデータで，テレメータされ，デジタル連続収録された波形データである．まず，空振波形については，異なった観測点での波形の相互相関が比較的よいことから，雲仙周辺の4観測点の波形から走時差を求め，空振波源を求めることができる[5]．求めた空振波源を図１に★印で示した．空振波源は火砕流の前面付近に位置し，火砕流の流下とともに下流へ移動していく．1992年6月から93年11月までの火砕流について空振源を求めた結果を図2に示す．３つの流下方位を空振のデータから同定できる．
図２ 空振源の分布．黒丸はドーム崩壊に伴う空振、赤丸は火砕流の流下に伴う空振．
一方，震動の波源は，精度の面では空振波源の場合より劣るが，観測点間の振幅比が時間変化することから推定が可能である．その位置はほぼ図１で示した空振波源位置と一致している．
４．震動・空振波形の振幅変化とエネルギー
震動波形と空振波形は，よく似た振幅変化を示すことはすでに述べた．例えば，図１の例では，ドーム崩壊に対応するphaseが最も振幅が大きいが，その約１分後に再び振幅が増大している．このようなケースは多くの火砕流の震動・空振波形に共通した特徴である．後続のphaseは，火砕流の発生しはじめた時期により明瞭にみられ，例えば1991年5月から6月にかけてはドーム崩壊に対応するphaseよりもその振幅が大きい場合もあった．それは，ある種の地形上の特異点（例えば滝状の地形など）に対応し，そこでの斜面と火砕物との衝突，そして破砕による内部ガスの突出などがその原因であると推定される．そして，火砕流が頻発した後は後続phaseは次第に不明瞭になっていったが，これは，火砕物の堆積による地形の変化を反映しているものと考えられる．観測される震動・空振波形から火砕流により放出される震動・空振のエネルギーのおおまかな見積りを行ったところ、例えば，図１で示した火砕流に伴う震動エネルギーは，1.5x106Jと見積もられる．これはマグニチュード0.9の地震のエネルギーに相当する．一方，空振のエネルギーは，1.2x106Jとなる．
92年6月以降の水無川流域を流下した火砕流で明瞭な空振波形が観測されているものすべてについて，その空振エネルギー／震動エネルギー比と流下距離との関係を調査したところ、大きい火砕流ほど，その比が大きくなることがわかった．つまり，大きい火砕流は斜面と火砕物の衝突による震動エネルギーのわりに大きい空振エネルギーを放出していることになる．事実，規模の大きい火砕流で強いサージを伴うような場合，大きい空振が観測される．これは，大きい火砕流ほど内部に多くのガスを含んでおり，火砕物の破砕による大量のガスの放出により，空振が発生しているとも考えられる．
５．まとめ
雲仙火山の火砕流に伴う震動・空振の性質について述べた．溶岩ドーム崩壊→火砕流発生→火砕流の流下→停止にいたる間地震波・空振波が放出される．地震計・空振計ネットにより推定したこれらの波源は，火砕流の先端に近いところであると推定される．その振幅は地形の影響を強く受けながら変化する．震動エネルギーと空振エネルギーはほぼ同オーダーであるが，大きい火砕流はより大きい空振エネルギーを放出する．
参考文献
[1]田平 誠：日本音響学会誌，48，742-748 (1992).[2]井口正人，石原和弘：京大防災研年報，33B-1，1-11 (1990).
[3]岡田 弘：月刊地球，170，492-505 (1993).
[4]清水 洋，馬越孝道，松尾のり道：月刊地球，170，512-519 (1993).
[5]山里 平，福井敬一，宇平幸一，橋本徹夫，森 博一：火山，38，79-90 (1993).
[6]Uhira, K., Yamasato, H. and Takeo, M. : J. Geophys. Res., 99, 17757-17773 (1994).
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