2016 Fiscal Year Annual Research Report
Formation of cyclic steps due to surge-type turbidity currents: Flume experiments and applications for rock records
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15H03739
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| Research Institution | Osaka Institute of Technology |
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Principal Investigator |
横川 美和 大阪工業大学, 情報科学部, 教授 (30240188)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
泉 典洋 北海道大学, 公共政策学連携研究部, 教授 (10260530)
石原 与四郎 福岡大学, 理学部, 助教 (80368985)
成瀬 元 京都大学, 理学研究科, 准教授 (40362438)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 地質学 / 混濁流 / サージ / サイクリックステップ / 高流砂階ベッドフォーム / タービダイト / セディメントウェーブ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ベッドフォームの形成条件に関する研究はこれまでにも数多く行われているが，いずれも継続的な流れとの平衡状態を議論していた．しかし現実には，継続時間の短いサージ的な混濁流が何度も来ることによってサイクリックステップが形成される場合もあることがわかってきた．本研究ではサージ的な混濁流によるサイクリックステップ形成に関するアナログ・数値実験，数学モデルの構築を行い，その形成条件・形態的特徴を明らかにすること，また野外調査に基づき，実験・解析結果の現地観測データへの適用，サイクリックステップ形成を含む地層のタービダイト形成モデルの構築を目指す．
平成28年度の研究実績は以下の通り．1.(1)大阪工業大学情報科学部の深型堆積用水路で実験を行い，サージ継続時間3秒でも7秒でも上流に進行する周期的なステップが発達すること，ステップの形態や発達過程はサージ継続時間によって差異が見られることがわかった．またPIV計測により，本条件の混濁流は頭部の流速が体部より大きく，サージ継続時間3秒，5秒，7秒，そして連続流と長くなるほど流速分布の中央値が大きいことが明らかになった．このことにより，サージ継続時間の違いによるサイクリックステップの発達過程や形態の違いが説明できる． (2)イリノイ大学の長さ15mの水路を借用して同様の実験を行った．2ケースの実験でいずれの場合もステップが形成された． 2.宮崎層群のタービダイト中のセディメントウェーブ層準の詳細な調査から，上流側斜面と下流側では堆積構造が異なることがわかり，流れの加速・減速，また跳水の発生とその収束に関連付けた堆積モデルを作成した．3.実験結果の地層への適用の為，従来のアナログ実験で得られているベッドフォーム形成条件の自動判別式を作成して検討した結果，高流砂階のベッドフォームでは安定領域の重複が大きいことが数量的に明らかになった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
次のような成果が得られた．1.(1)大阪工業大学情報科学部の深型堆積用水路に幅2cm，長さ7.0mのアクリル製水路を傾斜7°で設置し，塩水とプラスチック粒子を混ぜたものを3秒または7秒の継続時間でそれぞれ140回流す実験を行った．また，混濁流の堆積物濃度の測定，PIVによる流速分布の測定も行った．その結果，サージ継続時間3秒でも7秒でも上流に進行する周期的なステップが発達した．ステップの形態や発達過程，上流進行の活発さなどはサージ継続時間によって差異が見られた．混濁流の堆積物濃度測定では，混濁流の頭部と体部では濃度分布が異なること，上流端からの距離によっても濃度分布が異なることがわかった．PIV計測では，混濁流の頭部，体部，それぞれについて，サージ継続時間3秒，5秒，7秒，そして連続流における粒度分布を求めた．いずれの場合も頭部の流速がより大きく，継続時間が長いほど流速分布の中央値が大きいことが明らかになった．このことにより，サージ継続時間の違いによるサイクリックステップの発達過程や形態の違いが説明できる． (2)イリノイ大学の長さ15mの水路を借用して同様の実験を行った．実験実施に関して様々な制約条件があったため当初計画よりも実験日数は少なかったが，2ケースの実験を行うことができた．いずれの場合もステップが形成された．詳細な解析は平成29年度に行う予定である．2.宮崎層群のタービダイト中のセディメントウェーブ層準の詳細なスケッチから，上流側斜面と下流側では堆積構造が異なることがわかり，流れの加速・減速，また跳水の発生とその収束に関連付けた堆積モデルを作成した．3.実験結果の地層への適用の為，従来のアナログ実験で得られているベッドフォーム形成条件の自動判別式を作成して検討した結果，高流砂のベッドフォームでは安定領域の重複が大きいことが数量的に明らかになった．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の推進方策は以下の通りである．1.(1)平成28年度末に米国イリノイ大学水理工学研究所の15m水路を借用して行った実験の結果を詳しく分析する． (2)大阪工業大学の「深型堆積用水路」で，さらに実験を行う．地層への適用を考慮して，実験に用いる粒子の粒度分布を広くし，水路内に形成されるステップ堆積物の粒度分布を調べる．水路幅を従来よりも広くし，流速計による流速の測定，ならびに堆積物採取ができるようにして実験を行う． 2.宮崎県青島周辺に分布する宮崎層群のサイクリックステップまたはアンティデューンによって形成されたセディメントウェーブ層準について，平成28年度に行った詳しい調査結果を実験結果と比較して，サイクリックステップ堆積モデルを構築する． 3.サージ的混濁流によるサイクリックステップ形成についての数学モデルの構築，地層への適用のシミュレーションの難易度が高いため，新たに連携研究者を増やして，サージ的混濁流によるサイクリックステップ形成についての数値シミュレーションを行い，それを参考にしながら数学モデルや地層への適用シミュレーションの構築を目指す．また地層への適用シミュレーションに関しては， Deep Learningなどの新手法の適用を試みる．4.これらの研究成果をまとめるため国内で研究打ち合わせを行う．また，研究成果の発表や海外の関連の研究者（研究協力者：John Hughes Clarke (米国ニューハンプシャー大学)，Peter Talling (英国ダラム大学)，Gary Parker（米国イリノイ大学））らとの意見交換のため，EGU2017General Assembly（ヨーロッパ地球科学連合大会2017年年会），カナダで行われる現地観測，AGU2017Fall Meeting(米国地球物理学連合2017秋季大会)などにそれぞれ参加する．
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[Presentation] Formation of cyclic steps due to surge-type turbidity currents in a flume2016
Author(s)
Yokokawa, M., Shozakai, D., Miyai, M., Yamano, J., Hughes Clarke, J.E., Izumi, N.
Organizer
AGU2016Fall Meeting
Place of Presentation
The Moscone Center, サンフランシスコ, アメリカ
Year and Date
2016-12-12 – 2016-12-12
Int'l Joint Research
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