粉体力学の視点にもとづく大規模火砕流の流走プロセス解明と災害評価

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K01246
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 前野 深 東京大学, 地震研究所, 助教 (20444078)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 火砕流 / 粉体 / 粒子 / 堆積物

Outline of Annual Research Achievements

巨大噴火に伴う大規模火砕流は，発生頻度は低いが火山周辺の広大な地域に深刻な被害を及ぼし得る極めて危険な現象である．本研究では，粉体粒子群の運動に対するガスの効果や摩擦特性に関する理論・実験的研究を踏まえて従来の火砕流数値モデルを改良し，それを応用することで大規模火砕流の運動を特徴付ける物理量や，流走・定置過程の理解を目指す．
本年度は，従来の火砕流数値モデルの改良および大規模噴火による火砕流堆積物のキャラクタリゼーションを進めた．火砕流数値モデルについては，これまで単純系や溶岩ドーム崩壊型火砕流に対して用いられてきたクーロン型摩擦則に基づく二次元浅水流型数値モデルの枠組みを，より大規模な火砕流に適用できるように修正する作業を進めた．具体的には，とくに運動方程式の中の粉体摩擦に関係する抵抗項の記述や，その導入条件について，理論や経験則を参考にして修正する作業を行った．また，改良型火砕流数値モデルの妥当性を検証するため，ガス間隙圧を考慮した室内粉体流実験についてレビューし，粉体流の運動において重要となるパラ―メータや無次元数の調査，実験データの収集を行った．実際の火砕流堆積物については，九州の姶良カルデラ起源の入戸火砕流と，鬼界カルデラ起源の幸屋火砕流を対象に，代表的露頭において堆積構造や構成物の特徴について調査を行った．また，文献をもとに大規模火砕流の堆積学的データ（層厚，粒度分布の特徴など）を整理した．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度の目標の一つは，従来の火砕流数値モデルで用いている摩擦抵抗則とその導入条件を見直し，ガスを含むことによる摩擦抵抗低減の効果や，火砕流の停止条件について検討することであった．モデルの妥当性についての検討は，室内実験の結果と比較しつつまだ進める必要があるが，概ね当初想定したように進んだと言える．また，従来の室内粉体流実験の結果や実際の大規模噴火による火砕流堆積物のキャラクタリゼーションを進めることも目標であったが，現地調査や文献調査によりそれらの特徴の概要をつかむことができた．

Strategy for Future Research Activity

修正した火砕流数値モデルを用いて，従来の室内粉体流実験の再現を試みる．また，斜面や水平面など単純な系で計算を試行し，計算条件と堆積物の特徴（形状など）との関係を整理する．大規模火砕流を生じた巨大噴火の推移について，従来の研究をもとにできる限り明確にし，数値計算の際の火砕流の初期条件，境界条件についてさらに検討を進める．引き続いて，さまざまな初期条件（流量，体積等を変えたパラメータ・スタディ）のもとで，それぞれの事例について火砕流数値シミュレーションを行い，堆積物の層厚分布（形状），最大到達距離，流速や動圧の変化について調べる．

Causes of Carryover

火砕流数値モデルの改良に関する研究打ち合わせを英国ブリストル大学で実施予定であったが，双方の都合により，日程調整の結果次年度に延期したため．また，南九州での大規模火砕流堆積物のフィールド調査を一部実施できなかったため．

Expenditure Plan for Carryover Budget

火砕流数値モデルの改良に関する研究打ち合わせを英国ブリストル大学で行う．南九州での大規模火砕流堆積物（姶良，鬼界噴出物）のフィールド調査を，実施できなかった部分について行う．

Research Products

• [Journal Article] Morphological evolution of a new volcanic islet sustained by compound lava flows (2016)
  • Author(s): Maeno, F., Nakada, S. and Kaneko, T.
  • Journal Title: Geology Volume: 44 Pages: 259-262
  • DOI: 10.1130/G37461.1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 2014 Mount Ontake eruption: Characteristics of the phreatic eruption as inferred from aerial observations (2016)
  • Author(s): Kaneko, T., Maeno, F. and Nakada, S.
  • Journal Title: Earth Planets and Space Volume: 68 Pages: 72
  • DOI: 10.1186/s40623-016-0452-y
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Credibility of volcanic ash thicknesses reported by the media and local residents following the 2014 eruption of Kelud volcano, Indonesia (2016)
  • Author(s): Nakada, S., Zaennudin, A., Maeno, F., Yoshimoto, M. and Hokanishi, N.
  • Journal Title: Journal of Disaster Research Volume: 11 Pages: 53-59
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 火山活動の基礎知識と噴火の特徴．「火山による災害特性と防災技術」 (2016)
  • Author(s): 前野深・中田節也
  • Journal Title: 地盤工学会誌 Volume: - Pages: 印刷中
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Reconstruction of a phreatic eruption on 27 September 2014 at Ontake volcano, Central Japan, based on proximal pyroclastic density current and fallout deposits (2016)
  • Author(s): Maeno, F., Nakada, S., Oikawa, T., Yoshimoto, M., Komori, J., Ishizuka, Y., Takeshita, Y., Shimano, T., Kaneko, T. and Nagai, M.
  • Journal Title: Earth Planets and Space Volume: - Pages: 印刷中
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Submarine record of volcanic island construction and collapse in the Lesser Antilles arc: First scientific drilling of submarine volcanic island landslides by IODP Expedition 340 (2015)
  • Author(s): Le Friant, A. et al.
  • Journal Title: Geochemistry Geophysics Geosystems Volume: 16 Pages: 420-442
  • DOI: 10.1002/2014GC005652
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Rapid onset of mafic magmatism facilitated by volcanic edifice collapse (2015)
  • Author(s): Cassidy, M., Watt, S.F.L., Talling, P.J., Palmer, M.R., Edmonds, M., Jutzeler, M., Wall-Palmer, D., Coussens, M., Gernon, T., Manga, M., Taylor, R., Michalik, A., Inglis, E., Breitkreuz, C., Boudon, G., McCanta, M., Adachi, T., Hornbach, M., Lafuerza, S., Endo, D., Fujinawa, A., Kataoka, K.S., Maeno, F. et al.
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 42 Pages: 4778-4785
  • DOI: 10.1002/2015GL064519
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The October 16, 2013 rainfall-induced landslides and associated lahars at Izu Oshima Volcano, Japan (2015)
  • Author(s): Miyabuchi, Y., Maeno, F. and Nakada, S.
  • Journal Title: Journal of Volcanology and Geothermal Research Volume: 302 Pages: 242-256
  • DOI: 10.1016/j.jvolgeores.2015.07.012
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Permeability and pressure measurements in Lesser Antilles submarine slides: evidence for pressure-driven slow-slip failure (2015)
  • Author(s): Hornbach, M.J. et al.
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research Volume: 120 Pages: 7986-8011
  • DOI: 10.1002/2015JB012061
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 前野深・中田節也・及川輝樹・吉本充宏・小森次郎・石塚吉浩・竹下欣宏・嶋野岳人・金子隆之・長井雅史 (2016)
  • Author(s): 火砕物密度流・降下火砕堆積物の解析にもとづく御嶽山2014年噴火の再構築と物理量推定
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県・千葉市）
  • Year and Date: 2016-05-26
• [Presentation] 7.3 ka鬼界カルデラ噴火に伴い発生した津波: 屋久島北東部小瀬田海岸付近におけるイベント堆積物からの制約 (2016)
  • Author(s): 前野深・七山太・中川正二郎・佐々木洋之・面将道・渡辺和明・成尾英仁・下司信夫・小林哲夫
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県・千葉市）
  • Year and Date: 2016-05-22
• [Presentation] 西之島溶岩流の形態的進化とその支配パラメータ (2015)
  • Author(s): 前野 深・中田節也・金子隆之
  • Organizer: 日本火山学会秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学五福キャンパス（富山県・富山市）
  • Year and Date: 2015-09-30
• [Presentation] 濃密な粉体流の流動・堆積過程のモデル化と火砕流への応用 (2015)
  • Author(s): 前野 深
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県・千葉市）
  • Year and Date: 2015-05-27
  • Invited
• [Presentation] 溶岩ドーム破壊で始まったケルート火山2014年のプリニー式噴火 (2015)
  • Author(s): 前野 深・中田節也・吉本充宏・嶋野岳人・外西奈津美・Zaennudin, A.・井口正人
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県・千葉市）
  • Year and Date: 2015-05-25
• [Book] Miocene-Holocene volcanism in Japan. In: The Geology of Japan (Moreno, T. et al. eds) (2016)
  • Author(s): Nakada, S., Yamamoto, T. and Maeno, F.
  • Total Pages: 印刷中
  • Publisher: Geological Society of London