2018 Fiscal Year Research-status Report

地震動はマグマからの脱ガスと減圧発泡を促進するか？：実験による検証

Research Project

Project/Area Number	18K03800
Research Institution	Kanazawa University
Principal Investigator	隅田育郎金沢大学, 地球社会基盤学系, 准教授 (90334747)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2021-03-31
Keywords	地震 / マグマだまり / 火山噴火 / 液状化 / ダイラタンシー
Outline of Annual Research Achievements	本年は研究実施計画に記した「振動はマッシュを膨張せ減圧発泡を起こすか」という課題の「減圧」に焦点をあてて研究を進めた。マッシュをモデル化するためにガラスビーズ層（粒径0.05 - 3 mm）を水に浸したセルを作成した。鉛直と水平振動下で、加速度、周波数を変えて振動実験を行った。また選定した振動条件の場合について、間隙水圧、全圧の測定を行った。実験と解析の結果、以下が分かった。（１）鉛直振動の場合：粒径が小さい場合（ストークス数 < 2）では振動のエネルギーの指標となるShaking Strength > 80 ではビーズと水の界面で波動が発生する。粒径が大きい場合（ストークス数 > 3）では無次元加速度 > 2で対流が発生する。波動の波長は振動の周波数に反比例する、内部重力波に類似したスケーリング則を示す。波動が起きる場合については、正の間隙水圧（液状化）が発生する。（２）水平振動の場合：粒径が小さい場合（ストークス数 < 4)ではShaking strength > 30においてビーズと水の界面で波動が発生する。波動の波長はおおよそ速度の２乗でスケールされ、せん断不安定が示唆される。粒径が大きい場合(ストークス数＞４）では無次元加速度＞２で対流が発生する。水平振動ではビーズと水の界面におけるスロッシングも発生する。波動が起きる場合については、負の間隙水圧が発生し、ダイラタンシーが示唆された。以上から（Ａ）振動方向、粒径により不安定のパターンと物理が異なること、（Ｂ）負圧の発生は水平振動の場合のみ起きる、ということが分かった。即ち、マッシュを膨張させ、減圧が起きるのは水平振動の場合が候補となる。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 振動方向、振動加速度、周波数、粒径を幅広く変えた実験を行い、起きる現象の全貌を捉えることが出来た。また、選定された振動条件の場合について、全圧、間隙水圧の測定を行い、負圧が水平振動下でのみ起きることを示すデータを得ることができた。これらの結果は、これからより精密な実験を行う上での基礎となる。
Strategy for Future Research Activity	今後はマグマからの脱ガス過程を知る基礎となる、気泡上昇と気泡流の実験を行う。具体的には気泡の固有振動とその減衰の気泡体積依存性をハイドロフォンを用いて測定し、スケーリング則を求める。次に気泡流について、ガスの体積流量を変えた場合の気泡流の様式変化とそのハイドロフォンによる測定を行う。これは火山性微動、空振から、脱ガス様式の変化を知る基礎となる。
Causes of Carryover	本年度は振動条件依存性の全貌を知るための予察的な実験を既に保有している機器を利用して行ったため、次年度の使用額が生じた。次年度は主として以下の３つの目的のために本助成金を使用する。（１）気泡と気泡流の上昇に伴う音波の測定を本格的に行うための実験装置の作成、センサーを購入する。（２）これまでに行った気泡上昇と空振励起の実験と解析結果を英文査読雑誌に投稿して、出版するための経費として用いる。（３）申請書に記した、ドイツの研究機関(GFZ)との共同研究を進めるために使用する。私はGFZに2016年8月に滞在し、本年度得た、水平振動下において負圧が生成する予察的な実験結果を得た。2020年3月に再度GFZにおいて実験を行い、より精度の高い実験結果を得るために必要な機器を購入するために本助成金を用いる。