深成岩体の累帯構造から探るマグマ溜り進化の物理過程

从深成岩环带结构探讨岩浆房演化的物理过程

基本信息

批准号：
08J04303
负责人：
松本光央
金额：
$ 0.77万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は、前年度に考案した地層内の蒸気熱水対流の数値計算アルゴリズムに関して更に検討を行った。加えて、このアルゴリズムの実用可能性の実証実験として、大分県の九重火山中央部に位置する九重硫黄山の熱水系の3次元シミュレーションを実施した。地層内の蒸気熱水対流は、熱や物質を効率的に輸送する事から、マグマの冷却・固化によって形成される深成岩や火山岩などの火成岩の形成過程において重要な役割を果たすと考えられる。本年度の研究成果の要点は、以下の3点である。(1)まず、考案したアルゴリズムの数値安定性を実験的に調べ、安定に計算可能な時間ステップの長さの上限を与える実験式を導出した。考案したアルゴリズムは陽的な時間積分を採用したものであるため、陰的な時間積分を採用した従来のアルゴリズムよりも数値安定性を維持するための時間ステップの長さの制限が厳しくなる。時間ステップの長さは、シミュレーションの計算時間の長さを直接的に決定づけるものであるので、使用可能な時間ステップの長さの上限が実験式によって評価できる事は、考案したアルゴリズムを個別の問題に適用する上で極めて有用である。(2)次に、地層内の蒸気熱水対流のシミュレーションを行う上で必要な水の物性を高速に計算するための電子蒸気表を開発した。この電子蒸気表を使用することで、状態方程式などの実験式をそのまま使用する場合に比べて計算時間は10分の1未満に短縮された。(3)最後に、九重硫黄山の熱水系の3次元シミュレーションを通して、考案したアルゴリズムの実用可能性を示した。このシミュレーションにより、1995年噴火後に九重硫黄山直下に貯留していた蒸気・熱水が多量に地表に放出し、それに伴う急減圧が飽和曲線に沿った急激な温度低下を引き起こしたとする数値モデルを提案し、九重硫黄山の熱水系の減圧および冷却過程に関して重要な知見を得た。

今年，对蒸汽热热对流的数值计算算法进行了进一步考虑，该算法是在上一年设计的。此外，作为证明该算法的实践潜力的实验，我们在Kokonoe Volcano中心的Kokonoe Iwo山上对水热系统进行了三维模拟。蒸汽水热对流被认为在火成岩的形成中起着重要的作用，例如岩石和火山岩，这些岩石是通过冷却和固化岩浆形成的，因为它有效地运输了热量和材料。今年研究结果的以下三个关键点是：（1）首先，我们通过实验研究了设计算法的数值稳定性，并得出了一个经验方程，该方程给出了可以坚持计算的时间步长的上限。由于设计的算法采用明确的时间集成，因此与使用隐式时间集成的常规算法相比，时间步长更为更严格维持数值稳定性。由于时间步长的长度直接确定模拟的计算时间的长度，因此将设计算法应用于单个问题非常有用，即可以使用经验方程来评估可用时间步长的上限。（2）接下来，开发了电子蒸气表，以快速计算模拟蒸汽热热对流所需的水的物理特性。通过使用此电子蒸气表，与经验方程（例如状态方程）相比，计算时间已减少到不到十分之一的时间。（3）最后，我们通过在Kokonoe Iwo山上的热液系统的三维模拟来证明了设计算法的实际潜力。该模拟提出了一个数值模型，其中1995年喷发后，大量的蒸汽和热水在Kokonoe山硫山的正下方储存，并释放到表面，导致的突然降低导致沿饱和曲线的突然降低，从而获得了有关Mt.kokosoe sulfurfursy sulfursy sulfursy sulfursy sulfur sulfur sulfur sulfurrfur sulfur sulfur sulfur sulfur sulfur sulfur sulfurrfur sulfur sulfur sulfurrfur sulfur sulfur sulfurure sulfur sulfurrfur sulfurrfur sulfurury sulfurrfurrfurfur的重要知识。