地下構造と熱水流動の数値実験に基づく水蒸気爆発の物理過程の解明

基于地下结构和热液流数值实验阐明潜水爆炸的物理过程

基本信息

批准号：
16J00808
负责人：
関香織
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

水蒸気爆発は国内外で数多く発生し、2014年の御嶽山の噴火のように、人命を奪う災害になるにも拘らず、その発生機構は未だにわかっていない。一般に、マグマ噴火に比べ規模が小さく、前駆的な物理・化学現象が微小なためである。浅部熱水系で発生した小規模な水蒸気爆発は、現状では予測が難しく、噴火を事前に予測できる観測項目が提唱されていない。そこで、2015年に小規模な水蒸気爆発が発生した箱根大涌谷の熱水系の構造を明らかにするため、３次元比抵抗構造調査を行なった。箱根大涌谷は、噴火に付随した地震や地盤変動などが観測されており、３次元比抵抗構造と比較することにより、水蒸気爆発に必要な構造を検出できる可能性が高い。箱根大涌谷を中心に４月と６月の二度にわけて、AMT観測点29点を設置し、電場と磁場を測定した。ノイズの大きな観測点もあったが、5Hz以上では比較的良好なデータを得ることができた。推定された大涌谷の比抵抗構造から、大涌谷を中心とした逆U字型の低比抵抗帯が広がっていることが明らかになった。これは、地下浅部に発達したキャップ構造だと解釈された。キャップ構造とは、透水性の低い熱水変質鉱物からなる低比抵抗の層(キャップロック)と、その下部で温度圧力が高められたガス溜りを指す。水蒸気爆発を繰り返し行なってきた立山地獄谷の比抵抗構造では、類似したキャップ構造の存在が明らかとなっており、水蒸気爆発発生のキーとなる構造だと示唆される。

日本国内外发生了大量的潜水爆炸，虽然它们可能导致夺走人类生命的灾难，例如2014年御岳山的喷发，但其发生的机制仍然未知。这是因为它们的规模一般比岩浆喷发要小，而且前兆物理和化学现象也很微小。浅层热液系统中发生的小规模潜水爆炸目前很难预测，也没有提出可以提前预测喷发的观测项目。因此，为了明确2015年发生小规模潜水爆发的箱根大涌谷热液系统的结构，我们进行了三维电阻率结构调查。在箱根大涌谷，观测到了与喷发相关的地震和地面运动，通过将其与三维电阻率结构进行比较，很可能可以检测到潜水爆炸所需的结构。 4月和6月两次设置了29个AMT观测点，主要在箱根大涌谷，测量了电场和磁场。虽然存在较大噪声的观测点，但我们能够在5Hz以上的频率上获得相对较好的数据。对大涌谷电阻率结构的估计表明，大涌谷周围有一个倒U形的低电阻率带。这被解释为在地下浅层发育的盖结构。盖层结构是指由热液蚀变矿物构成的低电阻率层（盖岩），水渗透率低，其下方温度升高、压力升高的气藏。在经历过多次潜水爆炸的立山地狱谷的电阻率结构中也发现了类似的盖结构的存在，表明这是潜水爆炸的关键结构。