堆積物の縞模様(ラミナ)形成における物理過程の解明-実験からのアプローチ

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地層には流れによってデューンやデルタが前進した後にラミナが残ってできた縞模様が多く見られる.本研究ではまず,縞模様(ラミナ)の傾斜角度と水理条件の関係を調べた.水路内のマイクロデルタに砂をしき,流れを与えると,デルタ前面で砂がなだれ落ちることによりデルタが前進しラミナが残る.水深・デルタ高一定,粒度一定という条件のもとでは,ラミナの傾斜角は前進速度に支配されていることがわかった.前進速度が遅いときには35度前後の水中安息角を成すが,毎分30cm位まで大きくなると,傾斜角は20度前後になる.実験結果の回帰分析から,前進速度と傾斜角の関係は指数関数の回帰曲線で表される.この関係を利用して,地層の潮汐堆積物の縞模様(ラミナ)の傾きから逆に,前進速度の相対的な変化パターンを推定することができた.相対的ではあるが,地層の記録から過去の前進速度を推定し,その変化パターンを「読む」ことができた.縞模様内部の微細構造については,実験水路で堆積物を不撹乱で固め,研磨片から顕微鏡下で粒子配列を調べるとともに,同じ箇所についてX線CT法による撮影を行った.かなり鮮明な粒子の画像を得ることができた.CT画像の一枚のスライス厚みは約11ミクロンで,それをギャップ無しに100枚程度連続撮影できる.これは,細粒砂一粒を20枚近くにスライスできる精度である.これらをコンピューターで重ねることにより,これまでにない精度で三次元像を構築することができた.砂粒子の真の三次元配列を再現した初めての例である.三次元像では,平行葉理のラミナの内部で,粒子の三次元配列だけでなく,粒子のパッキングの変化も見える.これらは流れの中の小さな揺らぎを記録したものである.こうした変化を表すパラメーターは現在検討中であるが,ラミナ内の微細構造から流れの揺らぎを「読む」ことが可能になるだろう.(キーワード)縞模様,ラミナ,ラミナの傾斜角,X線CT法,ラミナ内の微細構造