火山 第 58 巻 ( 2013)
第 4 号 489-498 頁

論 説

幸屋火砕流堆積物及びその給源近傍相のガラス組成と堆積様式
藤原誠＊・鈴 木 桂 子＊＊（2011 年 7 月 11 日受付，2013 年 8 月 23 日受理）

Glass Composition and Emplacement Mode of Koya Pyroclastic Flow Deposit
and Its Proximal Equivalent
Makoto FUJIHARA＊ and Keiko SUZUKI-KAMATA＊＊
Koya pyroclastic-flow deposit from the 7.3 ka event of Kikai caldera is a low-aspect ratio ignimbrite (LARI). The
pyroclastic flow was considered to traveled across the sea and reachs up to the adjacent islands and the mainland ofsouth Kyushu which is about 40-80 km away from the caldera. Representing the proximal facies of Koya pyroclasticflow deposit, Takeshima pyroclastic-flow deposit comprises three or more flow units with a maximum thickness of 30
m. However, in contradiction with the distal deposits collectively called Koya pyroclasitc-flow deposit that consist of
one exculusively very thin flow unit.
Koya and Takeshima pyroclastic-flow deposits are underlain by pumice-fall deposits and overlain by ash-falldeposits (Akahoya ash). These pyroclastic units represent 7. 3 ka Akahoya eruption from the Kikai caldera andcommonly contains highly silicic glass shards and pumice of c. 75 wt% SiO2.
Koya pyroclastic-flow and Akahoya ash-fall deposits characteristically contain a lesser amount of glass shards andpumice fragments of lower silica content (c. 65 wt%). Contribution of the less silicic component to the deposits increases
upwards from the basal to middle level of the deposit. This vertical variation likely indicates the progressive aggradationof pyroclasts. Less silicic glass fragments are almost absent from the upper part at one proximal place and exceptionallypoor at some, distal and proximal places, perhaps reflecting heterogeneous contribution of the less silicic component tothe source magma and/or locally different erosional and depositional conditions within the flow.
Key words : Koya pyroclastic flow, low-aspect ratio ignimbrite, progressive aggradation
1．は じ め に流堆積物の記載例は少なく，その流動堆積機構について

幸屋火砕流堆積物は，薩摩・大隅両半島南部の広い範も様々なモデルが提唱されている（Walker et al, 1981;

囲に極めて薄く堆積している特異な火砕流堆積物である

Wilson and Walker, 1982; Suzuki-Kamata and Kamata, 1990

（宇井，1967, 1973）．Walker et al. (1980) は，このようになど）．

層厚が薄く，広い範囲に分布する火砕流堆積物を Low-

本論文では，幸屋火砕流堆積物とその給原近傍相であaspect ratio ignimbrite と呼び，宇井・Walker (1983) はこれる竹島火砕流堆積物を構成する火山ガラスの化学組成にに拡散型大規模火砕流堆積物の訳語を用いた．拡散型大ついて垂直変化を調べ，これが給原近傍から遠方まで広規模火砕流の例としては，Taupo ignimbrite (Wilson, 1985)，

い範囲で系統的に認められることを明らかにする．

Campanian ignimbrite (Fisher et al., 1993) および阿蘇 4-鳥栖火砕流 (Watanabe, 1978, 1984; Suzuki-Kamata and Kamata,

2．鬼界アカホヤ噴火噴出物の概略

1990) などが知られている．しかし，拡散型大規模火砕

幸屋火砕流堆積物は，鬼界カルデラを給原とし，先に＊〒703-8252 岡山県岡山市中区中島 2 番地 5
株式会社 蒜山地質年代学研究所
Hiruzen Institute for Geology & Chronology, Nakajima
2-5, Naka-ku, Okayama, 703-8252, Japan
＊＊〒657-8501 神戸市灘区六甲台町 1-1
神戸大学大学院理学研究科地球惑星科学専攻

Department of Earth and Planetary Sciences, Graduate
School of Science, Kobe University, Rokkodaicho 1-1,
Nada-ku, Kobe, 657-8501, Japan
Corresponding author: Makoto Fujiharae-mail: fujihara@geohiruze.co.jp

490

藤原

誠・鈴木桂子

述べた大隅・薩摩両半島南部地域のほか，種子島・屋久

では，数枚の船倉火砕流堆積物が船倉降下軽石の間に挟島などに広くに分布しており (Fig. 1)，直下に船倉降下在し，これらがイントラプリニアンであることが確認で

軽石，直上にはアカホヤ火山灰を伴う．竹島・薩摩硫黄

きる (Fig. 3)

島では，船倉降下軽石とアカホヤ火山灰との間に竹島火竹島・薩摩硫黄島に分布する竹島火砕流堆積物は，非砕流堆積物が挟在する．竹島火砕流堆積物は幸屋火砕流

溶結塊状で谷を埋めるように堆積している．竹島火砕流

堆積物に比べて格段に厚く，粗粒で岩相も異なるが，化堆積物は，竹島東部で最も厚く 20 m を超えるが，竹島西学組成など岩石学的特徴が似ていて層位も幸屋火砕流堆部及び薩摩硫黄島では 1〜4 m 程度まで薄くなる．堆積積物と同じであることから，幸屋火砕流堆積物の給源近

物中の軽石の中には白色に黒色の縞が混ざった縞状軽石

傍相とされている（町田・新井，1978）．また，竹島火砕もしばしば認められる．また，竹島火砕流堆積物は少量

流堆積物の下位では船倉降下軽石に挟まれて船倉火砕流の黒曜岩を含み，黒曜岩の周縁部を持つ白色軽石も見らが堆積している．(Fig. 2)．これらは，間には侵食間隙がれる．竹島の一部（Fig. 1 の tk-1 地点）では，細粒火山灰

なく，7,300 年前（福沢，1995）に鬼界カルデラを形成しに枯渇し，軽石，粗粒な結晶および外来岩片から成る厚た「鬼界アカホヤ噴火」によってもたらされた一連の堆さ約 40 cm のユニットを挟んで，明瞭な境界を持った 3積物である（小野・他，1982）．

枚のフローユニットに区分できる所がある (Fig. 4)．ま鬼界カルデラから噴出したマグマの化学組成についてた，火砕流堆積物中段や基底部に外来岩片の濃集部が認は，小野・他 (1982)，氏家・他 (1986)，Furuta et al. (1986)

められる所もある（tk-3 地点）．薩摩硫黄島では，火砕流等により研究され，玄武岩質〜安山岩質 (SiO2=50〜60

堆積物の基底部に角ばった外来岩片を多量に含み，細粒wt%) と，デイサイト質〜流紋岩質 (SiO2 =66〜76 wt%)

火山灰に枯渇した lag breccia (Walker, 1985) が認められの bimodal な組成を持つことが明らかにされている．まる（iw-1 地点）．

た，火山ガラスの化学組成も bimodal な組成を持ち，船給源から 50 km 以上離れた九州本土に分布する幸屋火

倉降下軽石中の火山ガラスは SiO2=74〜76 wt%，竹島火

砕流堆積物は，1 m 以下の厚さであり，地形に左右され

砕流堆積物中の火山ガラスは SiO2=66〜76 wt% である．

ずに薄く連続的に堆積しているのが特徴である．幸屋火（佐藤，1995，上村，1995）．

砕流堆積物は，ほぼ全域で風化し，淡黄色に変色していることが多い．幸屋火砕流堆積物の基底部には外来岩片

3．鬼界アカホヤ噴火噴出物の産状や遊離結晶に富み細粒火山灰に枯渇した厚さ数 cm の層

一連の噴出物の最下部に見られる船倉降下軽石は，黄が上部の火砕流堆積物と明瞭な境界を持って存在するこ

白色で比較的よく発砲した淘汰の良い軽石からなり，給とがある．この層は連続性が弱く，レンズ状を呈し露頭

源から北東方向に分布軸を持つ（町田・新井，2003）．給内で途切れてしまう場合もある．この薄い層は Walker

原から約 50 km に当たる大隈半島南端（Fig. 1 の os-1 地

et. al. (1981) の“Ground layer”に相当する．幸屋火砕流堆点）は船倉降下軽石の分布軸上に位置し，その地点の船積物本体には軽石の濃集部や弱い成層構造が確認できる

倉降下軽石の粒径は数 cm で層厚は 40 cm を超える．給ことがあるが，軽石の濃集部および弱い成層構造とも，源から約 70 km 離れた地点（os-8〜os-10 地点）では，船連続性は無く，露頭内で途切れてしまう．この軽石農集

倉降下軽石は層厚が 20〜40 cm，粒径は数 mm まで減少

部は，認められる位置も火砕流堆積物内の上部〜下部まする．分布軸から離れた薩摩半島では，船倉降下軽石ので変化し，軽石農集部の上下にユニット境界は認められ

層厚は数 cm〜30 cm と薄く，粒径も数 mm〜1 cm と細かない．薩摩半島，大隈半島南端部では，幸屋火砕流堆積

い (Fig. 3)．船倉降下軽石は厚さが 30 cm を超えるよう物は池田カルデラ噴出物に覆われており，白色〜淡青色

な地点では，弱い逆級化構造を示す．

の新鮮な堆積物が残存する．これは，幸屋火砕流が堆積

カルデラ縁にあたる薩摩硫黄島における船倉降下軽石の分布は北東部に限られるが，これを構成する軽石の粒して約 1,000 年後に池田カルデラ形成時の噴出物が堆積したためと考えられる（奥野，2002）．

径は数 cm で，層厚は約 1 m である．竹島では粒径約 10

アカホヤ火山灰は，幸屋火砕流堆積物を覆い正級化す

cm の角ばった軽石が逆級化もしくは正級化した層をなるガラス質の火山灰で，南九州において厚さは多くの場し，これらが交互に複数重なっており，全体の層厚は 1

合 30 cm 以下だが，他の火山灰などによって覆われ保存

m を超す．

状態が良い所では 1 m に達し（Fig. 3 の iw-1，iw-3），幸船倉火砕流堆積物は，竹島では，層厚 1〜2 m 前後で窪屋火砕流堆積物よりも厚く堆積していることもある．ア

地を埋めるようにレンズ状に堆積しており，全体的に溶

カホヤ火山灰層の最下部は粗粒な軽石のほか，幸屋火砕

結しているが非溶結の所もある．竹島北東部（tk-3 地点）

流堆積物と同様の縞状軽石を含むことがある．

幸屋火砕流堆積物及びその給源近傍相のガラス組成と堆積様式

Fig. 1 Locality map of measured stratigraphic sections of Akahoya Eruption products from Kikai caldera in south
Kyushu. Open circles show locations that Koya/Takeshima pyroclastic-flow deposit is absent. Dashed line shows
run-out distance from the caldera center of Kikai caldera.

491

492

藤原

誠・鈴木桂子と，どの層準でも SiO2=75 wt% 前後の SiO2の高いガラスが卓越し，SiO2=65 wt% までの SiO2の低いガラスは，試料を採取した全地点の基底部と，st-4，os-6，yk-1 地点の全層準，tk-1 地点の最上部を除く各地の上位層準で確認できる．ここから，SiO2 =75 wt% 前後の SiO2 の高いガラスを高 SiO2 ガラス（その起源を高 SiO2 マグマ），
SiO2=65 wt% 前後の SiO2の低いガラスを低 SiO2ガラス

Fig. 2 Stratigraphy of Akahoya Eruptive products. Funakura
pyroclastic-flow deposit is found only on the TakeshimaIsland. (Adapted from Ono et al., 1982)（その起源を低 SiO2マグマ）として議論を進める．
5．議
5-1

論
低 SiO2マグマの噴出タイミング

上述の分析結果は，船倉降下軽石および船倉火砕流堆
4．アカホヤ噴火噴出物に含まれる火山ガラスの化学
組成分析
4-1

手法

積物から竹島・幸屋火砕流堆積物に至る一連の噴出物はSiO2 =75 wt% 前後の高 SiO2 マグマ起源であることを示している．竹島火砕流堆積物・幸屋火砕流堆積物の上位

各露頭において噴出物ごとに約 1 kg の試料を採取し層準及びアカホヤ火山灰に認められる SiO2=65 wt% 前

た．竹島火砕流堆積物・幸屋火砕流堆積物については，

後の低 SiO2ガラスは，遅くとも大規模な火砕流噴火の途

露頭内で垂直方向に，薩摩・大隅両半島，屋久島では，中には低 SiO2 マグマが高 SiO2 マグマに混入していたこ

20〜40 cm 間 隔 で 2〜3 箇 所，薩 摩 硫 黄 島・竹 島 で は，とを示唆する．薩摩硫黄島の竹島火砕流堆積物基底部の30〜100 cm 間隔で 4〜5 箇所等間隔に試料を採取した．

石質岩片濃集部は，大型の外来岩片を多量に含み細粒物

試料は超音波洗浄を行った後，軽石およびマトリックスが枯渇した lag breccia (Walker, 1985) で，共存する火山ガ

部を取り分け，それぞれを樹脂で固めて研磨薄片を作成，

ラス片はいずれも SiO2 =75 wt% 前後である．したがっ火山ガラス片と軽石を構成するガラスの組成を分析して，船倉降下軽石，船倉火砕流堆積物をもたらしたプリ

た．分析数は，試料ごとに数十〜百個程度である．分析

ニー式噴火の後，火道が拡大して幸屋火砕流堆積物・竹に は 神 戸 大 学 所 有 の 日 本 電 子 製 Electron Probe Micro

島火砕流堆積物をもたらした大規模火砕流噴火が始まっ

Analyzer (JEOL-8900 EPMA) を用いた．分析条件は，加たことは確かで，やがて低 SiO2 マグマが高 SiO2 マグマ

速電圧 15 kV, 照射電流 12 nA，ビーム径 10 μ，分析時間に混合して放出されるようになったと考えられる．佐藤はピーク 20 秒，バックグラウンド 10 秒とし，補正は(1995) が 指 摘 し た こ の マ グ マ 混 合 は，Maeno andB&A 法 (Bence and Albee, 1968) で行った．分析値のトー

Taniguchi (2007) が議論しているように，カルデラ崩壊

タルが 95 % に満たない場合は，変質している可能性がとほぼ同時に起こったと考えられる．

高いとして除外し，それ以外の値は 100 % に換算して議
論する．
4-2

結果

鬼界アカホヤ噴火の噴出ステージごとの噴出物（船倉降下軽石，船倉火砕流，幸屋・竹島火砕流，アカホヤ火

アカホヤ火山灰には，船倉降下軽石と船倉火砕流堆積物には存在しない縞状軽石と，幸屋火砕流堆積物・竹島
火砕流堆積物と同様に低 SiO2 と高 SiO2 のガラスが認められ，これが幸屋火砕流起源の Co-ignimbrite ash であるとする説（町田・新井，1978）に矛盾しない．

山灰）の火山ガラス片および竹島火砕流堆積物中の縞状5-2

軽石黒色ガラスの SiO2 分析値の頻度分布を Fig. 5 に示

Sparks (1976) は，火砕流の堆積機構として，火砕流全堆積機構

す．いずれの場合も SiO2含有量は 74〜78 wt% の狭い範

体が流動状態から一斉に停止・堆積する en masse freez-

囲に集中するが，竹島火砕流堆積物・幸屋火砕流堆積物

ing を提唱している．このモデルでは，流動時に一枚の及びアカホヤ火山灰は SiO2=65 wt% 前後の SiO2の低い

フローユニット内で堆積物と同様の垂直・水平変化を生火山ガラス片を含む．また，竹島火砕流堆積物中に含まじていなければならず，幸屋・竹島火砕流堆積物のガラれる縞状軽石の黒色ガラスも SiO2=65 wt% 前後の低い

ス化学組成の垂直変化を形成するのは難しい．幸屋・竹

値を示す．

島火砕流堆積物のガラス化学組成の垂直変化は，これが分析試料を採取した 10 地点における幸屋火砕流堆積流れから徐々に堆積物を落として累積的に堆積する物・竹島火砕流堆積物中の火山ガラス片および軽石を構Progressive aggradation (Fisher, 1966; Branney and Kokelaar,

成するガラスの SiO2 含有量の垂直変化 (Fig. 6) を見る

1992) によって堆積したことを示している．この解釈

幸屋火砕流堆積物及びその給源近傍相のガラス組成と堆積様式

493

Fig. 3 Columnar sections of Akahoya eruption products. P is Funakura pumice-fall deposit, F is Funakura
pyroclastic-flow deposit, GL is ground layer, Ky is Koya or Takeshima pyroclastic-flow deposit, Ah is akahoya
ash-fall deposit. See Fig. 1 for the localities of columnar sections.

は，堆積学的特徴などからこれら火砕流堆積物を dilute

まま遠くまで堆積していることからすれば，幸屋火砕流

density current deposit とした Maeno and Taniguchi (2007,

は高速の乱流であったと考えられる．しかし，様々な組

2009) の結論と調和的である．その堆積物が淘汰不良の成のガラスが乱流の中で混合することが期待される遠方

494

藤原

誠・鈴木桂子での間に乱流の中でそれ以前の噴出物と混合したことが考えられる．
アカホヤ火山灰層の最下部は，粒径約 1〜4 cm の軽石を含んでおり，それらはアカホヤ火山灰上部の細粒部にかけて明瞭な正級化構造を示す．また，基底部の粗粒な軽石の中には，船倉降下軽石と船倉火砕流堆積物には存在しない縞状軽石が認められ，幸屋火砕流堆積物・竹島
火砕流堆積物と同様に低 SiO2と高 SiO2のガラスを含む．
したがって，アカホヤ火山灰は幸屋火砕流起源の Coignimbrite ash fall 堆積物だと言える．
以上の議論に基づいて，遠方相と近傍相の岩相ならびに堆積機構から，幸屋火砕流の堆積過程を考える (Fig.
7)．高 SiO2 マグマの爆発的噴火で形成された噴煙柱から船倉降下軽石が堆積する最中に噴煙柱の一部が崩壊して船倉火砕流が発生し，カルデラ近傍にのみ堆積した．
その後，火道拡大と共に噴煙柱が大きく崩壊し，より広範囲に拡がる火砕流が発生し，火砕流噴火初期の高 SiO2マグマから成る火砕流が海を渡り，遠近両方に幸屋火砕
流堆積物と竹島火砕流堆積物が堆積した．噴火が継続する中で，高 SiO2 マグマに低 SiO2 マグマが混ざって噴出
し，Progressive aggradation によって徐々に堆積した．そFig. 4 Photograph showing three flow units of Takeshimapyroclastic flow deposit on Takeshima Island. Thickmassive units separated by thin fines depleted-poor
unit. Scale is 1 m.

のため，幸屋・竹島火砕流堆積物は上部に低 SiO2ガラスを含む．その後，2 枚目，3 枚目のフローユニットを形成した火砕流が断続的に発生するが，遠方には到達せず，
カルデラ近傍にのみ複数のフローユニットが形成された．

にあって，os-8 や st-5 地点のように近傍相と同様，上部に低 SiO2ガラスが検出される場合と，os-6，st-5，yk-1 地

6．ま

点のように堆積物の下部だけでなく上部でも低 SiO2 ガ堆積物中の火山ガラス組成を用いて，鬼界アカホヤ噴ラスが検出されない場合がある．その原因は定かではな

火噴出物について対比を行った．一連の噴出物に含まれとめ

いが，マグマ混合が不均質で，時間や場所によって流れる火山ガラスは SiO2 =75 wt% 前後の高 SiO2 ガラスとの中でのガラス片の混合比が変化していた可能性，あるSiO2 =65 wt% 付近の低 SiO2 ガラスの 2 種類からなる．

いは乱流内で削剥または堆積する条件が局所的に異なっ一連の噴出物に含まれる火山ガラスの大部分は高 SiO2ていた可能性が考えられる．または，より細かく試料採ガラスから成るが，幸屋火砕流堆積物・竹島火砕流堆積取を行えば，最上部に低 SiO2ガラスが検出されるかもし物，アカホヤ火山灰中の火山ガラスおよび縞状軽石がれない．Tk-2 地点では，全層準で低 SiO2 ガラス片が検SiO2=65 wt% 付近の低 SiO2値を示す．

出されているが，これは直下にあるべき船倉降下軽石と幸屋火砕流噴出の初期には，SiO2 =75 wt% 前後の高船倉火砕流堆積物を欠いていることから，これらととも

SiO2マグマのみが噴出し，カルデラリムの竹島火砕流堆に高 SiO2 ガラス片のみからなる幸屋火砕流堆積物の基積物の下部並びに，海を渡った九州本島に幸屋火砕流堆底部を後続の密度流が削剥した結果と考えられる．最上積物の下部が堆積した．幸屋火砕流噴出の途中で，SiO2

部で再び低 SiO2ガラスが検出されなくなる現象は，給原=65 wt% 前後の低 SiO2 マグマが混合し始め，結果とし近傍にあって最も幸屋火砕流堆積物が厚い tk-1 地点でて幸屋・竹島火砕流堆積物上部以降には縞状軽石や低のみ観察される．これが，噴火末期になって低 SiO2マグ

SiO2 火山ガラスが含まれた．幸屋火砕流からは低 SiO2

マの混入がほとんどなくなったことを示すのであれば，マグマを含む細粒物が排出され Co-ignimbrite ash cloud

噴火規模が小さくてこれに対応する噴出物が遠くまで届を形成し，アカホヤ火山灰として堆積した．

かなかったか，あるいは，アカホヤ火山灰が堆積するま幸屋火砕流堆積物及びその給源近傍相のガラス組成と堆積様式

Fig. 5 Histograms of SiO2 content in glass shards of Akahoya ash fall (a), Koya pyroclastic-flow deposit (b) andFunakura pyroclastic-flow deposit (d) and glassy domains of Banded pumices in Takeshima pyroclastic flow
deposit (c). SiO2 values are recalculated for the total weight to 100 wt%.

495

496

藤原

誠・鈴木桂子Fig. 6 Histograms showing the range of SiO2 content in the glass shards of the Koya and Takeshima pyroclasticflow deposits. Vertical axis shows levels of the samples were collected. Horizontal axis is SiO2 wt% value.
Whiskers show maximum and minimum SiO2 wt%. Total number of measurement is shown on the upper rightside of each histogram. Unit boundary divides lower unit from upper unit at the site tk-1. Arrows indicate
decrease of Minimum SiO2 content appears to decrease upwards as indicated by a grey solid arrow.

幸屋火砕流堆積物及びその給源近傍相のガラス組成と堆積様式

497

Fig. 7 Schematic depositional model of Koya/Takeshima pyroclastic flow. First, eruption column grew and partly collapsed
to form pumice fall and intraplinian pyroclastic-flow deposits (a) followed by continuous eruption and column collapse
to generate a dilute pyroclastic flow with increasing contribution of less silicic magma components to the pyroclasts (band c). Changing eruption rate might have left minor flow units at proximal places to the Kikai caldera.

498
謝

藤原

誠・鈴木桂子

辞本研究を進めるにあたり，神戸大学の佐藤博明名誉教
授にはご指導・ご助言頂き，EPMA 使用法についてもご指導頂いた．鹿児島大学の小林哲夫教授には露頭の情報を提供して頂いた．また，神戸大学火山地質学研究室の方々には，有益な議論をして頂いた．インド理科大学院の Sajeev Krishnan 博士には英文要旨の添削をして頂いた．鹿児島大学総合研究博物館の鹿野和彦教授には草稿の改善に多くの意見を頂いた．匿名の査読者，担当編集委員の産業技術総合研究所宮城磯治博士の指摘は草稿を改善した．以上の方々に感謝いたします．
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（編集担当

宮城磯治）