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Deformation experiments of plagioclase under high temperature and high pressure: influence of water on the lower crust rheology

Research Project

Project/Area Number 16J03235
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Petrology/Mineralogy/Economic geology
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

木戸 正紀  東北大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2016-04-22 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2018: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords下部地殻 / 斜長石 / 高温・高圧変形実験 / レオロジー / 水のフュガシティ / 高圧変形実験 / 地殻応力
Outline of Annual Research Achievements

下部地殻において水は塑性変形を促進させることで岩石を軟化させ,上部地殻の断層へ応力集中を引き起こし,地震発生の引き金となる.従って下部地殻の力学特性を決定することが重要であるが,下部地殻に相当する高温・高圧条件で,水が岩石の強度にどの程度影響を与えるか定量的にはよく分かっていない.また,変形する岩石内部を水がどのように拡散するのかよく分かっていない.
上述の問題を解決するために下部地殻の主要構成鉱物である斜長石の変形実験を行った.実験にはGriggs型固体圧式変形試験機を用いるが,このタイプの試験機は力学データの精度が低いため,力学データにはKido et al. (2016) による差応力測定値の補正則を適用した.実験試料には人工的に合成された斜長石の多結晶焼結体を用いた.封圧を変化させて強度に対する水のフュガシティの効果を調べた.また,水を浸透させるための保持時間と変形時間を変え,水の拡散に与える変形の影響を評価した.実験後の回収試料については,偏光顕微鏡及び電子顕微鏡を用いて組織観察を行ったほか,赤外分光光度計により含水量を測定した.
水を加えた試料は加えていないものに比べて著しい強度低下を示し,また,強度は含水量の増加と共に低下する傾向があった.同様の焼結体試料に対して低圧条件で実験を行った先行研究(Rybacki and Dresen, 2000 など)が提案した構成則からの外挿値と比べ,高圧条件での強度は低いものであり,高圧条件において岩石の塑性変形を促進する水の効果が大きいことが明らかになった.また,変形時間の異なる試料の含水量測定の結果から,岩石内部の水の拡散が変形によって促進されている可能性が示唆された.下部地殻において,岩石の変形が水の浸透を促進し岩石の弱化の原因となり,歪局所化をもたらす可能性が示された.

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2019 2017 2016 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results)

  • [Int'l Joint Research] ワシントン大学セントルイス校(米国)

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Journal Article] Reaction-induced rheological weakening enables oceanic plate subduction2016

    • Author(s)
      Hirauchi, K., Fukushima, K., Kido, M., Muto, J. and Okamoto, A.
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 7 Issue: 1 Pages: 12550-12550

    • DOI

      10.1038/ncomms12550

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Rheological Weakening of the Lower Crustal Rocks Promoted by Anomalous Diffusion of Water2019

    • Author(s)
      Masanori Kido, Jun Muto, Sanae Koizumi, Hiroyuki Nagahama
    • Organizer
      The Second International Symposium on Crustal Dynamics
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Influence of water fugacity on flow properties of fine-grained anorthite aggregates under the lower crustal conditions2017

    • Author(s)
      Kido, M., Muto, J., Koizumi, S. and Nagahama, H.
    • Organizer
      JpGU-AGU Joint Meeting 2017
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Influence of water on rheological properties of feldspar aggregates under the lower crustal temperature and pressure2017

    • Author(s)
      Kido, M., Muto, J., Koizumi, S. and Nagahama, H.
    • Organizer
      IAG-IASPEI 2017
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 高温・高圧下における下部地殻岩石のレオロジーに対する水の効果2017

    • Author(s)
      Kido, M., Muto, J., Koizumi, S. and Nagahama, H.
    • Organizer
      日本地質学会第124年学術大会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 下部地殻岩石のレオロジーに対する水の効果2017

    • Author(s)
      Kido, M., Muto, J., Koizumi, S. and Nagahama, H.
    • Organizer
      地殻ダイナミクス2017年全体集会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] High Pressure and High Temperature Deformation Experiments on Synthetic Anorthite Aggregates: The Effect of Water on Rheological Properties2017

    • Author(s)
      Kido, M., Muto, J., Koizumi, S. and Nagahama, H.
    • Organizer
      2017 American Geophysical Union Fall Meeting
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 高温高圧下における斜長石のレオロジーと水の効果2016

    • Author(s)
      Kido, M., Muto, J., Koizumi, S. and Nagahama, H.
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2016年大会
    • Place of Presentation
      幕張メッセ(千葉県・千葉市)
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Rheology of Water-infiltrated Polycrystalline Anorthite Under the Conditions of Lower Crust2016

    • Author(s)
      Kido, M., Muto, J., Koizumi, S. and Nagahama, H.
    • Organizer
      地殻ダイナミクス国際集会
    • Place of Presentation
      高山市民文化会館(岐阜県・高山市)
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effect of infiltrated water on rheology of plagioclase feldspar under lower crustal condition2016

    • Author(s)
      Kido, M., Muto, J., Koizumi, S. and Nagahama, H.
    • Organizer
      AGU Fall Meeting 2016
    • Place of Presentation
      Moscone center, San Francisco, USA
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

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Published: 2016-05-17   Modified: 2024-03-26  

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