Investigation of multiple seismic behaviors in terms of spatial variations of mineralogical and physical characteristics of rocks in plate-subduction zones

• Project/Area Number: 20J01284
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 17040:Solid earth sciences-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 金木 俊也 京都大学, 防災研究所, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2020-04-24 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 沈み込み帯 / 間隙流体圧 / スロー地震 / 炭質物 / ラマン分光 / 断層 / 速度状態摩擦則 / 地震サイクルシミュレーション / モデル計算 / 摩擦発熱 / 断層掘削 / ラマン分光分析 / 断層滑り / 摩擦実験 / 機械的非晶質化 / 被熱史 / ビトリナイト反射率 / 間隙水圧 / 脱水反応

Outline of Research at the Start

プレート沈み込み帯の鉱物組成・物性値の空間不均質が、地震時の滑り挙動・地震サイクルに与える影響を定量的に評価すべく、室内実験・数値計算を行う。まず、続成作用に伴うプレート境界面での鉱物組成の空間不均質を反応速度論から推定する。推定した鉱物組成を持つ模擬試料の物性値を室内実験から決定し、物性値の空間不均質を評価する。求めた物性値を考慮した数値計算から、地震時の滑り挙動・地震サイクルの特徴を定量的に明らかにする。これらの手法を南海トラフ・日本海溝・スマトラ沖・コスタリカなどの様々なプレート沈み込み帯に適用し、比較沈み込み帯学に対して続成作用の観点から一石を投じることが本研究の最終的な目標である。

Outline of Annual Research Achievements

昨年度同様、新型コロナウィルスの影響により、学外への長期出張が憚られる状況が継続していた。そこで、当初の計画における目標の一つであった、断層運動に関連するモデル計算に焦点を当て、主に計算機を用いた研究を実施した。
まず、昨年度から継続して実施している沈み込み帯における水理モデルの研究では、透水係数の局所的な減少によって間隙流体圧の局所的な増加が引き起こされることから、透水係数の減少を引き起こす機構がスロー地震の発生過程において重要である可能性を指摘した。以上の成果は国際学術雑誌 “Journal of Geophysical Research: Solid Earth” 2023年2月7日に出版された。
次に、同じく昨年度から継続して実施している研究である、炭質物ラマン分光スペクトルを自動解析するコードを用いて岩石の被熱温度を推定する研究では、既往研究の課題であった個人バイアスの軽減および解析の簡易化を実現した。これらの成果は国際学術雑誌 “Island Arc” に2022年10月19日に出版された。同様の自動化をより高温領域に拡張するべく、新たなコードの開発にも取り組んでいる。
新たな研究課題としては、高速滑り時の断層帯における歪集中モデル計算では、先行研究の結果を再現するコードを自作するとともに、数値誤差が時間とともに成長することで解が不安定になることを明らかにした。また、今まで考慮されていなかった発展則を採用した速度状態摩擦則に支配される断層面における地震サイクルシミュレーションにも取り組んでいる。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Steady‐State Effective Normal Stress in Subduction Zones Based on Hydraulic Models and Implications for Shallow Slow Earthquakes (2023)
  • Author(s): Kaneki Shunya、Noda Hiroyuki
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Solid Earth Volume: 128 Issue: 2 Pages: 1-22
  • DOI: 10.1029/2022jb025995
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] An automatic peak deconvolution method for Raman spectra of terrestrial carbonaceous material for application to the geothermometer of Kouketsu et al. (2014) (2022)
  • Author(s): Kaneki Shunya、Kouketsu Yui
  • Journal Title: Island Arc Volume: 31 Issue: 1 Pages: 1-17
  • DOI: 10.1111/iar.12467
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Characteristics of Fault Rocks Within the Aftershock Cloud of the 2014 Orkney Earthquake (M5.5) Beneath the Moab Khotsong Gold Mine, South Africa (2022)
  • Author(s): Miyamoto T.、Hirono T.、Yokoyama Y.、Kaneki S.、Yamamoto Y.、Ishikawa T.、Tsuchiyama A.、Katayama I.、Yabe Y.、Ziegler M.、Durrheim R. J.、Ogasawara H.
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 49 Issue: 14 Pages: 1-9
  • DOI: 10.1029/2022gl098745
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Frictional heating in a thick fault zone with empirical slip-weakening friction: implications for slip parameter estimation from temperature observations in deep fault drilling (2021)
  • Author(s): Kaneki Shunya
  • Journal Title: Progress in Earth and Planetary Science Volume: 8 Issue: 1 Pages: 1-13
  • DOI: 10.1186/s40645-021-00457-0
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The effect of a gouge layer on rupture propagation along brittle shear fractures in deep and high-stress mines (2021)
  • Author(s): Mngadi S.B., Tsutsumi A., Onoe Y., Manzi M.S.D., Durrheim R.J., Yabe Y., Ogasawara H., Kaneki S., Wechsler N., Ward A.K., Naoi M., Moriya H., Nakatani M.
  • Journal Title: International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences Volume: 137 Pages: 104454-104454
  • DOI: 10.1016/j.ijrmms.2020.104454
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] On approximations of EASY%Ro solutions to estimate maximum temperature from vitrinite reflectance (2020)
  • Author(s): Kaneki S., Noda H.
  • Journal Title: The Journal of the Geological Society of Japan Volume: 126 Issue: 11 Pages: 655-661
  • DOI: 10.5575/geosoc.2020.0035
  • NAID: 130007986293
  • ISSN: 0016-7630, 1349-9963
  • Year and Date: 2020-11-15
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Mechanical amorphization of synthetic fault gouges during rotary‐shear friction experiments at subseismic to seismic slip velocities (2020)
  • Author(s): Shunya Kaneki, Kiyokazu Oohashi, Tetsuro Hirono, Hiroyuki Noda
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Solid Earth Volume: 125 Issue: 10 Pages: 1-28
  • DOI: 10.1029/2020jb019956
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 地震時の摩擦発熱に伴う断層帯での化学反応を考慮した変形集中帯の移動に関する数値実験 (2023)
  • Author(s): 金木 俊也, 野田 博之
  • Organizer: DPRI Annual Meeting 2023
• [Presentation] What causes the local increase in pore-fluid pressure around the source region of shallow slow earthquakes? (2022)
  • Author(s): Kaneki, S., Noda, H.
  • Organizer: International Joint Workshop on Slow-to-Fast Earthquakes 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 炭質物ラマンスペクトルから被熱温度を推定する際のピークフィッティングの自動化 (2022)
  • Author(s): 金木 俊也, 纐纈 佑衣
  • Organizer: 日本地質学会第129年学術大会
• [Presentation] どうすれば浅部スロー地震の震源域で有効圧の局所的な減少が起こるのか？ (2022)
  • Author(s): 金木 俊也, 野田 博之
  • Organizer: JpGU Meeting 2022
• [Presentation] 地震時の摩擦発熱と鉱物の化学反応による流体圧の上昇と剪断変形の集中、その後の解の不安定化と剪断集中帯の移動について (2022)
  • Author(s): 金木 俊也, 野田 博之
  • Organizer: 日本地震学会2022年度秋季大会
• [Presentation] 地震時の摩擦発熱に伴う化学反応による剪断集中帯の移動に関する力学モデルの解の不安定化について (2022)
  • Author(s): 金木 俊也, 野田 博之
  • Organizer: 日本地質学会第129年学術大会
• [Presentation] 沈み込み帯の水理学的モデルに基づく間隙流体圧の定常解 (2022)
  • Author(s): 金木 俊也・野田 博之
  • Organizer: DPRI Annual Meeting 2022
• [Presentation] 回転剪断摩擦実験による模擬断層ガウジの機械的非晶質化 (2021)
  • Author(s): 金木 俊也・大橋 聖和・廣野 哲朗・野田 博之
  • Organizer: JpGU Meeting 2021
• [Presentation] ビトリナイト反射率から最高被熱温度を推定するEASY%Roモデルの近似式について (2021)
  • Author(s): 金木 俊也・野田 博之
  • Organizer: JpGU Meeting 2021
• [Presentation] 化学反応による流体の湧き出しを考慮したプレート沈み込み帯における間隙水圧分布の定常解のモデル計算に向けて (2021)
  • Author(s): 金木 俊也・野田 博之
  • Organizer: JpGU Meeting 2021
• [Presentation] プレートの沈み込みに伴う温度圧力条件の変化および粘土鉱物の脱水を考慮した水理学的モデルに基づく間隙水圧の定常解 (2021)
  • Author(s): 金木 俊也・野田 博之
  • Organizer: 日本地震学会2021年度秋季大会
• [Presentation] ビトリナイト反射率から最高被熱温度を推定するための EASY%Ro 解の近似式 (2021)
  • Author(s): 金木 俊也、野田 博之
  • Organizer: DPRI Annual Meeting 2021
• [Presentation] Raman parameters of carbonaceous material estimated from fully-automatic spectral fitting method and their relation to vitrinite reflectance (2020)
  • Author(s): Kaneki, S., Nakamura, Y., Kouketsu, Y., Mukoyoshi, H.
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ビトリナイト反射率から最高被熱温度を推定する際のEASY%Roモデルの近似式について (2020)
  • Author(s): 金木 俊也、野田 博之
  • Organizer: 日本地質学会構造地質部会2020年度オンライン例会
• [Remarks] Shunya Kaneki's HP
  • URL: https://sites.google.com/view/shunyakaneki-hp/home