シリカ鉱物析出反応速度と地震発生周期の相関性の定量評価

Research Project

Project/Area Number	20K14585
Research Category	Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Basic Section 17040:Solid earth sciences-related
Research Institution	National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
Principal Investigator	最首花恵国立研究開発法人産業技術総合研究所, 地質調査総合センター, 主任研究員 (10738321)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2026-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help	¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000) Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000) Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000) Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000) Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Keywords	シリカ鉱物 / 熱水実験 / 析出反応速度 / 地震発生周期 / シリカ / 析出反応
Outline of Research at the Start	地震発生周期を決定するメカニズムとして「シリカ鉱物析出反応による岩石き裂の閉塞」に着目し，地震により生成した岩石き裂中にシリカ鉱物が析出沈殿する過程で，岩石透水率の低下・間隙流体圧の上昇を経て，次の地震が発生するというサイクルを検討する。①シリカ鉱物析出反応速度式の導出を目的とした室内実験の実施と，②シリカ析出－き裂閉塞モデル（シリカ鉱物析出反応→岩石透水率の低下・間隙流体圧の上昇）の構築により，③シリカ鉱物析出反応による岩石き裂閉塞時間と地震発生周期の相関性を定量的に検証することを目指す。
Outline of Annual Research Achievements	南海トラフやプレート沈み込み帯では，地殻流体が地震発生に重要な役割を果たすと考えられている。地震発生帯には、石英などの鉱物が岩石のき裂を埋めた「鉱物脈」が多数存在することも知られており、地震発生と鉱物脈形成の関係性も示唆されているが、定量的な評価はほとんどなされていない。本研究では、大陸地殻の主要成分であるシリカに着目し、シリカ鉱物が岩石き裂を埋めた「石英脈」の形成と地震発生の関係性を定量評価することを目的としている。まず、本研究代表者等の既存研究（Saishu et al., 2017; Ujiie et al., 2018）では、宮崎県の延岡や槙峰のフィールド調査に基づき、石英が岩石き裂の中で結晶成長して石英脈を形成するモデルを提案しており、今年度は同じモデルを紀伊半島のフィールド調査情報に応用し、石英脈形成速度と地震発生周期の比較を行った。さらに、温度圧力や岩石き裂のサイズの条件を拡張し、石英脈形成時間の各条件における変化の傾向をまとめ、様々なフィールドの条件と照らし合わせて比較検討できるようにデータを整理した。また、シリカ鉱物の析出の様子は、地殻流体中の微量元素（Al、K、Naなど）の濃度により変化することが知られており（Saishu et al., 2012）、微量元素の影響を考慮した石英析出反応速度式を導出し、よりリアルな石英脈形成時間を計算するため、室内実験を行う予定であり、本年度はその実験や分析の準備を行った。また、学術変革領域研究(A) Slow-to-Fast地震学に研究協力者として参加し、国内外の石英脈と地震に関する情報交換を行った。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 前年度からの育児休業の取得に伴い、補助事業を当該年度7月まで中断し、8月から再開した。補助事業採択後の異動に伴い、新規所属先における実験・分析環境整備および実験装置製作の外注が必要となったが、コロナ感染拡大に伴う、出勤制限や保育園利用自粛、外注先での部品調達の遅延等があり、実験・分析環境整備と実験装置納品（令和4年度夏予定）に計画より遅れが生じた。
Strategy for Future Research Activity	シリカ鉱物析出実験環境整備後、天然の地殻流体を模擬したSi過飽和溶液の微量成分濃度の調整をするための溶解試験、石英析出反応速度を導出するための析出実験を順次行う。Slow-to-Fast地震学など国内外のコミュニティや学会に参加し、研究成果を公表するとともに、石英脈と地震に関する情報収集や、各分野の研究者との議論を行う。