2017 Fiscal Year Annual Research Report
Effect of water on the mechanism of time-dependent rock strength
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15K06221
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
増田 幸治 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, 副研究部門長 (30344104)
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| Project Period (FY) |
2015-10-21 – 2018-03-31
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| Keywords | 破壊強度 / 破壊実験 / 応力腐食 / 断層強度回復 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
岩石強度の時間変化メカニズムに対する水の影響について，水の存在が2種類の地殻岩石構成鉱物の摩擦過程に与える影響の評価を行った．さらに，前年度までの成果と既存データを総合することで，水が関与する応力腐食作用が岩石物性の時間変化の本質であるというモデルが有効であることが明らかになった．
地震発生領域の深度やその範囲は，地殻構成物質の摩擦強度で説明されている．地震の発生しない安定領域と地震が発生する不安定領域の境界深度は，温度や水の存在によって影響される物質の摩擦強度に支配されている．例えば，構成鉱物として石英が含まれると摩擦特性が安定化する効果が実験によって観測されている．そこで，それぞれの構成鉱物の摩擦特性の影響や地震発生に及ぼすメカニズムを考察するために，地殻主要構成鉱物である石英と長石の摩擦特性を高温高圧下で測定した．細粒の石英ガウジおよび長石ガウジを試料として使用し，DryおよびWet環境下で，速度ステップ試験を行った。温度範囲は室温～600℃とした．その結果，水が存在する環境下では，石英・長石ともに地震すべりが発生する不安定領域に相当する温度範囲が存在するが，石英の方がその温度領域が狭いことがわかった．これらの結果は，個々の構成鉱物の摩擦特性および水の存在が，地震発生領域を決める重要な役割をはたしていることを示している．
前年度までとこれらの結果や既存データを総合すると，岩石強度の時間変化（岩石強度弱化やヒーリング過程）メカニズムに対する水の影響に関しては，摩擦面の真の接触部分（アスペリティ―）における，微小破壊がその本質で，強度の時間変化にメカニズムとしては，ゆっくり進行する応力腐食反応であることを示唆している．モデルとして応力腐食メカニズムが有効であることが明らかになった．
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