2015 Fiscal Year Research-status Report
転位を含む多結晶体の弾性・非弾性の研究：マントル地震波構造の理解を目指して
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15K13560
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
武井 康子 東京大学, 地震研究所, 教授 (30323653)
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2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 非弾性 / 地震波減衰 / 転位 / 多結晶体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度はまず，アナログ多結晶体試料の１軸圧縮クリープ実験を行ない，差応力を0.27―2.3 MPaの範囲で系統的に変えて各差応力での定常歪速度を測定し，流動則を求めた。５０℃、封圧0.8 MPaの条件下でクリープ実験を行ない、0.90 MPa 以下の差応力下では応力指数が1の線形クリープ， 2.0 MPa以上では応力指数が5 のベキ乗則クリープが支配的となる流動則を得た。ベキ乗則クリープ領域で約30% の歪を与えた試料の微細構造には，粒界の屈曲や非一様な粒径分布が観察された．これらは転位が関与した粒界移動によるものと見られ，転位クリープによって多結晶体中に転位が導入されたと考えられる．
上記で得られた流動則に基づき，同一の試料を，拡散クリープ，中間的なクリープ，転位クリープが支配的となる3 つの差応力（0.27, 1.4, 2.1 MPa）で順に変形し，差応力下で室温まで冷却した試料を強制振動実験装置に取り付け，大気圧下，１０℃―４０℃の範囲でヤング率Eと減衰Qを測定した．粘性は，同時に加えている一定のオフセット応力（0.27 MPa）に対する変形から測定した．実験の結果は以下のようにまとめられる．（1）拡散クリープ下での変形（歪0.7%）後は，同じ条件での先行研究と非常に調和的なヤング率と減衰スペクトルを得た．（2）中間的なクリープおよび転位クリープ下での変形（歪3.6%, 12%）後は，ヤング率の低下と減衰の増大が有意にとらえられ，その変化量は予変形の差応力が高いほど大きかった．（3）更に，時間の経過とともにヤング率と減衰は回復し，最終的には拡散クリープ後に得られたヤング率と減衰スペクトルに収束した．これらの結果から，転位による非弾性への影響がとらえられたと考えている．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
岩石アナログ試料の転位クリープが既存の装置で実現できるかどうかがネックであったが、既存の装置の上限下の0.8MPaの封圧で実現できることがわかり、実験のめどが立った。また、実際に変形後の試料の非弾性を測定することもでき、転位の影響を有意に捉えることができたのは、予想以上の成果であった。当初の計画では、複数の試料をそれぞれ異なるな差応力下で変形して、その違いを見る予定であった。しかし、サンプルを真空シールで保護することで取り付け時のダメージを小さくし、同一試料の繰り返し使用によって差応力振幅の影響を調べることができ、転位の影響を非常に高精度で抽出できたことも良い成果を得られた一因である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今回得られた転位の効果は、かなり高周波数側にあり、緩和時定数の短い現象であると予想される。このため、超音波帯域でこの影響が捉えられるかどうかをテストする計画である。また、予想以上に転位回復の効果が見られるため、サンプルを冷却して非弾性装置へ移動している最中にも回復が生じている可能性がある。そこで、超音波でも転位による非弾性を捉えることが可能であるなら、超音波による非破壊モニターを用いて、転位クリープ下での非弾性その場測定実験の可能性を検討する。
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| Causes of Carryover |
既存の装置で転位クリープが実現できることが分かったため、大きな装置開発を行うことなく非弾性データの取得に進むことができ、初年度の物品費を抑えることができた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
転位の回復が想定以上に早いため、転位クリープ下で非弾性を測定するその場測定実験を検討する必要があることがわかり、平成２８年度のこのための実験や装置開発の費用として使用する計画である。
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