2017 Fiscal Year Annual Research Report
Geometry, chemistry and hydraulic properties of shear cracks: Rock fracturing processes by geofluid infiltration
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15K17783
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
宇野 正起 東北大学, 環境科学研究科, 助教 (50748150)
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2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 岩石―流体反応 / 亀裂閉塞タイムススケール / 透水係数 / 流体圧分布 / 反応―移流―拡散 / 反応帯形成フォーワードモデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，岩石―流体反応帯の化学・水理学的解析を行い，流体流入・亀裂閉塞のタイムスケールの制約，母岩の透水係数の見積，亀裂から母岩にかけての流体圧分布の見積に成功した．特に，岩石ー流体反応帯を利用した地殻透水係数の見積と，流体圧分布の見積は世界で初めての試みである．
具体的には，東南極セールロンダーネ山地の角閃岩の亀裂沿いの岩石―流体反応帯を対象として，アパタイト中のCl濃度を分析し，亀裂から母岩にかけて反応―移流―拡散プロファイルを見出した．上記プロファイルに反応―移流―拡散方程式を適用することで，流体浸透のタイムスケールが数日以内の非常に短い時間であることが明らかになった．また，母岩の透水係数は10^-23 m^2程度と非常に低い．一方，亀裂から母岩にかけての流体圧分布は，熱力学解析からH2Oの活動度を制約することで求めた．得られた流体圧分布は，1 kbar/10cmであり，非常に高い流体圧勾配が存在していたことを明らかにした．以上の解析により，変成岩中の岩石―流体反応帯の具体的なタイムスケールとその水理学的性質が明らかになり，地球物理観測でみられる流体活動と地質学的に観察される岩石―流体反応が，具体的なタイムスケール，水理学的パラメーターを持って比較することが可能になってきた．
また，自由エネルギー最小化と拡散をカップリングさせた，新たな反応帯形成のフォーワードモデルを構築した．これにより従来は困難であった，変成作用温度圧力条件下での多成分多相系の反応帯のフォーワードモデルが可能になった．得られたフォーワードモデルは，ForsteriteーQuartz系やForsteriteーQuartzーH2O系の実験で得られる反応帯とよい一致を示し，変成作用条件下での反応帯形成の予測が可能となってきた．
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