2017 Fiscal Year Annual Research Report

部分溶融の前駆現象を含む岩石非弾性モデルを用いた上部マントル低速度域の再解析

Research Project

Project/Area Number	17H02951
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	武井康子東京大学, 地震研究所, 教授 (30323653)
Project Period (FY)	2017-04-01 – 2020-03-31
Keywords	粒界 / プレメルティング / 非弾性 / アセノスフェア / 地震波減衰 / フェーズフィールドモデル
Outline of Annual Research Achievements	本年度はまず、部分溶融の前駆現象を含む新しい非弾性モデルを海洋プレートの鉛直構造に適用し、リソスフェア・アセノスフェア境界（LAB）付近で観測される地震学的不連続面を粒界プレメルティング効果で説明できるかどうかを、詳細なパラメータースタディによって調べた。その結果、揮発性物質の存在によって岩石ソリダスが低下している場合には、観測される不連続面の深さと厚さが粒界プレメルティング効果によって説明できるが、速度低下量は観測結果よりも有意に小さいことが示され、今後は岩石とアナログ物質の違いなども考慮した非弾性モデルの改良が重要であることがわかった。また、メルトが非弾性に与える効果を調べる実験の準備として、二段階の粒成長法を開発し、第二成分（シフェニルアミン）が孤立して分布する大粒径の試料の作成に成功した。この試料を用いることで、メルト発生時の粒成長を避けながら、メルトがつながることの力学的効果を高精度で調べることが可能になる。さらに、粒界プレメルティング現象の物理モデルの開発に向けて、フェーズフィールドモデルによるアプローチの有効性について詳しい吟味を行った。その結果、このモデルには定性的な予測性はあるものの、現象論的自由エネルギーに基づいているため、プレメルティングの発生を定量的に詳細に予測することは難しいことがわかった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 非弾性モデルの地震学への応用については、計画通りに、リソスフェア・アセノスフェア境界への応用を行うことができた。岩石融点の圧力依存性や水の効果を既存の熱力学モデル（アルファメルツ）で比較的正確に予測できたため、実際の観測データとの比較に耐える結果を得ることができたことは、当初の予想より順調に進んだ点である。しかし、CO2の効果を考慮することは現状では難しいことも分かった。実験については、計画通り、試料作成のめどが立った。プレメルティングの物理を扱うモデルとして、既存のフェーズフィールドモデルを吟味し、既存のモデルの現状について理解が進んだ。これも計画通りである。
Strategy for Future Research Activity	まず非弾性モデルの応用では、実験から得られた非弾性モデルのパラメータそのものの不確定性を吟味し、粒界プレメルティングによるリソスフェア・アセノスフェア境界での速度低下量の見積もりをさらに詳しく行う。実験については、計画通り、メルトを含む試料の実験に進む。モデルについては、定量的モデルの開発を目指し、統計力学的なモデルを吟味する計画である。