2018 Fiscal Year Research-status Report
Development of the technique for the assessment of fault activity using the formation age of clay minerals in fault rocks
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17K01326
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
福地 龍郎 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (90212183)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 活断層 / 断層ガウジ / 粘土鉱物 / スメクタイト / ESR / 熱水反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
糸静線活断層系白州断層の国界橋露頭（山梨県北杜市小淵沢町）から断層ガウジ試料の採取を行った。国界橋露頭では，新第三紀の甲斐駒型花崗岩が中期更新世の教来石礫層の上に衝上しており，主要断層面沿いに発達している幅数cmの断層ガウジとその近傍のガウジ試料の他，破砕の程度が弱い花崗岩及び教来石礫層のマトリックス試料のXRD分析及びESR解析を実施した。XRD分析の結果，各断層破砕物質からは，地表付近の活断層露頭から採取された断層ガウジ中にしばしば存在する粘土鉱物であるスメクタイトが検出された。主要断層面沿いの断層ガウジから検出されるスメクタイトのXRDピークは，上盤の破砕花崗岩のものよりも増大している反面，下盤の教来石礫層起源の破砕物質のXRDピークよりは線幅（半値幅）が狭く強度も著しく減少していることが判明した。XRDピーク強度は，主要断層面に近づくに従って増大する傾向を示すことから，スメクタイトは断層破砕作用によって生成・増大したと考えられ，活断層かどうかの判定にスメクタイトが使用できる可能性が示された。一方，ESR解析の結果，摩擦熱増大の指標となるフェリ磁性共鳴（FMR）信号が主要断層面沿いのガウジから検出されたが，教来石礫層のマトリックスからも検出されることから，教来石礫層堆積時に取り込まれたフェリ磁性鉱物に由来するものと考えられる。また，主要断層面沿いのガウジからは，年代測定に利用できるモンモリロナイト起源の弱いESR信号が検出されたが，ガンマ線照射実験の結果，飽和傾向を示しており，年代値の決定には至らなかった。
野島花崗岩粉末試料を用いて，高温高圧反応容器による熱水反応実験（240℃で１～２週間加熱）を実施した結果，微弱なスメクタイトのXRDピークが検出された。ESR測定の結果，熱水反応後の試料から天然の断層ガウジと同様の特徴的なFMR信号が生成されることが判明した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
前年度まで釜無川の増水のため試料採取ができなかった糸魚川―静岡構造線（糸静線）活断層系白州断層の国界橋露頭から断層ガウジ試料を採取することができ，XRD分析の結果，スメクタイトが活断層かどうかの判定に利用可能であることが確認できた。
ESR測定の結果，断層ガウジ試料から断層摩擦熱の指標となるフェリ磁性共鳴（FMR）信号が検出されたが，元々の母岩中に含まれているフェリ磁性鉱物起源と分かり，摩擦熱の検出や摩擦熱温度の推定には至らなかった。また，断層ガウジから検出されたモンモリロナイト起源のESR信号は強度が弱く，ガンマ線照射実験によって飽和傾向を示すことが確認されたため，年代値決定には至らなかった。
一方，高温高圧反応容器を用いた熱水反応実験については，240℃で１～２週間の熱水実験を実施できた。熱水反応後の試料からはスメクタイトの微弱なXRDピークが検出されたが，ピーク強度が小さ過ぎるため，反応速度式を求めるまでには至らなかった。
天然の断層ガウジ試料の採取及び分析はおおむね順調に進んでいるが，熱水反応実験は少々遅れているため，全体として，「やや遅れている」との自己評価を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成31年度は，糸静線活断層系下蔦木断層の断層ガウジ試料（山梨県小淵沢町釜無川沿いの露頭）の採取を試みる。これまで採取された断層ガウジ試料のESR解析及びXRD分析を引き続き実施し，加熱により増大する石英E’中心及びperoxy中心の信号強度と粘土鉱物のXRD強度（結晶度）の相関関係を調べる。さらに，各断層ガウジ試料から検出される石英及び粘土鉱物起源の各ESR信号（Al中心，Ti中心，モンモリロナイト四重信号など）を用いて年代測定を実施し，各ガウジ試料から検出される粘土鉱物の種類やXRD強度（結晶度）との相関関係について検討する。
一方，高温高圧反応容器を使用した熱水反応実験については，各断層岩の母岩試料を用いて引き続き実験を実施する。熱水反応実験については，加熱温度及び時間が異なる複数の条件下で行い，生成した粘土鉱物の同定と結晶度の算出をXRD分析により実施し，各粘土鉱物が生成あるいは共存する温度と時間の関係式（アレニウス式）をアレニウスプロットにより求める。また，断層岩試料採取地点の地温勾配及び隆起速度データとアレニウス式から各粘土鉱物の生成年代を見積もる。さらに，モンモリロナイト固有のESR信号が検出される場合には，これらの粘土鉱物の生成年代とESR年代値の比較検討を行う。
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| Causes of Carryover |
当初，断層ガウジ試料から検出される粘土鉱物にイライトが存在する場合には，イライトを用いたK-Ar年代測定を専門業者（蒜山地質年代研究所）に依頼することを計画し，そのための費用を計上していたが，平成30年度に分析を行ったガウジ試料からはイライトが検出されなかったため，K-Ar年代測定を依頼する必要がなくなったことが，次年度使用額が発生した理由である。
次年度使用額については，平成31年度に分析する断層ガウジ試料からイライトが検出された場合に，K-Ar年代測定用費用として使用する他，ESR年代測定を実施する際に必要となる年間線量率を算出するための放射性元素濃度の定量分析費用として使用することを計画している。
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| Remarks |
糸魚川－静岡構造線の研究
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