2021 Fiscal Year Research-status Report
プレート境界デコルマ帯における大規模海底地殻変動メカニズムの解明
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18K13831
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| Research Institution | National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology |
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Principal Investigator |
杉山 友理 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, 港湾空港技術研究所, 研究官 (50803615)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | デコルマ帯 / 粘土鉱物の変質 / 数理モデル / 層間水の脱水 / 一面せん断試験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，粘土鉱物の変質を考慮できる数値解析手法を提案することで，粘土鉱物の変質と地殻変動の関係について検討し，デコルマ帯における大規模海底地殻変動メカニズムを解明することを研究目的としている．計画している具体的な研究項目のうち，本年度は，「変質しながらせん断作用を受けた場合の力学挙動について検討する」に該当する研究項目を実施した．
東北地方太平洋沖地震で発生したような巨大地震津波に繋がる大規模海底地殻変動が生じる原因の一つに“水”が大きく関係しているといわれている．このことから，数理モデルの提案として，デコルマ帯で生じる粘土鉱物の変質としてスメクタイトのイライト化に着目し，変質に伴うスメクタイトの層間水の脱水に起因する力学応答モデルの構築を行った．構築したモデルを用いた要素応答シミュレーションを行った結果，層間水の脱水に伴う水の膨張により，非排水条件下では過剰間隙水圧が発生した．また，ある程度せん断力を受けたスメクタイト対してせん断応力一定変質させるシミュレーションを行った結果，間隙水圧の発生に伴い有効応力が減少し，変質によるせん断変形が生じることが分かった．この力学挙動から，デコルマ帯におけるスロースリップを説明することができた．これらの結果は数値解析により得られた結果であるため，実験による数値解析結果の妥当性の検証が必要であると考え，ある程度のせん断力を与えた粘土試料に過剰間隙水圧を発生させることで，スロースリップに相当する滑り戻りが生じるかどうか検討するための試験装置を製作した．試験装置は，上下せん断箱がそれぞれ可動であり，上せん断箱には過剰間隙水圧発生時に滑り戻り（スロースリップ）がどの程度生じるか計測できるようにスプリングを接続した．デコルマ帯の剛性を，設置するバネに置き換えるため，様々なバネ定数のスプリングを使用できる設計にした．
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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
デコルマ帯で生じる粘土鉱物の変質と海底地殻変動の関係性について検討するという研究目標に対し，本年度は，昨年度提案した海底地殻変動の一つであるスロースリップを説明可能な力学挙動を得ることのできる数理モデルを用いたせん断シミュレーションを実施した．さらに，当初の研究計画では，実験によるスロースリップ現象解明へのアプローチは予定していなかったが，鉱物の変質による過剰間隙水圧発生で生じると推察されるスロースリップを実験により再現可能な試験装置を設計し，今後，数値シミュレーションを模擬した実験による数理モデルの妥当性の検証や，実験によるスロースリップ現象の解明に取り組む準備が整った．このような理由から，当初の計画以上に進展しているとした．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，本研究課題の一つであるサンプリング時の応力変化に関する研究を参考に，実際にデコルマ帯から採取された試料を用いた力学試験結果の解釈を行い，数値解析における初期応力条件を決定する．また，実際にプレート沈み込みによるせん断作用を受ける海底地殻を想定し，変質とせん断に加え，堆積断層の自重圧密についても考慮した数値解析を行うことで，海底地殻における力学挙動がどのように大規模海底地殻変動に繋がるか検討することで，両者の関係性について解明する．また，一面せん断試験により，ある程度せん断力を受けた粘土試料に対して過剰間隙水圧を与える実験を行い，その際に得られる力学挙動について検討する．最後に実験結果と解析結果との比較検討を行い，解析結果の妥当性及び提案した数理モデルの今後の課題について整理する．
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| Causes of Carryover |
コロナウイルスによる出張制限や学会のオンライン開催及び学会の中止等により，国際学会参加費や旅費に見込んでいた経費を使用できなかったため次年度使用額が生じた。コロナウイルスの蔓延が落ち着かず、国際会議への参加ができない場合は，実験装置の製作準備として計測機器の購入等に経費を使用する予定である。
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