2021 Fiscal Year Annual Research Report
稍深発地震とスロースリップに対する超臨界水の効果：放射光その場観察実験による検証
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19H00722
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
大内 智博 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 准教授 (60570504)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西原 遊 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 教授 (10397036)
雷 興林 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 地質調査総合センター, 研究グループ長 (70358357)
川方 裕則 立命館大学, 理工学部, 教授 (80346056)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | スラブ内地震 / スロースリップ / カイザー効果 / マイクロクラック / 広帯域AEセンサ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、深さ30-300 kmの沈み込むプレート（スラブ）内部にて発生するスラブ内地震や、その直上にて発生するスロースリップ現象が、超臨界水によって誘発されるのか（あるいは抑制されるのか）どうかを実験的に明らかにすることを目的としている。本年度では、昨年度に引き続きスラブ内浅部の温度圧力条件下（1-3 GPa, 500-1000℃）における無水及び含水ダナイト（カンラン石多結晶体）の変形実験をSPring-8にて行った。本年度では特に、一定の歪速度での変形実験を途中でしばらく中断し、再開することを繰り返す実験を新規で行った。その結果、変形中では微小破壊音（AE）が試料中から多数発生するものの、変形中断時ではAEの発生が止み、変形を再開するとそれに合わせてAEの発生も再開するといった結果が系統的に得られた。これは差応力下にてマイクロクラックの伝播が起きていることを示す“カイザー効果”が高圧下でも成り立つことを意味している。この“カイザー効果”は、無水及び含水条件下の両方にて確認された。
本研究に関連し、上部マントル深部の温度圧力条件下（9-16 GPa, 700-1200℃）におけるダナイトの変形実験を行った。その結果、カンラン石の圧力誘起相転移やカンラン石の酸化反応に伴って顕著な細粒化が進行し、それにトリガされて粒径依存性クリープが卓越することが明らかとなった。それによって、沈み込むスラブの軟化や、スラブ－マントルのデカップリングが起きうることが示された。この結果は、国際誌（Phys. Earth Planet. Int.）に掲載された。
また本年度では、幅広い帯域でのAEが測定可能な広帯域型AEセンサの小型化及びそのセンサのD-DIA型変形装置への適用に関する技術開発を行った。その結果、小型化した広帯域型AEセンサを用いて、高温高圧下にてAEを測定することに成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度では、SPring-8へ導入した「高速岩石強度・歪測定システム」を用いた、高い時間分解能での応力・歪測定をルーチンで行ったことに加え、これまで高度化を進めてきたAE測定システムを用いた高感度でのAE測定によって、“カイザー効果”が高圧下でも成り立つことが証明できたことは意義が大きい。従来では、高圧下での岩石破壊実験ではAEの起源がマイクロクラックであることが仮定され続けてきたものの、AEの発生メカニズムについて詳細に検討されたことは無かった。高圧下におけるAEの起源が実験的に証明されたことは、当該分野における“研究の大前提”が保証されたことを意味しており、意義が大きい。
ただし昨年度に引き続き本年度もコロナ禍が引き続いたため、昨年度からSPring-8において当初予定していた実験のうち一部が実施できていない。そのため来年度も引き続きSPring-8における実験を継続することによって、研究計画の遅延を取り戻す予定である。
本年度では、既述のようにダナイトの変形実験の結果を国際誌（Phys. Earth Planet. Int.）にて公表した。これに加え、マントル遷移層におけるカンラン岩の一軸圧縮試験に関する実験結果を取りまとめ、現在国際誌にて修正中である（Nature Communications, in revision）。このように、当初の研究計画の対象外であった上部マントル下部やマントル遷移層条件下における実験結果で想定外の成果が得られつつある。これらのことを勘案すると、本年度の達成度は総合的にはおおむね順調と評価できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の予定では、来年度も引き続き稍深発地震及びスロースリップの発生場の温度圧力条件（600－800℃及び1－2GPa）にて、地震発生場を構成する海洋地殻岩（角閃岩）の一軸圧縮試験をSPring-8に設置のD-DIA型変形装置を用いて行う予定である。超臨界水が系に加わり、非排水条件となることでAE発生が抑制されることは本研究によるこれまでの成果で明らかとなっている。しかしこれは共振型AEセンサ（4MHz周辺の帯域のみを測定対象）を用いた測定結果に基づいているため、広帯域型AEセンサを用いた再検証が必要である。そのため来年度では、広帯域型AEセンサを用いた実験を通して、非排水条件下では種々の帯域でもAEが発生しないことを実験的に再検証することとする。
なお来年度が本研究計画の最終年度に当たるため、成果の取りまとめ及び成果の公表（国際誌や国際学会での発表）を重点的に行う予定である。
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