2022 Fiscal Year Annual Research Report
水が流れている環境下における固体接触物理・化学モデルの構築
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19K21907
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| Research Institution | Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology |
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Principal Investigator |
廣瀬 丈洋 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 超先鋭研究開発部門(高知コア研究所), 研究所長 (40470124)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2023-03-31
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| Keywords | 断層 / 水 / 流速 / 強度回復 / 固体接触 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
地殻内部の断層に沿って、水は普遍的に流れている。この水と岩石の物理・化学相互作用によって、断層の強度と水理特性は時間とともに劇的に変化する。本研究では、「水の流れが断層の強度回復（断層シール効果）を抑制する」という仮説の検証を、流速環境を再現する摩擦実験システムによって検証することを試みてきた。特に、「流速によって断層の強度回復速度がどのように変化するのか」ということを詳細に調べて、流速と断層の強度回復速度（および透水係数）の相関関係を確立するとともに、その相関式を支配する固体接触域での物理化学プロセスを解明することを、本研究では目指してきた。
令和4年度は、流速の長期連続制御と微小水圧変化を測定できるシステム開発を完了し、「すべり－固着－すべり」を繰り返す実験（フローSHS試験）の再現性を確認する補足実験を行った。実験は、これまでと同様に粉砕した砂岩（粒径：0.125～0.250㎜）を用いて、0～0.6cc/minの流速条件下でおこなった。研究期間全体で行った成果を統合した結果、微小水圧の測定データを活用して断層の強度回復を有効摩擦係数（剪断応力を（垂直応力―水圧）で規格化した係数）で表現すると、有効摩擦強度回復の挙動は流速に依存しないことが明らかになった。一見すると流速の上昇に伴って断層の強度回復は妨げられているように見えていたが、これは流速の変化に伴う水圧の変動で説明できることが確認された。また、回収試料の微細構造の観察も行い、実験タイムスケールでは、岩石と間隙水の化学的反応が進行しないことも明らかとなった。今後、実験・解析の成果を論文として公表する予定である。
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