Strength recovery of solid contacts under fluid flow conditions

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K21907
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 17:Earth and planetary science and related fields
• Research Institution: Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
• Principal Investigator: HIROSE Takehiro 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)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2023-03-31
• Keywords: 地震 / 断層 / 水 / 流速 / 強度回復

Outline of Final Research Achievements

This study attempted to test the hypothesis that “subsurface water flow inhibits fault strength recovery” by renovating our friction apparatus that enable to reproduce the flow environment in natural fault zone. We first established a new slide-hold-slide method under water flow conditions (flow SHS test) was first established, and then conducted the SHS tests on crushed sandstone. The experimental results showed that (1) the recovery of apparent fault strength is hindered as flow velocity increases, and (2) the recovery of effective fault strength, taking into account effective normal stress concept, is independent of flow velocity. This study implies that the variation in the hydraulic properties of fault zones during earthquake cycles is important for understanding the fault strength recovery of seismogenic faults in nature.

Free Research Field

岩石力学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

地殻内部の断層に沿って、水は普遍的に流れている。このような水の流れは、地球深部からの物質循環を考察する上で重要であり、地球化学・水理学的な研究が盛んになされている。一方、水圧が断層に及ぼす力学的作用については古くから研究があるが、動的な水の流れそのものが断層の力学に及ぼす影響は全く検討されてこなかった。本研究によって、水の流速変化が断層帯の間隙水圧を変動させ、断層の強度回復過程に影響を及ぼすことが明らかとなった。自然界の地震断層の強度回復プロセスを探るためには、今後、地震サイクルにおける断層帯水理特性の変遷を調べる必要がある。