2021 Fiscal Year Annual Research Report
断層の高速摩擦すべりに伴うトライボケミカル型水素発生プロセスの解明
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21H01185
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
亀田 純 北海道大学, 理学研究院, 准教授 (40568713)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 徳行 北海道大学, 理学研究院, 名誉教授 (00144692)
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), 研究所長代理 (40470124)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | トライボケミストリー / メカノケミストリー / ラジカル反応 / 水素 / 活性酸素種 / 断層 / 摩擦滑り |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は、断層内の岩石ー流体相互作用による反応生成物の探索を目的として、下記の３つの研究を行った。
（１）沈み込み帯プレート境界域を構成する各種岩石試料を用いたラジカル反応実験：堆積岩、変成岩、火成岩試料を湿式粉砕し、溶液中の反応生成物を分析したところ、活性酸素種（過酸化水素）の生成が確認された。このことは地震活動によって断層内に酸化的流体が生成される可能性を示している。このような流体の挙動をさらに検討することにより、断層破壊の連鎖・進展プロセスの理解につながる可能性がある。
（２）沈み込み帯プレート境界分岐断層近傍の残留ガス分析：九州四万十帯延岡断層を対象として、ガスクロマトグラフィーによる岩石残留ガス濃度組成分析（水素、二酸化炭素、メタン、エタンなど）を実施し、断層近傍における水素、二酸化炭素、メタンガスの顕著な濃度異常を確認した。これらは過去の地震活動によって生成・貯留されていると考えられ、当該断層における地震性すべり挙動の解明につながる重要な成果と考えられる。
（３）地殻ーマントル境界断層近傍の残留ガス分析：オマーンオフィオライト下部のカンラン岩層およびそれと接する地殻岩石（メタモルフィックソール）を対象として、岩石残留ガス分析を行った。その結果、境界断層近傍において高濃度の水素・メタンが保持されていることが確認された。これらのガスは地殻岩石中にも見られたことから、オフィオライトが衝上した際のカンラン岩の蛇紋岩化作用に伴ってガスが生成し、それらが地殻岩石中へと拡散していったものと考えられる。この結果は、沈み込み帯深部における流体の生成・移行プロセスを理解する上で重要と考えられる。
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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
岩石残留ガス分析により、沈み込み帯深部の大規模断層近傍に高濃度の水素・メタンが保持されていることを明らかにした。特に沈み込み帯巨大分岐断層（延岡断層）から見つかったガス成分は、温度条件を考慮すると地震性すべりに伴うトライボケミカル反応によって生成された可能性があり、このようなガスを検出できたことは大きな進展と言える。また当初計画にはない研究の成果として、岩石粉砕時の活性酸素種の生成を確認した。この成果により、地震発生時には気体成分だけでなく液相中においても特異な反応が進行している可能性が示唆される。また今回確認された活性酸素種の生成は、断層破壊の連鎖を引き起こすプロセスの一部をなしている可能性があり、近接して発生する地震活動の理解につながる重要な成果が得られたと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度の岩石残留ガス分析によって確認された断層近傍の水素・メタン異常は、地震活動に伴うトライボケミカル反応と関連している可能性がある。このような事例を増やすため、国内に露出する変成岩試料や付加体岩石試料の分析を継続して進める。一方、こうしたガスの起源となる物質や反応メカニズムについて検討するため、特に水素、メタン、二酸化炭素に注目し、質量分析計を用いて同位体比分析を行う。また、残留ガスは、岩石中の空隙に加え、岩石に発達する岩脈中の流体包有物に保持されている可能性もあるが、今年度の研究ではこれらを特定するには至っていない。来年度は、流体包有物中の気体成分の分析のため、ラマン分光分析を実施する予定である。
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Research Products
(4 results)
