高速域における断層強度の変位速度依存性および温度依存性の物質科学的解明

2012 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 23340151
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: 金川 久一 千葉大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (40185898)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2014-03-31
• Keywords: 高温高速摩擦実験 / 断層強度 / 変位速度依存性 / 温度依存性

Research Abstract

１）自動めのう乳鉢で10分間、12時間および60時間粉砕したドレライトガウジ試料（非晶質物質をそれぞれ0, 24, 42 wt%含有）を、　　産業技術総合研究所活断層・地震研究センターの回転剪断試験機を使用して室温、垂直応力2 MPaの下で、変位速度20 μm/s~1.3 　　m/sの範囲で摩擦実験を行った。変位速度4 cm/s以下では粉砕時間によらず変位速度によって摩擦係数は大きく変化しない（0.54　　~0.69）が、変位速度4 cm/s以上になると変位速度の増加に伴って急激に摩擦強度が低下した（変位速度1.3 m/sでは摩擦係数0.2　　程度）。また、変位速度1.3 cm/s以下の同一変位速度では粉砕時間12時間および60時間の試料が粉砕時間10分間の試料より摩擦係　　数が大きいのに対し、変位速度13 cm/s以上の同一変位速度では逆になる傾向が認められた。
２）以上のような粉砕時間の違いによるドレライトガウジの摩擦特性の違いは、非晶質物質に吸着した水分により統一的に説明できる　　可能性がある。非晶質物質は空気中の水分の吸着と帯電により破砕粒子周囲に豆石状に付着する傾向があり、粉砕時間が長い試料　　ほど非晶質物質を多く含むことから水分を多く吸着すると想定される。ガウジが水分を吸着すると摩擦強度が増大することが知ら　　れており、すべり面の温度が100℃以下の場合には、非晶質物質含有量が多い粉砕時間が長い試料ほど吸着水分が多く摩擦強度が　　大きくなり、摩擦発熱によりすべり面の温度が100℃以上になると非晶質物質に吸着した水分が失われるため、粉砕時間が長い試　　料ほど摩擦強度が大きく低下すると考えられる。従って、変位速度が4 cm/sに達した際にすべり面の温度が100℃以上になった可　　能性が大きい。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

昨年度点検・調整を行った千葉大学の高温高速摩擦試験機を使用して、今年度はドレライト試料の摩擦強度の変位速度依存性と温度依存性を調べる実験を開始する予定であったが、温度調節器に不調が見つかりその修理に時間がかかってしまい、予備実験しか行うことができなかった。

Strategy for Future Research Activity

ようやく千葉大学の高温高速摩擦試験機の稼働の目途がついたので、今年度はそれを使用してドレライト試料の摩擦強度の変位速度依存性と温度依存性を調べる実験を行い、実験試料の解析に基づいてそれらの物質科学的要因の解明を行う。さらに実験から得られた断層強度の変位速度依存性と温度依存性を組み込んだ、断層の力学モデル構築を目指す。

Research Products

• [Journal Article] Contrasting hydrological and mechanical properties of clayey and silty muds cored from the shallow Nankai Trough accretionary prism (2013)
  • Author(s): Takahashi, M., Azuma, S., Uehara, S., Kanagawa, K. and Inoue, A.
  • Journal Title: Tectonophysics Volume: 600 Pages: 63-74
  • DOI: 10.1016/j.tecto.2013.01.008
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Coseismic dehydration of serpentinite: Evidence from high-velocity friction experiments (2013)
  • Author(s): Lin, A., Takano, S., Hirono, T. and Kanagawa, K.
  • Journal Title: Chemical Geology Volume: 344 Pages: 50-62
  • DOI: 10.1016/j.chemgeo.2013.02.013
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] NanTroSEIZE Stage 3: NanTroSEIZE plate boundary deep riser 2 (2013)
  • Author(s): Moore, G., Kanagawa, K., Strasser, M., Dugan, B., Maeda, L., Toczko, S. and the Expedition 338 Scientists
  • Journal Title: IODP Preliminary Report Volume: 338 Pages: 1-81
  • DOI: 10.2204/iodp.pr.338.2013
• [Journal Article] Evidence for mechanical decoupling of the upper plate at the Nankai subduction zone: Constraints from core-scale faults at NantroSEIZE Sites C0001 and C0002 (2013)
  • Author(s): Lewis, J. C., Byrne, T. B. and Kanagawa, K.
  • Journal Title: Geochemistry, Geophysics, Geosystems Volume: 14 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1029/2012GC004406
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Clay fabric of fluid-mud deposits from laboratory and field observations: Potential application to the stratigraphic record (2013)
  • Author(s): Nishida, N., Ito, M., Inoue, A. and Takizawa, S.
  • Journal Title: Marine Geology Volume: 未定 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1016/j.margeo.2012.12.006
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] NanTroSEIZE Stage 3: NanTroSEIZE plate boundary deep riser 2 (2012)
  • Author(s): Dugan, B., Kanagawa, K., Moore, G., Strasser, M., Eguchi, N., Toczko, S. and Maeda, L.
  • Journal Title: IODP Scientific Prospectus Volume: 338 Pages: 1-36
  • DOI: 10.2204/iodp.sp.338.2012
• [Journal Article] The occurrence of graphite-bearing fault rocks in the Atotsugawa fault system, Japan: their origins and implications for fault creep (2012)
  • Author(s): Oohashi, K., Hirose, T., Kobayashi, K. and Shimamoto, T.
  • Journal Title: Journal of Structural Geology Volume: 38 Pages: 39-50
  • DOI: 10.1016/j.jsg.2011.10.011
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Wear processes in rocks at slow to high slip rates (2012)
  • Author(s): Hirose, T., Mizoguchi, K. and Shimamoto, T.
  • Journal Title: Journal of Structural Geology Volume: 38 Pages: 102-116
  • DOI: 10.1016/j.jsg.2011.12.007
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Experimental generation of volcanic pseudotachylites: Constraining rheology (2012)
  • Author(s): Lavallee, Y., Mitchell, T. M., Heap, J. M., Vasseur, J., Hess, K., Hirose, T. and Dingwell, B. D.
  • Journal Title: Journal of Structural Geology Volume: 38 Pages: 222-233
  • DOI: 10.1016/j.jsg.2012.02.001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Velocity dependence of shear-induced permeability associated with frictional behavior in fault zones of the Nankai subduction zone (2012)
  • Author(s): Tanikawa, W., Mukoyoshi, H., Tadai, O., Hirose, T., Tsutsumi, A. and Lin, W.
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research Volume: 117 Pages: B05405, 1-16
  • DOI: 10.1029/2011JB008956
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Coal maturation by frictional heat during rapid fault slip (2012)
  • Author(s): Kitamura, M., Mukoyoshi, H., Fulton, P. M. and Hirose, T.
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 39 Pages: L16302, 1-5
  • DOI: 10.1029/2012GL052316
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] On the role of phyllosilicates on fault lubrication: Insight from micro- and nanostructural investigations on talc friction experiments (2012)
  • Author(s): Boutareaud, S., Hirose, T., Andreani, M., M. Pec, Calugaru, D.-G., Boullier, A.-M. and Doan, M.-L.
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research Volume: 117 Pages: B08408, 1-21
  • DOI: 10.1029/2011JB009006
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural evolution of an inner accretionary wedge and forearc basin initiation, Nankai margin, Japan (2012)
  • Author(s): Hayman, N. W., Byrne, T., McNeill, L. C., Kanagawa, K., Kanamatsu, T., Browne, C. M., Schleicher, A. M. and Huftile, G.
  • Journal Title: Earth and Planetary Science Letters Volume: 353/354 Pages: 163-172
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2012.07.040
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Halloysite-to-kaolinite transformation by dissolution and recrystallization during weathering of crystalline rocks (2012)
  • Author(s): Inoue, A., Utada, M. and Hatta, T.
  • Journal Title: Clay Minerals Volume: 47 Pages: 373-390
  • DOI: 10.1180/claymin.2012.047.3.08
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Contrasting seismic reflectivity of the lower crust and uppermost mantle between NE Japan and SW Japan as illustrated by petrophysical analyses of mafic and ultramafic xenoliths (2012)
  • Author(s): Yamane, N., Kanagawa, K. and Ito, T.
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research Volume: 117 Pages: B09203, 1-22
  • DOI: 10.1029/2011JB009008
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Environment of mineral-fluid interactions in the Toyoha hydrothermal system, southwestern Hokkaido, Japan (2012)
  • Author(s): Inoue, A., Kurokawa, K. and Nitta, M.
  • Journal Title: Clay Science Volume: 16 Pages: 59-81
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Japan Trench Fast Drilling Project (JFAST) (2012)
  • Author(s): Chester, F. M., Mori, J. J., Toczko, S., Eguchi, N. and the Expedition 343/343T Scientists
  • Journal Title: IODP Preliminary Report Volume: 343/343T Pages: 1-55
  • DOI: 10.2204/iodp.pr.343343T.2012
• [Journal Article] Clay clast aggregates in fault gouge: An unequivocal indicator of seismic faulting at shallow depths? (2012)
  • Author(s): Han, R. and Hirose, T.
  • Journal Title: Journal of Structural Geology Volume: 43 Pages: 92-99
  • DOI: 10.1016/j.jsg.2012.07.008
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dynamic process of turbidity generation triggered by the 2011 Tohoku-Oki earthquake (2012)
  • Author(s): Noguchi, T., Tanikawa, W., Hirose, T., Lin, W., Kawagucci, S., Yoshida-Takashima, Y., Honda, M., Takai, K., Kitazato, K. and Okamura, K.
  • Journal Title: Geochemistry, Geophysics, Geosystems Volume: 13 Pages: Q11003, 1-7
  • DOI: 10.1029/2012GC004360
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 中速・高速域におけるSAFOD・SDZガウジの摩擦挙動とBET表面積の変化
  • Author(s): 澤井みち代・嶋本利彦・廣瀬丈洋・北島弘子・Thomas Mitchell
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場
• [Presentation] 室内実験による水素生成反応と海嶺生態系へのリンケージ
  • Author(s): 鈴木勝彦・渋谷岳造・吉崎もと子・正木裕香・廣瀬丈洋
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場
• [Presentation] 難透水性岩石を用いた断層すべり運動に伴う流量変化の考察
  • Author(s): 谷川 亘・廣瀬丈洋・向吉秀樹
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場
• [Presentation] 地震性高速すべり挙動に及ぼすオリビン粒径の影響
  • Author(s): 木下千裕・廣瀬丈洋
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場
• [Presentation] 断層潤滑物質による“弱い断層”の形成過程
  • Author(s): 大橋聖和・廣瀬丈洋
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場
• [Presentation] 南海トラフ付加体中の半遠洋性およびタービダイト性泥岩の水理特性・強度・摩擦特性の違いについて
  • Author(s): 高橋美紀・東 修平・上原真一・井上厚行・金川久一
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場
• [Presentation] ビトリナイト反射率を用いた地震性断層すべりに伴う摩擦発熱の検出：高速摩擦実験からのアプローチ
  • Author(s): 北村真奈美・向吉秀樹・廣瀬丈洋
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場
• [Presentation] 雰囲気コントロール下での断層摩擦実験による希ガスの脱ガスと挙動
  • Author(s): 佐藤佳子・廣瀬丈洋・熊谷英憲・田村 肇・坂口真澄・鈴木勝彦
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場
• [Presentation] 粉砕によるドレライトの非晶質化とその摩擦特性に対する影響
  • Author(s): 和田純一・金川久一・中谷正生・望月裕峰・廣瀬丈洋・安東淳一・古川 登・井上厚行
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場
• [Presentation] 南海掘削浅部試料を用いた断層帯の流体移動特性と断層運動への影響
  • Author(s): 谷川 亘・廣瀬丈洋・林 為人・堤 昭人・向吉秀樹
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場
• [Presentation] 花崗岩の摩擦実験によるアルゴンの放出と年代の若返りの可能性
  • Author(s): 佐藤佳子・廣瀬丈洋・熊谷英憲・田村 肇・坂口真澄・鈴木勝彦
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場
• [Presentation] 南海トラフ断層浅部物質の大変位条件下における摩擦の速度依存性
  • Author(s): 堤 昭人・水野有梨・東 修平・金川久一
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場
• [Presentation] 南海トラフ付加体浅部の半遠洋性・タービダイト起源泥質堆積物の力学的・水理学的特性
  • Author(s): 東 修平・金川久一・高橋美紀・上原真一・井上 厚行
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場
• [Presentation] ラマン分光法を用いた地質・地震断層温度計開発の試み
  • Author(s): 向吉秀樹・北村真奈美・廣瀬丈洋・山本由弦・坂口有人
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場
• [Presentation] 低熱変成地域におけるラマン地質温度計開発
  • Author(s): 向吉秀樹・廣瀬丈洋・山本由弦・坂口有人
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場
• [Presentation] 山梨県西部における糸魚川－静岡構造線の断層運動像
  • Author(s): 風戸良仁・金川久一
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場
• [Presentation] The current state of rock deformation labs in Asia
  • Author(s): Hirose T.
  • Organizer: Workshop on Advancing Experimental Rock Deformation Research: Scientific and Technical Needs
  • Place of Presentation: Harvard University, Cambridge, USA
  • Invited
• [Presentation] Hydrogen generation during simulated faulting: Implications for an earthquake-driven dark energy biosphere
  • Author(s): Hirose T., Kawagucci S. and Suzuki K.
  • Organizer: Gordon Research Conference on Rock Deformation
  • Place of Presentation: Proctor Academy, Andover, USA
• [Presentation] Formation and transformation of halloysite during weathering
  • Author(s): Inoue, A.
  • Organizer: The 2nd Asian Clay Conference
  • Place of Presentation: 梨花女子大学, ソウル, 韓国
  • Invited
• [Presentation] 南海トラフ付加体浅部泥質堆積物の摩擦特性
  • Author(s): 高橋美紀・東 修平・上原真一・金川久一・井上厚行
  • Organizer: 日本地質学会第119年学術大会
  • Place of Presentation: 大阪府立大学
• [Presentation] 地震断層運動に伴う摩擦発熱の検出：ビトリナイト断層温度計の開発をめざして
  • Author(s): 北村真奈美・向吉秀樹・廣瀬丈洋
  • Organizer: 日本地質学会第119年学術大会
  • Place of Presentation: 大阪府立大学
• [Presentation] スメクタイト－石英混合ガウジを用いた大変位・広速度領域摩擦実験
  • Author(s): 大橋聖和・廣瀬丈洋
  • Organizer: 日本地質学会第119年学術大会
  • Place of Presentation: 大阪府立大学
• [Presentation] 地震断層水素ガスと地下生命圏のリンケージ
  • Author(s): 廣瀬丈洋・川口慎介・鈴木勝彦
  • Organizer: 日本地質学会第119年学術大会
  • Place of Presentation: 大阪府立大学
• [Presentation] 東北沖日本海溝に沈み込む遠洋性粘土質堆積物の地震性高速すべり挙動
  • Author(s): 澤井みち代・廣瀬丈洋
  • Organizer: 日本地質学会第119年学術大会
  • Place of Presentation: 大阪府立大学
• [Presentation] 沈み込み直前の堆積物と玄武岩の高圧下熱伝導率測定
  • Author(s): 多田井 修・林 為人・廣瀬丈洋・谷川 亘・松林 修・向吉秀樹
  • Organizer: 日本地質学会第119年学術大会
  • Place of Presentation: 大阪府立大学
• [Presentation] ドレライトガウジの非晶質化と摩擦特性に対する影響
  • Author(s): 和田純一・野田博之・岡崎啓史・安東淳一・金川久一・井上厚行・廣瀬丈洋・片山郁夫
  • Organizer: 日本地質学会第119年学術大会
  • Place of Presentation: 大阪府立大学
• [Presentation] Talc lubrication at high strain rate
  • Author(s): Doan, M.-L., Hirose, T., Andreani, M., Boullier, A.-M., Calugaru, D.-G. and Boutareaud, S.
  • Organizer: American Geophysical Union 2012 Fall Meeting
  • Place of Presentation: Moscone Center, San Francisco, USA
• [Presentation] Can fault slip affect vitrinite reflectance without heat?
  • Author(s): Fulton, P. M., Kitamura, M., Mukoyoshi, H. and Hirose, T.
  • Organizer: American Geophysical Union 2012 Fall Meeting
  • Place of Presentation: Moscone Center, San Francisco, USA
• [Presentation] Detection of frictional heat in seismic faults by coal reflectance
  • Author(s): Kitamura, M., Mukoyoshi, H., Fulton, P. M. and Hirose, T.
  • Organizer: American Geophysical Union 2012 Fall Meeting
  • Place of Presentation: Moscone Center, San Francisco, USA
• [Presentation] High-velocity frictional behavior of incoming pelagic sediments to the Tohoku subduction zone
  • Author(s): Sawai, M. and Hirose, T.
  • Organizer: American Geophysical Union 2012 Fall Meeting
  • Place of Presentation: Moscone Center, San Francisco, USA
• [Presentation] Frictional processes in volcanic conduits
  • Author(s): Lavallee, Y., Kendrick, J. E., Petrakova, L., Mitchell, T. M., Heap, M. J., Hirose, T., Di Toro, G., Hess, K.-U. and Dingwell, D. B.
  • Organizer: American Geophysical Union 2012 Fall Meeting
  • Place of Presentation: Moscone Center, San Francisco, USA
• [Presentation] Experimental constraints on hydrogen generation in the hydrothermal and fault systems and their linkage to the eco-system in ridge and subduction systems
  • Author(s): Suzuki, K., Shibuya, T., Yoshizaki, M., Masaki, Y., Hirose, T. and Kawagucci, S.
  • Organizer: American Geophysical Union 2012 Fall Meeting
  • Place of Presentation: Moscone Center, San Francisco, USA
• [Presentation] What can friction tell us about shallow megathrust slip behavior?
  • Author(s): Ikari, M., Kopf, A. and Hirose, T.
  • Organizer: American Geophysical Union 2012 Fall Meeting
  • Place of Presentation: Moscone Center, San Francisco, USA
• [Presentation] Frictional behavior of amphibolite at seismic slip rates from high-velocity rotary shear experiments
  • Author(s): Jung, S., Ree, J.-H., Hirose, T. and Lee, S.
  • Organizer: American Geophysical Union 2012 Fall Meeting
  • Place of Presentation: Moscone Center, San Francisco, USA
• [Presentation] Frictional evolution of schists during seismic slip
  • Author(s): Chae S., Ree, J.-H., Hirose, T. and Lee, S.
  • Organizer: American Geophysical Union 2012 Fall Meeting
  • Place of Presentation: Moscone Center, San Francisco, USA
• [Presentation] A new method of geobiological sample storage by snap freezing under alternating magnetic field
  • Author(s): Morono, Y., Terada, T., Yamamoto, Y., Hirose, T., Xiao, N., Sugeno, M., Ohwada, N. and Inagaki, F.
  • Organizer: American Geophysical Union 2012 Fall Meeting
  • Place of Presentation: Moscone Center, San Francisco, USA
• [Book] 日本の地質構造100選 (2012)
  • Author(s): 日本地質学会構造地質部会
  • Total Pages: 171
  • Publisher: 朝倉書店