2014 Fiscal Year Research-status Report
沈み込む海洋地殻中の地震波速度異常のメカニズムの解明：室内実験によるアプローチ
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26400492
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| Research Institution | Toho University |
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Principal Investigator |
上原 真一 東邦大学, 理学部, 准教授 (20378813)
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2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 地震波速度異常 / 高Vp/Vs比 / 高ポアソン比 / プレート沈み込み帯 / 地震波速度測定室内実験 / スロースリップ / はんれい岩 / 亀裂性岩石 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
沈み込みプレート境界の地震波速度異常域において発生するスロースリップ（通常の地震よりもゆっくりすべる）や低周波微動など非地震性現象は，海溝型巨大地震の発生と密接に関係しており，その発生メカニズムの解明が期待されている．そこで本研究では，海洋地殻の主要な構成岩石であるはんれい岩および玄武岩を対象に，人工的にダメージを与えた岩石試料について，応力と，P波・S波速度Vp，VsおよびVp/Vs比との関係を調べることにより，速度異常域がどういう状態の岩石で構成され，どのような応力条件にあるのかを明らかにすることを目的とする．この成果は，非地震性滑りの発生モデルを高度化させ，大地震の発生予測へとつながる一歩となると思われる．
2015年度は，加熱により人工的に内部に微少亀裂を生じさせたはんれい岩試料について，応力条件下でVp・Vs・Vp/Vs比の測定を実施した．はんれい岩は，加熱温度が高いほど内部に生じる亀裂密度が異なることから，地震波速度における亀裂密度の影響を評価することを目的に，常温（加熱せず），500℃，700℃の温度条件で加熱した試料の測定結果を比較した．測定は，封圧（岩石試料に外側から働く応力、深さに相当）を50 MPaで一定とし，間隙水圧を49 MPaから0 MPaまで下げ，その後49 MPaまで上昇させるという応力サイクルの過程の何点かで行った．
その結果，加熱温度が上がるにつれて，Vp/Vs比が増加する傾向が見られた．また，加熱した試料については，間隙圧が高いほどVp/Vs比は高くなる傾向が見られ，条件によっては観測における速度異常域と同程度の値を示した．
また，2015年度は，実験の手法に加え，加熱および軸変形した花崗岩試料について内部の微少亀裂の観察を実施し，その観察手法について検討を行った．さらに，天然の試料として，四万十帯中に見られる玄武岩試料の採取も行った．
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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
2014年度は，(1) 加熱および軸載荷過程によって微少亀裂を生成したはんれい岩・玄武岩のVp・Vs測定，(2) 微少亀裂分布の観察手法の確立および特徴の把握，(3) 応力下でのVp・Vs測定システムの構築を計画していた．このうち，主なものである（1）の加熱した試料による実験の実施，（2）の観察手法の確立および（3）の試料半径方向の測定システムの確立に関しては達成できた．また，計画では翌年度以降に計画していた応力下での測定実験および天然試料の採取も2014年度にある程度実施することができた．
一方で，(1)の軸載荷過程による亀裂生成試料の実験については，2014年度は実施できなかった．この原因には主に次の2つが挙げられる．１つは，測定システムの確立も含めて，加熱試料の実験に当初想定していた以上に時間がかかったことである．もう一つの理由は，想定していた軸載荷用のプレスでは，対象の岩石中に十分な亀裂を発生させることが困難である可能性が出てきたため，軸載荷方法から検討し直すことになったことである．また，応力下での軸方向の弾性波速度測定システムについても，当初は透過法による測定を計画していたが，より正確かつ簡便な測定が期待される反射法による測定システムの構築を試みており，これについて技術的に乗り越えるべき課題が残っている．
以上述べたように，計画していた多くの課題を実施しまた翌年度以降の課題についてもいくつか前倒しですすめられた一方で，いくつかの課題については翌年度以降に持ち越しとなったことから，全体としては「おおむね順調に進展している」と評価する．
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| Strategy for Future Research Activity |
2015年度以降は，主に以下の課題に取り組む．
1. 加熱によって微少亀裂を生成した試料についての亀裂内部構造の測定：2014年度に実験を行った試料について，亀裂密度や開口幅などの亀裂内部構造を測定し，弾性波測定結果と比較する．
2. 応力下での軸方向速度測定システムの構築：ひきつづき，反射法による弾性波速度測定システムの構築を試みる．測定に適した既製品装置の検討（パルサーレシーバー），ピストンと圧電素子，岩石間の接触の調整，測定用部品の開発・検討等が克服すべき主な具体的課題と考えている．
3. 人工・天然の亀裂内部構造の観察および比較：2014年度に四万十帯で採取した玄武岩試料について，その内部の脈の構造を観察・測定し，加熱および軸載荷によって生成した亀裂の分布の特徴と比較する．
4. 軸載荷過程によって微少亀裂を生成した試料についての地震波速度測定：2014年度に実施できなかった本課題について，試料のサイズを適切なものに調整する（小さくする）などにより検討課題を克服することで実施を試みる．
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| Causes of Carryover |
主な理由は，岩石試料を軸方向に載荷するシステム（油圧プレス及び荷重変換器）の購入を見送ったためである．計画段階で導入を検討していた汎用型の油圧プレスでは，対象とする岩石の破壊強度に達しない可能性があると判断し，実験計画について再検討を行い，翌年度以降に実施することとした．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
前年度未使用分については，次のように対応する予定である：例えば岩石試料の大きさを調整する（小さくする）などして，汎用のプレスでも実施可能にする工夫をするか，あるいは別の方法を採用するかなどして，軸載荷実験を実施する予定である．それにともない，当初の計画通り汎用の油圧プレスを導入するか，あるいは必要に応じて別の実験システムを導入するか検討する．
それ以外については，当初の計画通り，実験消耗品（岩石試料加工費を含む），岩石観察用の薄片作成，天然試料採取に伴う旅費・人件費，および国内外の成果発表の旅費等に主に使用する予定である．
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