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プレート境界物質の摩擦・変形・透水実験に基づく新しい海溝型地震発生モデルの構築

Research Project

Project/Area Number 04J00199
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Solid earth and planetary physics
Research InstitutionKyoto University
Research Fellow 廣瀬 丈洋  京都大学, 大学院理学研究科, 特別研究員(PD)
Project Period (FY) 2004 – 2006
Project Status Completed (Fiscal Year 2006)
Budget Amount *help
¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000)
Fiscal Year 2006: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2005: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2004: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Keywords蛇紋岩 / 摩擦 / 脱水反応 / 断層 / すべり軟化 / 沈み込み帯 / 摩擦特性 / 高温高圧変形実験 / IODP
Research Abstract

本研究は,プレート境界地震発生帯に広く分布している蛇紋岩に焦点をあて,蛇紋岩の脱水反応に伴って断層のレオロジーがどのように変化するのかを,高速摩擦試験機と高温高圧ねじり試験機を連携させて明らかにすることである.
高速摩擦実験の結果,地震時のすべり速度(>0.5m/s)に達すると,すべり開始とともに断層の摩擦係数が0.9から0.15まで減少することが明らかとなった.温度測定とFEMによる温度計算の結果によると,断層面は脱水反応が起こる温度に達していないものの,アスペリティ(真の接触域)におけるflash temperatureは,脱水反応に十分な600℃以上に達していることがわかった.このように,局所的な摩擦発熱により脱水反応が起こり,それに伴って断層の強度が劇的に減少することが初めて示された.
断層の強度低下の要因をさらに詳しく調べるため,高温高圧ねじり試験機を用いた摩擦実験をおこなった.実験では,断層をゆっくり(<0.1mm/s)滑らせながら,電気炉を用いて温度を上昇させて脱水反応を起こし,反応に伴ってどのように摩擦が変化するかを調べた.その結果,温度上昇率が大きくなると,排水条件(水が断層面から排出される条件)においても,脱水反応に伴って大きな強度低下が起こることがわかった.これは,脱水反応に伴う間隙水圧の上昇率が排出率を上まわったためである.摩擦発熱に伴う温度上昇率は,高温高圧実験より5オーダー以上大きいことから,高速実験においても局所的に間隙圧が上昇して断層の強度が低下したと考えられる.
以上の2つの実験から,地震時には断層帯内部の含水鉱物が摩擦発熱によって脱水して,反応生成物である水の圧力が上昇することによって断層の強度が劇的に減少することがわかった.地震時に摩擦係数が0.1〜0.2になるという本研究から得られたデータは,断層沿いの地殻熱流量測定から推測される値とよく一致しており,非常に現実的な地震時の断層の強度低下機構になると考えられる.

Report

(3 results)
  • 2006 Annual Research Report
  • 2005 Annual Research Report
  • 2004 Annual Research Report

Research Products

(8 results)

All 2007 2006 2005

All Journal Article (7 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Reconstruction of seismic faulting by high-velocity friction experiments : An example of the 1995 Kobe earthquake.2007

    • Author(s)
      Mizoguchi K., Hirose T., Shimamoto T., Fukuyama E.
    • Journal Title

      Geophysical Research Letters 34

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Semi-brittle flow during dehydration of lizardite-chrysotile serpentinite deformed in torsion : Implications for the rheology of oceanic lithosphere.2006

    • Author(s)
      Hirose T., Bystricky M., Stunitz H., Kunze K
    • Journal Title

      Earth and Planetary Science Letters 249,3-4

      Pages: 484-493

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Moisture-related weakening and strengthening of a fault activated at seismic slip rates.2006

    • Author(s)
      Mizoguchi K., Hirose T., Shimamoto T., Fukuyama E.
    • Journal Title

      Geophysical Research Letters 33

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Natural and experimental evidence of melt lubrication of faults during earthquakes2006

    • Author(s)
      Di Toro ほか
    • Journal Title

      Science 331・3Feb

      Pages: 647-649

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Growth of molten zone as a mechanism of slip weakening of simulated faults in gabbro during frictional melting2005

    • Author(s)
      Takehiro Hirose ほか
    • Journal Title

      Journal of Geophysical Research 110・B5

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Slip-weakening distance of faults during frictional melting as inferred from experimental and natural2005

    • Author(s)
      Takehiro Hirose ほか
    • Journal Title

      Bulletin of Seismological society of America 95・5

      Pages: 1666-1673

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] 西南日本内帯先白亜系のナップ境界断層帯の内部構造と透水性〜丹波帯-超丹波帯境界における解析例〜2005

    • Author(s)
      廣瀬 丈洋 ほか
    • Journal Title

      地質学雑誌 111・5

      Pages: 300-307

    • NAID

      110003024664

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Book] in Radiated Energy and the Physics of Earthquake Faulting (AGU Geophysical Monograph, 170) (edited by R.Abercrombie, A.McGarr, H.Kanamori, and G.Di Toro)2006

    • Author(s)
      Di Toro G., Hirose T., Nielsen S., Shimamoto T.
    • Publisher
      Relating High-Velocity Rock-Friction Experiments to Coseismic Slip in the Presence of Melts
    • Related Report
      2006 Annual Research Report

URL: 

Published: 2004-03-31   Modified: 2016-04-21  

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