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水-岩石相互作用から中・下部地殻の変形場を探る

研究課題

研究課題/領域番号 14204047
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 地質学
研究機関東北大学

研究代表者

大槻 憲四郎  東北大学, 大学院・理学研究科, 教授 (70004497)

研究分担者 増田 俊明  静岡大学, 理学部, 教授 (30126164)
中村 美千彦  東北大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (70260528)
清水 以知子  東京大学, 大学院・理学研究科, 助手 (40211966)
星野 健一  広島大学, 大学院・理学研究科, 助手 (80190198)
渡辺 了  富山大学, 理学部, 助教授 (30262497)
田端 寛和  日本大学, 文理学部, 助手 (80272665)
研究期間 (年度) 2002 – 2004
研究課題ステータス 完了 (2004年度)
配分額 *注記
57,070千円 (直接経費: 43,900千円、間接経費: 13,170千円)
2004年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
2003年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円)
2002年度: 43,420千円 (直接経費: 33,400千円、間接経費: 10,020千円)
キーワードガス圧式高温高圧変形試験機 / 固体圧式高温高圧変形試験機 / 地殻流体状態方程式実験装置 / 摩擦溶融 / 地殻流体状態方程式 / 固液2面角と濡れ / 電気伝導度 / 誘電率 / ガス圧高温高圧変形試験機 / 固体圧高温高圧変形試験機 / 高速・多チャンネル計測系 / 地殻流体 / 状態方程式 / インピーダンスアナライザ / 高速同期収録計測システム / 電磁気センサー / 試料アセンブリ / LabVIEW / レーザ走査顕微鏡
研究概要

(1)ガス圧式高温高圧変形試験機に併設して用いる地殻流体状態方程式実験装置を試作し、各種性能テストを実施した。圧力容器内に設置したミニピストン・シリンダーにNaCl水溶液を封入し、それに外部ラインからCO_2を注入し、そのPVTを連続的に計測するシステムである。PとVは約1%の精度で測定できたが、Tの精度向上が今後の課題である。
(2)高速データ収録システムを併設したガス圧式高温高圧変形試験機を用い、固着すべり実験をおこなった。その結果、すべり面が摩擦発熱によって部分溶融を開始した直後に摩擦係数が急激に増加し、すべりが一時的に停止、または最終的に停止することを発見した。
(3)固体圧式三軸変形試験の軸変位駆動系と温度・圧力計測系を整備・一新した。これで、モホ面付近に相当する高温高圧条件での変形実験が可能となり、変形中の差応力も精密に決定することに成功した。沈み込みスラブの脱水によってもたらされたH_2O流体がスラブや下部地殻の流動・破壊に与える影響を調べるため、石英岩を用いた予備実験を開始した。
(4)流体やメルトの分布形態を支配する固液2面角の温度・圧力・組成依存性を統計熱力学的に解析した。理論計算モデルの結果は2元金属系の実験データと調和的であり、また地殻下部における石英-水系の濡れ挙動を定性的に説明することができた。
(5)これまで提案されたほぼ全てのH2O-NaCl-CO2系地殻流体の状態方程式について、FLASHアルゴリズムを用いて相平衡解析用プログラムを作成した。また、状態方程式から直接得られる状態関数の温度微分によりエンタルピーを求め、この温度変化に基づき各状態方程式の精度の検討を行った。
(6)電解質溶液を満たしたガラスビーズ焼結体の電気インピーダンス測定を行い、内部構造との対応を調べた。その結果、電気伝導度は連結した液相によって支配され、誘電率は連結していない液相によって支配されることがわかった。2つの情報をあわせることにより、液相形態について詳細なモデルをつくることが可能である。

報告書

(4件)
  • 2004 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2003 実績報告書
  • 2002 実績報告書
  • 研究成果

    (46件)

すべて 2005 2004 2003 2002 その他

すべて 雑誌論文 (34件) 文献書誌 (12件)

  • [雑誌論文] Evolution of hierarchical self-similar geometry of experimental fault zones : Implications for seismic nucleation and earthquake size.2005

    • 著者名/発表者名
      Otsuki, K., Dilov, T.
    • 雑誌名

      J.Geophys.Res. 110

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Thermodynamics of interfacial energy in binary metallic systems : Influence of adsorption on dihedral angles.2005

    • 著者名/発表者名
      Shimizu, I., Takei, Y.
    • 雑誌名

      Acta Material 53

      ページ: 811-821

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書 2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Electrical impedance spectroscopy : A tool for probing pore structure.2005

    • 著者名/発表者名
      Watanabe, T.
    • 雑誌名

      Proceedings of the 1st workshop on IODP physical property Measurement. 53

      ページ: 32-33

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Clayey injection veins and pseudotachylyte from two boreholes penetrating the Chelungpu Fault, Taiwan : Their implications for the contrastive seismic slip behaviors during the 1999 Chi-Chi earthquake.2005

    • 著者名/発表者名
      Otsuki, K., Uduki, T., Monzawa, N., Tanaka, H.
    • 雑誌名

      The Island Arc 14

      ページ: 22-36

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Fractal size and spatial distributions of fault zones : An investigation into the seismic Chelungpu Fault, Taiwan.2005

    • 著者名/発表者名
      Otsuki, K., Uduki, T., Monzawa, N., Tanaka, H.
    • 雑誌名

      The Island Arc 14

      ページ: 12-21

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Evolution of hierarchical self-similar geometry of experimental fault zones : Implications for seismic nucleation and earthquake size.2005

    • 著者名/発表者名
      Otsuki, K., Dilov, T.
    • 雑誌名

      J Geophys.Res. 110

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Electrical impedance spectroscopy : A tool for probing pore structure.2005

    • 著者名/発表者名
      Watanabe, T.
    • 雑誌名

      Proceedings of the 1st workshop on IODP physical property measurement 53

      ページ: 32-33

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Electrical impedance spectroscopy : A tool for probing pore structure.2005

    • 著者名/発表者名
      Watanabe, T.
    • 雑誌名

      Proceedings of the 1^<st> workshop on IODP physical property measurement

      ページ: 33-36

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Thermodynamics of interfacial energy in binary metallic systems : Influence of adsorption on dihedral angles.2005

    • 著者名/発表者名
      Shimizu, I., Takei, Y.
    • 雑誌名

      Acta Material. 53

      ページ: 811-821

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Temperature and compositional dependence of solid-liquid interfacial energy : Application of the Cahn-Hilliard theory.2005

    • 著者名/発表者名
      Shimizu, I., Takei, Y.
    • 雑誌名

      Physica B (in press)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Evolution of hierarchical self-similar geometry of experimental fault zones : Implications for seismic nucleation and earthquake size.2005

    • 著者名/発表者名
      Otsuki, K., Dilov, T.
    • 雑誌名

      J.Geophys.Res. 110, B03303

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Electrical impedance spectroscopy : A tool for probing pore structure.2005

    • 著者名/発表者名
      Watanabe, T.
    • 雑誌名

      Proceedings of the 1st workshop on IODP physical property Measurement 53

      ページ: 32-33

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Local behavior of water molecules on brucite, talc, and halite surfaces : A molecular dynamics study.2004

    • 著者名/発表者名
      Sakuma, H., Tsuchiya, T., Kawamura, K., Otsuki, K.
    • 雑誌名

      Molecular Simulation 30

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Frictional melting terminates seismic slip : Experimental results of stick-slips.2004

    • 著者名/発表者名
      Koizumi, Y., Otsuki, K., Takeuchi, H., Nagahama, H.
    • 雑誌名

      Geophys.Res.Lett. 31

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Microboudin structures of piemontite along the Sambagawa metamorphic belt, Japan : implications for lateral variation of differential stress....2004

    • 著者名/発表者名
      Masuda, T., Shibutani, T., Ochiai, T., Akagi, S., others
    • 雑誌名

      Journal of Metamorphic Geology 22

      ページ: 199-205

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書 2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Size and spatial distributions of fault populations : Empirically synthesized evolution laws for the fractal geometries.2004

    • 著者名/発表者名
      Goto, K., Otsuki, K.
    • 雑誌名

      Geophys.Res.Lett. 31

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Local behavior of water molecules on brucite, talc, and halite surfaces : A molecular dynamics study.2004

    • 著者名/発表者名
      Sakuma, H., Tsuchiya, T., Kawamura, K., Otsuki, K.
    • 雑誌名

      Molecular Simulation 30(13-15)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Density profile and self-diffusion of water molecules on brucite and talc surfaces by molecular dynamics simulations.2004

    • 著者名/発表者名
      Sakuma, H., Tsuchiya, T., Kawamura, K., Otsuki, K.
    • 雑誌名

      Physicochemistry of Thin Film Water (S.Nakashima et al. eds.)(Universal Academy Press, Inc., Tokyo)

      ページ: 87-100

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Frictional melting can terminate seismic slips : Experimental results of stick-slips.2004

    • 著者名/発表者名
      Koizumi, Y., Otsuki, K., Takeuchi, H., Nagahama, H.
    • 雑誌名

      Geophys.Res.Lett. 31

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Kanonaite from the metamorphic sole of the Oman ophiolite : evidence for high-f(O_2) conditions during retrograde metamophism.2004

    • 著者名/発表者名
      Kugimiya, Y., Umino, S., Masuda, T., Matsuda, Y.
    • 雑誌名

      Canadian Mineralogist 42

      ページ: 143-153

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Can Newtonian viscous-matrix model be applied to the microboudinage of columnar mineral grains in quartzose metamorphic tectonites?2004

    • 著者名/発表者名
      Masuda, T., Kimura, N.
    • 雑誌名

      Jour.Struct.Geol. 26

      ページ: 1749-1754

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Microboudin structures of piemontite along the Sambagawa metamorphic belt, Japan : implications for lateral variation of differential stress during regional metamoprhism.2004

    • 著者名/発表者名
      Masuda, T., Shibutani, T., Ochiai, T., Akagi, S., Yamaguchi, H., Kugimiya, Y., Miyake, T.
    • 雑誌名

      Jour.Metamorp.Geol. 22

      ページ: 199-205

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Validity of the microboudin method for palaeo-stress analysis : application to extraordinarily long sodic amphibole grains in a metachert from Aksu, China.2004

    • 著者名/発表者名
      Masuda, T., Kimura, N., Fu, B., Li.
    • 雑誌名

      Jour.Struct.Geol. 26

      ページ: 203-206

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Triaxial stress state deep in orogenic belts : an example from Turkey.2004

    • 著者名/発表者名
      Masuda, T., Nakayama, S., Kimura, N., Onodera, K., Okamoto, A.
    • 雑誌名

      Jour.Struct.Geol. (in press)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Local behavior of water molecules on brucite, talc, and halite surfaces : A molecular dynamics study.2004

    • 著者名/発表者名
      Sakuma, H., Tsuchiya, T., Kawamura, K., Otsuki, K.
    • 雑誌名

      Molecular Simulation 30(15-15)

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Frictional melting terminates seismic slip : Experimental results of stick-slips.2004

    • 著者名/発表者名
      Koizumi, Y., Otsuki, K., Takeuchi, H., Nagahama, H.
    • 雑誌名

      Geophys.Res.Lett. 31, L21605

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Fluidization and melting of fault gouge during seismic slip : Identification in the Nojima fault zone and implications for focal earthquake mechanisms.2003

    • 著者名/発表者名
      Otsuki, K., Monzawa, N., Nagase, T.
    • 雑誌名

      Jour.Geophys.Res. 108, No.B4

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Comminution and fluidization of granular fault materials : Implications for fault slip behavior.2003

    • 著者名/発表者名
      Monzawa, N., Otsuki, K.
    • 雑誌名

      Tectonophysics 367

      ページ: 127-143

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Large self-diffusion of water on brucite surface by ab initio potential energy surface and molecular dynamics simulations.2003

    • 著者名/発表者名
      Sakuma, H., Tsuchiya, T, Kawamura, K., Otsuki, K.
    • 雑誌名

      Surface Science 536

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] The effects of liquid composition, temperature, and pressure on the equilibrium dihedral angles of binary solid-liquid systems inferred from a lattice-like model.2003

    • 著者名/発表者名
      Takei, Y., Shimizu, I.
    • 雑誌名

      Phys.Earth Planet.Inter. 139

      ページ: 225-242

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] New find of silver tellurosulphides from the Funan gold deposit, East Shanedong, China.2003

    • 著者名/発表者名
      Gu, X.P., Watanabe, M., Hoshino, K.
    • 雑誌名

      Eur.J Mineral. 15

      ページ: 147-155

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Studies on three-dimensional distribution of fluids in grain boundaries of rocks using X-ray microtomography.2002

    • 著者名/発表者名
      Nakamura, M., Tsuchiyama, A., Nakano, T., Uesugi, K., Kusaka, H., Kitamura, M.
    • 雑誌名

      SPring-8 User Experiment Report 9

      ページ: 262-262

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Diffusive properties of fluid-filled grain boundaries measured electrically during active pressure solution.2002

    • 著者名/発表者名
      de Meer, S., C.J.Spiers, C.J.Peach, T.Watanabe
    • 雑誌名

      Earth Planet.Sci.Lett. 200

      ページ: 147-157

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Electrical impedance measurement of plastically deforming halite rocks at 125℃ and 50 MPa.2002

    • 著者名/発表者名
      Watanabe, T., C.J.Peach
    • 雑誌名

      J.Geophys.Res. 107

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Otsuki, K., Monzawa, N., Nagase, T.: "Fluidization and melting of fault gouge during seismic slip : Identification in the Nojima fault zone and implications for focal earthquake mechanisms"Jour.Geophys.Res.. 108. ESE 4-1-ESE 4-18 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Monzawa, N., Otsuki, K.: "Comminution and fluidization of granular fault materials : implications for fault slip behavior"Tectonophysics. 367. 127-143 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Sakuma, H., Tsuchiya, T., Kawamura, K., Otsuki, K.: "Large self-diffusion of water on brucite surface by ab initio potential energy surface and molecular dynamics simulations"Surface Science. 536. L396-L402 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Masuda, T., Kimura, N., Hara, Y.: "Progress in microboudin method for palaeo-stress analysis of metamorphic tectonites : application of matematically refined expression"Tectonophysics. 364. 1-8 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Takei, Y., Shimizu, I.: "The effects of liquid composition, temperature, and pressure on the equilibrium dihedral angles of binary solid-liquid systems inferred from a lattice-like model"Phys.Earth Planet.Inter.. 139. 225-242 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Shimizu, I., J.H., Okudaira, T: "Non-hydrostatic thermodynamics of multiphase and multicomponent systems and its application to incongruent pressure solution and growth"Proceedings of "Deformation Mechanisms, Rheology, Microstuructures", St.Malo, France. 143 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Otsuki, K., Monzawa, N.: "Comminution and fluidization of fault gouge : their implications to fault behavior"Proceedings of the International Workshop on Physics of Active Fault, NIED Tbch. Note. No.234. 234-239 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Otsuki, K., Monzawa, N., Nagase, T.: "Fluidization and melting of fault gouge during seismic slip : Identification in the Nojjima fault zone and implications for focal earthquake mechanisms"Jour. Geophys. Res.. 108(in press). (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Watanabe, T., C.J.Peach: "Electrical impedance measurement of plastically deforming halite rocks at 125°C and 50Mpa"Jour. Geophys. Res.. 107, ECV2. 1-12 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] de Meer, S., C.J.Spiers, C.J.Peach, T.Watanabe: "Diffusive prpperties of fluid-filled grain boundaries measured electrically during active pressure solution"Earth Planet. Sci. Lett.. 200. 147-157 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Masuda, T., Kimura, N., Hara, Y: "Progress in microboudin method for palaeo-stress analysis of metamorphic tectonites : application of mathematically refined expression"Tectonophysics. (in press). (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Stallard, A.R., Ikei, H., Masuda, T.: "Numerical simulations of spiral-shaped inclusion trails : can 3D geometry distinguish between end-member models of spiral formation?"Journal of Metamorphic Geology. 20. 801-812 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書

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公開日: 2002-04-01   更新日: 2016-04-21  

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