断層の変形機構遷移を再現した模擬断層実験に基づく新しい断層モデルの構築

• 研究課題/領域番号: 16H04061
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 地質学
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 金川 久一 千葉大学, 大学院理学研究院, 教授 (40185898)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円); 2020年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円); 2019年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2018年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2017年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2016年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
• キーワード: 摩擦実験 / 圧力溶解 / 地震性断層運動 / 変形機構 / 断層モデル

研究成果の概要

オパール試料について封圧150 MPa、間隙水圧50 MPa、温度25~200℃、軸方向変位速度0.1~10 μm/sの条件で三軸摩擦実験を行った結果、温度上昇または変位速度低下に伴って摩擦強度が増大するとともにすべりが不安定化し、150℃以上の温度で（地震性断層運動に対応する）固着すべりが観察された。また、100℃以上の実験後試料に圧力溶解に起因するガウジ粒子の癒着が認められた。
以上の結果は、温度上昇または変位速度低下に伴って断層帯構成粒子の癒着により摩擦強度が増大し、その結果速度強化から速度弱化への摩擦挙動の遷移、すなわち非地震性から地震性への断層運動遷移が促進されることを示唆している。

研究成果の学術的意義や社会的意義

圧力溶解による断層帯構成粒子の固結が地震性断層運動を促すという理論的仮説を実験的に検証し、沈み込み帯や内陸の非地震性から地震性への断層運動の遷移機構を明らかにしたことに、本研究の大きな学術的意義がある。また、地震に備える社会にとっても有益な情報を提供できたと考える。

研究成果

• [雑誌論文] Weakening of quartz rocks at subseismic slip rates due to frictional heating, but not to lubrication by wear materials of hydrated amorphous silica or silica gel (2020)
  • 著者名/発表者名: Kanagawa, K., Murayama, H., Sugita, A., Takahashi, M., Sawai, M., Furukawa, N. and Hirose, T.
  • 雑誌名: Tectonophysics 巻: - ページ: 228429-228429
  • DOI: 10.1016/j.tecto.2020.228429
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 南海トラフ地震発生帯掘削がもたらした沈み込み帯の新しい描像 (2018)
  • 著者名/発表者名: 木村 学・木下正高・金川久一・金松敏也・芦 寿一郎・斎藤実篤・廣瀬丈洋・山田泰広・荒木英一郎・江口暢久・Sean Toczko
  • 雑誌名: 地質学雑誌 巻: 124 号: 1 ページ: 47-65
  • DOI: 10.5575/geosoc.2017.0069
  • NAID: 130007377688
  • ISSN: 0016-7630, 1349-9963
  • 年月日: 2018-01-15
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Continuous depth profile of the rock strength in the Nankai accretionary prism based on drilling performance parameters (2018)
  • 著者名/発表者名: Hamada Yohei、Kitamura Manami、Yamada Yasuhiro、Sanada Yoshinori、Sugihara Takamitsu、Saito Saneatsu、Moe Kyaw、Hirose Takehiro
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1038/s41598-018-20870-8
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] NanTroSEIZE Stage 3: Shallow megasplay long-term borehole monitoring system (2017)
  • 著者名/発表者名: Saffer, D., Kopf, A., Toczko, S. and the Expedition 365 Scientists
  • 雑誌名: Proceedings of the International Ocean Discovery Program 巻: 365 ページ: 1-89
  • DOI: 10.14379/iodp.proc.365.2017
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Earthquake sequence simulations with measured properties for JFAST core samples (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Noda, Michiyo Sawai, Bunichiro Shibazaki
  • 雑誌名: Philosophical Transactions of the Royal Society A 巻: 375 号: 2103 ページ: 1-17
  • DOI: 10.1098/rsta.2016.0003
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Frictional properties of JFAST core samples and implications for slow earthquakes at the Tohoku subduction zone (2017)
  • 著者名/発表者名: Michiyo Sawai, Andre R. Niemeijer, Takehiro Hirose, Christopher J. Spiers
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 44 号: 17 ページ: 8822-8831
  • DOI: 10.1002/2017gl073460
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] In Situ Stress and Pore Pressure in the Deep Interior of the Nankai Accretionary Prism, Integrated Ocean Drilling Program Site C0002 (2017)
  • 著者名/発表者名: Kitajima Hiroko、Saffer Demian、Sone Hiroki、Tobin Harold、Hirose Takehiro
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 44 号: 19 ページ: 9644-9652
  • DOI: 10.1002/2017gl075127
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] ポロシリオフィオライト中に見出された左横ずれ剪断帯における変成作用とマイロナイト化 (2016)
  • 著者名/発表者名: Kato, A., K. Kanagawa, and Y. Hiroi
  • 雑誌名: 地質学雑誌 巻: 122 号: 9 ページ: 461-475
  • DOI: 10.5575/geosoc.2016.0017
  • NAID: 130005250149
  • ISSN: 0016-7630, 1349-9963
  • 年月日: 2016-09-15
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Nucleation of frictional instabilitycaused by fluid pressurization insubducted blueschist (2016)
  • 著者名/発表者名: Sawai, M., A. R. Niemeijer, O. Plumper, T. Hirose, and C. J. Spiers
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 43 号: 6 ページ: 2543-2551
  • DOI: 10.1002/2015gl067569
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Frictional strength of ground dolerite gouge at a wide range of slip rates (2016)
  • 著者名/発表者名: Wada, J., Kanagawa, K., Kitajima, H., Takahashi, M., Inoue, A., Hirose, T., Ando, J. and Noda, H.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 巻: 121 号: 4 ページ: 2961-2979
  • DOI: 10.1002/2015jb012013
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Transient water adsorption on newly formed fault gouge and its relation to frictional heating (2016)
  • 著者名/発表者名: Mizoguchi, K., and T. Hirose
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 43 号: 15 ページ: 7921-7927
  • DOI: 10.1002/2016gl069776
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Frictional properties of incoming sediments and rocks at shallow conditions of the Japan Trench subduction zone (2020)
  • 著者名/発表者名: Kanagawa, K., Sagano, S., Nakanishi, T., Fujimori, J., and Sawai, M.
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020: Virtual
  • 国際学会
• [学会発表] 準地震性変位速度における石英質岩石の摩擦発熱による弱化 (2020)
  • 著者名/発表者名: 金川久一・杉田明日郁・高橋美紀・澤井みち代
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020: Virtual
• [学会発表] 摩擦特性および摩擦発熱に与える背景温度の影響－ドレライトを例に－ (2020)
  • 著者名/発表者名: 澤井みち代・横山湧紀・北村真奈美・金川久一
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020: Virtual
• [学会発表] Changes in frictional properties of mud gouge with depth in the Nankai Trough accretionary prism (2020)
  • 著者名/発表者名: Kanagawa, K., Ogawa, T., Funaki, T., Nakanishi, T., Sagano, S., Fujimori, J. and Sawai, M.
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020: Virtual
  • 国際学会
• [学会発表] Frictional properties of greenstone: Effects of the seamount subduction on faulting at the subduction zone (2020)
  • 著者名/発表者名: Sawai, M., Fukaumi, J., Takahashi, M., Hayasaka, Y. and Kanagawa, K.
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020: Virtual
  • 国際学会
• [学会発表] Deep drilling at the Nankai Trough: IODP NanTroSEIZE Expedition 358 summary and first results (2019)
  • 著者名/発表者名: Tobin, H., Hirose, T., Ikari, M., Kanagawa, K., Kimura, G., Kinoshita, M., Kitajima, H., Saffer, D. M., Yamaguchi, A., Maeda, L., Eguchi, N. and Toczko, S.
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2019年大会
  • 招待講演
• [学会発表] ドレライトおよび花崗岩の中速摩擦特性に対する背景温度の効果 (2019)
  • 著者名/発表者名: 澤井みち代・横山湧紀・金川久一
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [学会発表] 石英質岩石の中速摩擦強度の支配要因 (2019)
  • 著者名/発表者名: 金川久一・杉田明日郁・高橋美紀・澤井みち代
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [学会発表] Frictional properties of opal gouge at low-temperature hydrothermal conditions and their implications for seismogenic faulting along subduction-zone megathrusts (2019)
  • 著者名/発表者名: Kanagawa, K., Nakanishi, T., Kuwana, M., Sawai, M. and Hirose, T.
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [学会発表] 2007-2018南海トラフ地震発生帯掘削計画の科学的成果 (2019)
  • 著者名/発表者名: 木村 学・木下正高・金川久一・金松敏也・芦 寿一郎・斎藤実篤・廣瀬丈洋・山田泰広・荒木英一郎・江口暢久・ Toczko Sean
  • 学会等名: 日本地質学会第126年学術大会
  • 招待講演
• [学会発表] 南海トラフ地震発生帯掘削計画（IODP358次航海）におけるプレート境界断層に向けた超深度ライザー掘削：達成と今後 (2019)
  • 著者名/発表者名: 廣瀬丈洋・木下正高・木村 学・山口飛鳥・金川久一・Tobin Harold・Ikari Matt・Kitajima Hiroko・Saffer Demian・前田玲奈・江口暢久・Tockzo Sean
  • 学会等名: 日本地質学会第126年学術大会
• [学会発表] Physical properties of the Nankai Trough at IODP Expedition 358 (2019)
  • 著者名/発表者名: 北村真奈美・Bedford John・Jin Zirou・Stanislowski Katja・曽根大貴・北島弘子・Ikari Matt・木村 学・山口飛 鳥・廣瀬丈洋・金川久一・木下正高・Saffer Demian・Tobin Harold・江口暢久・Toczko Sean・久保雄介・前田玲奈・IODP Expedition 358 Scientists
  • 学会等名: 日本地質学会第126年学術大会
• [学会発表] Attempted ultradeep drilling to the Nankai Trough subduction zone plate boundary: The saga of IODP NanTroSEIZE Expedition 358 (2019)
  • 著者名/発表者名: Tobin H. J., Hirose, T., Ikari, M., Kanagawa, K., Kimura, G., Kinoshita, M., Kitajima, H., Saffer, D. M., Yamaguchi, A., Maeda, L., Toczko, S., Eguchi, N. and IODP Expedition 358 Shipboard Scientific Party
  • 学会等名: American Geophysical Union 2016 Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Physical properties of the Nankai Trough at Sites C0002, C0024 and C0025, IODP Expedition 358 (2019)
  • 著者名/発表者名: Jin, Z., Bedford, J. D., Kitamura, M., Sone, H., Stanislowski, K., Hamada, Y., Kopf, A., Zhang, J., Kitajima, H., Saffer, D. M., Hirose, T., Ikari, M., Kanagawa, K., Kimura, G., Kinoshita, M., Tobin, H. J., Yamaguchi, A., Eguchi, N., Kubo, Y., Maeda, L., Toczko, S. and IODP Expedition 358 Shipboard Scientific Party
  • 学会等名: American Geophysical Union 2016 Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Structural observations across the Nankai accretionary prism, IODP Expedition 358 (NanTroSEIZE) (2019)
  • 著者名/発表者名: Regalla, C., Yamamoto, Y., Ujiie, K., Dielforder, A., Dutilleul, J., Faulkner, D., John, B., Otsubo, M., Ikari, M., Kimura, G., Kitajima, H., Yamaguchi, A., Kanagawa, K., Kinoshita, M., Tobin, H., Saffer, D., Maeda, L., Toczko, S. and the IODP Expedition 358 Shipboard Scientific Party
  • 学会等名: American Geophysical Union 2016 Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Heat flow and thermal regime in frontal region of Nankai accretionary prism off Kumano revealed from borehole APCT and observatory thermal data (2019)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita, M., Hamada, Y., Kitajima, H., Sone, H., Saffer, D. M., Tobin, H. J., Kimura, G., Ikari, M., Hirose, T., Yamaguchi, A., Kanagawa, K., Kimura, T., Maeda, L., Toczko, S. and IODP Exp358 Science Party
  • 学会等名: American Geophysical Union 2016 Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] オパールガウジの低温熱水条件における摩擦特性に対する溶解－析出クリープの影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 中西智哉・金川久一・澤井 みち代
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] 大気中とアルゴン雰囲気中におけるめのうの中速摩擦強度 (2018)
  • 著者名/発表者名: 村山寛樹・金川久一・廣瀬丈洋・古川 登
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] 200℃以下の熱水条件におけるオパールガウジの摩擦特性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 中西智哉・金川久一・澤井 みち代
  • 学会等名: 日本地質学会第125年学術大会（つくば特別大会）
• [学会発表] アルゴン雰囲気下におけるドレライトの中速摩擦特性に対する温度効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 横山湧紀・村山寛樹・金川久一・澤井みち代
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
• [学会発表] 大気中およびアルゴン雰囲気下における中速域のめのうの摩擦強度 (2017)
  • 著者名/発表者名: 村山寛樹・金川久一・澤井みち代・廣瀬丈洋
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
• [学会発表] Frictional properties of Akiyoshi greenstone: implications for the seamount subduction and earthquake generation (2017)
  • 著者名/発表者名: Sawai, M., Hayasaka, Y., Shimamoto, T., Ma, S. and Yao, L.
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Frictional properties of the Nankai Trough accretionary mud samples collected and cored from 944.6_3030.5 mbsf at IODP Site C0002 (2017)
  • 著者名/発表者名: Kanagawa, K., Hoshino, K., Abe, K. and Sawai, M.
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Frictional properties of accretionary mud/mudstone samples and their implications for a transition of aseismic to seismic faulting within the hanging wall of the Nankai Trough subduction zone (2017)
  • 著者名/発表者名: Kanagawa, K., Hoshino, K., Abe, K. and Sawai, M.
  • 学会等名: Joint Workshop on Slow Earthquakes 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Frictional properties of mud sediments at PT conditions around the seismogenic updip limit of the Nankai Trough subduction zone (2017)
  • 著者名/発表者名: Abe, K., Kanagawa, K. and Sawai, M.
  • 学会等名: Joint Workshop on Slow Earthquakes 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Frictional properties of accretionary mud/mudstone samples and their implications for a transition of aseismic to seismic faulting within the hanging wall of the Nankai Trough subduction zone (2017)
  • 著者名/発表者名: Kanagawa, K., Hoshino, K., Abe, K. and Sawai, M.
  • 学会等名: Symposium Celebrating 50 Years of Rock Deformation at RSES
  • 国際学会
• [学会発表] Frictional properties of the Nankai Trough accretionary mud samples collected from 1000-3000 mbsf at IODP Site C0002 (2016)
  • 著者名/発表者名: Kanagawa, K., Hoshino, K., Abe, K. and Sawai, M.
  • 学会等名: American Geophysical Union 2016 Fall Meeting
  • 発表場所: Moscone Center, San Francisco
  • 年月日: 2016-12-13
  • 国際学会
• [学会発表] 室内実験結果を用いた地震サイクルシミュレーション：日本海 溝沈み込み帯とJFASTコア試料を例として (2016)
  • 著者名/発表者名: 野田博之・澤井みち代・芝崎文一郎
  • 学会等名: 日本地質学会第123年学術大会
  • 発表場所: 日本大学文理学部（東京都・世田谷区）
  • 年月日: 2016-09-12
  • 招待講演
• [学会発表] 藍閃石片岩及び花崗岩の摩擦特性に対する間隙水圧の効果 (2016)
  • 著者名/発表者名: 澤井みち代・高橋美紀
  • 学会等名: 日本地質学会第123年学術大会
  • 発表場所: 日本大学文理学部（東京都・世田谷区）
  • 年月日: 2016-09-12
• [学会発表] IODP掘削地点C0002の海底下1000~3000 mから採取された、南 海トラフ付加体泥質堆積物試料の摩擦特性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 星野紘輝・阿部浩 典・澤井みち代・金川久一
  • 学会等名: 日本地質学会第123年学術大会
  • 発表場所: 日本大学文理学部（東京都・世田谷区）
  • 年月日: 2016-09-11
• [学会発表] 白亜系四万十帯構成岩類の震源域条件における摩擦特性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 阿部浩典・星野紘輝・澤井みち代・金川久一
  • 学会等名: 日本地質学会第123年学術大会
  • 発表場所: 日本大学文理学部（東京都・世田谷区）
  • 年月日: 2016-09-11
• [学会発表] Numerical and experimental studies on fault behavior accounting for brittle-plastic transition and pore pressure effect (2016)
  • 著者名/発表者名: Noda, H. and Takahashi, M.
  • 学会等名: International Symposium “Crustal Dynamics 2016”
  • 発表場所: 高山市民文化会館（岐阜県・高山市）
  • 年月日: 2016-07-22
  • 国際学会
• [学会発表] Strength profile of the active Nankai accretionary prism: Inferences from mechanical property of cuttings collected during IODP Expedition 348 (2016)
  • 著者名/発表者名: Hirose, T., Kitamura, M., Kitajima, H. and Sone, H.
  • 学会等名: International Symposium “Crustal Dynamics 2016”
  • 発表場所: 高山市民文化会館（岐阜県・高山市）
  • 年月日: 2016-07-21
  • 国際学会
• [学会発表] Effects of pore pressure on frictional behavior of rocks (2016)
  • 著者名/発表者名: Sawai, M. and Takahashi, M.
  • 学会等名: International Symposium “Crustal Dynamics 2016”
  • 発表場所: 高山市民文化会館（岐阜県・高山市）
  • 年月日: 2016-07-21
  • 国際学会
• [学会発表] 脆性・塑性遷移における有効応力則：岩塩を用いたアナログ実験 (2016)
  • 著者名/発表者名: 野田博之・高橋美紀
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2016年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場（千葉県・千葉市）
  • 年月日: 2016-05-26
  • 招待講演
• [学会発表] 東北沖沈み込みプレート境界物質の摩擦挙動と地震発生 (2016)
  • 著者名/発表者名: 澤井みち代・Niemeijer, A. R.・廣瀬丈洋・Spiers, C. J.
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2016年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場（千葉県・千葉市）
  • 年月日: 2016-05-25
  • 招待講演
• [学会発表] Frictional properties of the Nankai Trough accretionary mud samples collected from 1000-3000 mbsf at IODP Site C0002 (2016)
  • 著者名/発表者名: Hoshino, K., Abe, K., Sawai, M. and Kanagawa, K.
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2016年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場（千葉県・千葉市）
  • 年月日: 2016-05-24
  • 国際学会
• [学会発表] Frictional properties of the Northern Shimanto Belt rocks at a seismogenic pressure and temperature condition (2016)
  • 著者名/発表者名: Abe, K., Hoshino, K., Sawai, M. and Kanagawa, K.
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2016年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場（千葉県・千葉市）
  • 年月日: 2016-05-24
  • 国際学会
• [学会発表] Frictional property of rocks in the Izu forearc: implications for the Boso slow slip events (2016)
  • 著者名/発表者名: Hirose, T., Hyoudou, G. and Saito, S.
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2016年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場（千葉県・千葉市）
  • 年月日: 2016-05-22
  • 国際学会