| 研究課題/領域番号 |
20H02002
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分17040:固体地球科学関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
長濱 裕幸 東北大学, 理学研究科, 教授 (60237550)
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| 研究分担者 |
河野 義生 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 准教授 (20452683)
武藤 潤 東北大学, 理学研究科, 教授 (40545787)
丹下 慶範 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 回折・散乱推進室, 主幹研究員 (70543164)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円)
2022年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2021年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2020年度: 13,780千円 (直接経費: 10,600千円、間接経費: 3,180千円)
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| キーワード | 粉砕岩 / 断層破砕帯 / フラクタル / 衝突実験 / 断層破壊電波 / Split Hopkinson圧力棒実験 / 応力平衡 / 動的粉砕 / 亀裂伝播 / 断層破壊 / 放射光ビームライン / 断層ダメージ / 動的破壊 / 放射光X線 / スプリットホプキンソン圧力棒試験機 / 超高速イメージング |
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| 研究開始時の研究の概要 |
地震により断層周辺（Off-fault）には断層破砕帯と呼ばれる岩石が著しく粉砕したダメージゾーンが形成される。最新の断層破壊モデルは、Off-faultでのダメージが主断層の破壊を決める重要なパラメータであることを指摘した。しかし、Off-faultでの高歪速度の変形は、衝突変形試験で調べることができるが、実験後の試料は粉砕しダメージを詳細に調べることができないため、実験的な理解は未だ乏しい。本研究では、放射光での超高速度X線イメージングで、高歪速度下での岩石内部の亀裂を直接観察することで、Off-faultダメージの発生過程の解明を目指す。
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| 研究成果の概要 |
地震の破壊伝播時に形成される粉砕岩石の形成機構を明らかにするため、Split Hopkinson圧力棒法による衝突実験機を制作した。花崗岩、アーカンソー州ノバキュライト、マコールを対象に、衝突棒の衝突速度を制御することで、1000/sを超える非常に大きなひずみ速度を発生させた。実験の結果、各岩石における破壊および亀裂伝播の様式が異なること、また粉砕試料の粒度分布が天然の断層帯で報告されているフラクタル的なサイズ分布を持つことを明らかにした。この研究は地震時の岩石粉砕によるエネルギー散逸の定量的な評価法を提示し、今後の断層の動的粉砕研究に大きな影響を与える可能性がある。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究では、地震時に断層周辺で発生する高いひずみ速度を再現できる衝突実験から、天然断層の粉砕度に近い高いフラクタル次元が得られた。また、実験による力学計測から動的粉砕時の破壊エネルギーの評価が可能であり、両者を結びつけることで断層周辺での岩石粉砕によるエネルギー散逸を定量的に把握することが可能となる。本研究により、破壊エネルギーの上限値を実験的に明らかにすることができれば、断層破壊の停止をエネルギーの観点から評価することのできる現実に近い地震破壊シミュレーション構築に貢献するだろう。
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