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深部スロー地震の発生周期を支配する蛇紋岩の破壊・溶解析出に関する実験的研究

研究課題

研究課題/領域番号 23K22591
補助金の研究課題番号 22H01320 (2022-2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2022-2023)
応募区分一般
審査区分 小区分17040:固体地球科学関連
研究機関静岡大学

研究代表者

平内 健一  静岡大学, 理学部, 准教授 (10633290)

研究分担者 岡崎 啓史  広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 准教授 (90784257)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)
2025年度: 130千円 (直接経費: 100千円、間接経費: 30千円)
2024年度: 130千円 (直接経費: 100千円、間接経費: 30千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 13,520千円 (直接経費: 10,400千円、間接経費: 3,120千円)
キーワード間隙水圧 / 沈み込み帯 / 蛇紋岩 / スロー地震 / マントルウェッジ / 間隙流体圧 / 鉱物沈殿 / 高温高圧実験
研究開始時の研究の概要

本研究では、深部スロー地震の発生域に相当する温度圧力条件下(圧力1 GPa、温度500 °C)における蛇紋岩の熱水変形実験および実験後の試料の微細組織解析を行い、1)モードI・I-II型破壊が起こる際の間隙水圧値と弾性波特性、2)蛇紋石の溶解・析出速度を明らかにし、前弧マントルウェッジ蛇紋岩の破壊と溶解・析出の繰り返しが深部スロー地震の発生サイクルに対応するのかを検証する。

研究実績の概要

近年の地球物理観測研究は、沈み込み帯のepisodic tremor and slip(ETS)が高間隙流体圧下でのプレート境界断層帯の破壊作用に起因し、その発生周期が破壊後の割れ目が鉱物の析出により閉鎖されるまでの時間に対応する可能性を見出した。しかし、実際にどのような破壊-流体プロセスが深部スロー地震の発生域内で起きているのかはよくわかっていない。本研究では、前弧マントルウェッジ蛇紋岩の破壊と溶解-析出の繰り返しがETSの発生サイクルに対応するのかを明らかにするべく、ETS発生域に相当する温度圧力条件下(圧力1 GPa、温度500 °C)における蛇紋岩の熱水変形実験および実験後の試料の微細組織解析を行った。研究成果の概要は以下の通りである。
本実験では、試料内に封入する水の量を系統的に変化(0-12 vol%)させ、静水圧から静岩圧に相当する間隙流体圧下においてアンチゴライト蛇紋岩を一定歪速度(約10^-6 s^-1)下で変形させた。実験に要した時間は約2日間である。蛇紋岩試料の強度は含水量が増加するにしたがって減少したことから、含水量と間隙流体圧の間には正の相関があることがわかった。モール円解析に基づいて推定した間隙流体圧比(λ)は、試料の間隙率(1.1 vol%)を超える含水量になると、λが0.7を超えることがわかった。実験後の試料の微細組織解析の結果、λが大きくなるにつれて、破壊の様式がモードII型破壊(局所変形)からモードI型およびモードI-II型の混合破壊(全体変形)に変化することがわかった。このような混合破壊はETS発生域で形成された前弧マントルウェッジ起源の蛇紋岩体中にも認められる。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初の目的であった「様々な間隙流体圧下での蛇紋岩試料の変形実験」については概ね達成できたから。

今後の研究の推進方策

今後は、より長い時間(1週間以上)をかけて変形実験を行い、天然の蛇紋岩体に認められるような蛇紋岩の破壊-沈殿作用を実験室で再現する。さらに、AEセンサーを取り付けることにより、破壊時の弾性波の検出を試みる。実験は令静岡大学設置のGriggs型固体圧式高温高圧三軸変形試験機を用いて行う。

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Effects of hydrothermal alteration on shear localization and weakening in the mantle lithosphere2023

    • 著者名/発表者名
      Semba Maki、Hirauchi Ken-ichi、Ohuchi Tomohiro、Okamoto Atsushi、Kouketsu Yui
    • 雑誌名

      Tectonophysics

      巻: 868 ページ: 230081-230081

    • DOI

      10.1016/j.tecto.2023.230081

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mantle-wedge alteration facilitates intra-oceanic subduction initiation along a pre-existing fault zone2023

    • 著者名/発表者名
      Izumi, M., Hirauchi, K., Yoshida, M.
    • 雑誌名

      Tectonophysics

      巻: 861 ページ: 229908-229908

    • DOI

      10.1016/j.tecto.2023.229908

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of phyllosilicate content on the slip behavior of fault gouge: Insights from room-temperature friction experiments on quartz-talc mixtures2023

    • 著者名/発表者名
      Hirauchi, K., Hibi, R., Shirahige, R., Takemura, T.
    • 雑誌名

      Tectonophysics

      巻: 857 ページ: 229845-229845

    • DOI

      10.1016/j.tecto.2023.229845

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of rheological stratification and elasticity of lithosphere on subduction initiation2023

    • 著者名/発表者名
      Katayama, I., Yoshida, M., Hirauchi, K.-i.
    • 雑誌名

      Frontiers in Earth Science

      巻: 10 ページ: 988320-988320

    • DOI

      10.3389/feart.2022.988320

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Frictional and mechanical properties of episodic tremor and slip zone: A brief review2023

    • 著者名/発表者名
      Ken-ichi Hirauchi
    • 学会等名
      International Joint Workshop on Slow-to-Fast Earthquakes 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] The role of mantle wedge alteration on seismic and aseismic behavior of subduction megathrusts2023

    • 著者名/発表者名
      Ken-ichi Hirauchi
    • 学会等名
      Water-Rock Interaction (WRI-17)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Episodic tremor and slip via fault-fracture mesh development in forearc mantle wedge shear zones2023

    • 著者名/発表者名
      Ken-ichi Hirauchi
    • 学会等名
      Japan Geoscience Union Meeting 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 野母半島長崎変成岩類に分布する蛇紋岩メランジュに見られる交代・変形作用2023

    • 著者名/発表者名
      木村太星・平内健一
    • 学会等名
      日本地質学会第130年学術大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 中央パラワンオフィオライト基底部かんらん岩にみられる変形・熱水変質作用:沈み込み開始過程への影響2023

    • 著者名/発表者名
      阿部日誉里・平内健一・Betchaida Payot・Julius Pasco
    • 学会等名
      日本地質学会第130年学術大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 関東山地三波川帯の樋口蛇紋岩体にみられる破壊に誘発された炭酸塩化と交代作用2023

    • 著者名/発表者名
      平内健一・平芽依・岡本敦
    • 学会等名
      Japan Geoscience Union Meeting 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 浅部前弧マントルウェッジ蛇紋岩の変形機構:四国三波川帯富郷蛇紋岩体の例2023

    • 著者名/発表者名
      平内健一・菊地翔介
    • 学会等名
      Japan Geoscience Union Meeting 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] パラワンオフィオライトにおける基底部かんらん岩の変形・熱水変質作用2023

    • 著者名/発表者名
      阿部日誉里・平内健一
    • 学会等名
      Japan Geoscience Union Meeting 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 海洋リソスフェアにおける自発的沈み込み開始の数値シミュレーション実験:含水断裂帯のレオロジー効果について2023

    • 著者名/発表者名
      石川美鈴・平内健一・吉田晶樹
    • 学会等名
      Japan Geoscience Union Meeting 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 前弧マントルウェッジ蛇紋岩の破壊様式に対する間隙流体圧の影響2022

    • 著者名/発表者名
      平内健一・永田有里奈・岡崎啓史
    • 学会等名
      日本地質学会第129年学術大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] パラワンオフィオライトにおける基底部かんらん岩の変形・熱水変質作用:沈み込み開始過程への影2022

    • 著者名/発表者名
      阿部日誉里・平内健一
    • 学会等名
      日本地質学会第129年学術大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 野母半島長崎変成岩類における蛇紋岩メランジュの構造岩石学的研究2022

    • 著者名/発表者名
      木村太星・平内健一
    • 学会等名
      日本地質学会第129年学術大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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