東北日本弧プレート境界面の力学特性解明を目指した実験的研究

• 研究課題/領域番号: 24244077
• 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: 長濱 裕幸 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (60237550)
• 研究分担者: 武藤 潤 東北大学, 大学院理学研究科, 助教 (40545787) ; 長瀬 敏郎 東北大学, 学術資源公開センター, 准教授 (10237521) ; 清水 以知子 東京大学, 大学院理学系研究科, 助教 (40211966)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 35,620千円 (直接経費: 27,400千円、間接経費: 8,220千円); 2014年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2013年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2012年度: 25,090千円 (直接経費: 19,300千円、間接経費: 5,790千円)
• キーワード: 東北地方太平洋沖地震 / 沈み込み帯 / プレート境界地震 / レオロジー / 余効変動 / 岩石力学 / 固体圧岩石変形試験機 / ガス圧岩石変形試験機 / 東北日本 / 岩石変形実験 / 東北沖地震 / 地殻変動 / ガス圧試験機

研究成果の概要

2011年東北沖地震とその余効変動機構を解明するために、沈み込み帯を構成する岩石類の変形実験を行った。ガス圧試験機による摩擦実験から、石英ガウジの摩擦不安定性は、ガウジ中の内部構造を反映したエネルギー比に依存する。また、蛇紋岩などの破壊伝播速度は、岩石種の摩擦特性と垂直応力に依存するため、スロースリップはプレート境界の物質科学・力学的応力状態を反映している可能性がある。固体圧変形試験機を用いた島弧下部地殻条件を模した変形実験から、長石多結晶体の変形機構および強度は、外部から添加された水の存在によって大きく影響を受ける。さらに、東北日本島弧 - 海溝系とプレート境界のレオロジーモデルを提案した。

研究成果

• [雑誌論文] Effect of stress state on slow rupture propagation in synthetic fault gouges. (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Hirauchi, Muto, J.
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 67 号: 1 ページ: 25-25
  • DOI: 10.1186/s40623-015-0199-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fractal particle size distribution of pulverized fault rocks as a function of distance from the fault core (2015)
  • 著者名/発表者名: Muto, J., T. Nakatani, O. Nishikawa, H. Nagahama
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 未定
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Experimental analysis on Rowe’s stress-dilatancy relation and frictional instability of fault gouges. (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Hirata, Muto, J., Nagahama, H.
  • 雑誌名: Episodes 巻: 37 ページ: 303-307
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Self-affinities analysis of fault-related folding. (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Kikuchi, Abiko, K., Nagahama, H., Muto, J.
  • 雑誌名: Episodes 巻: 67 ページ: 308-311
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Trench-parallel crustal anisotropy along the trench in the fore-arc region of Japan (2014)
  • 著者名/発表者名: Iidaka, T., J. Muto, K. Obara, T. Igarashi, and B. Shibazaki
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 41 号: 6 ページ: 1957-1963
  • DOI: 10.1002/2013gl058359
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rheological properties of the detachment shear zone of an oceanic core complex inferred by plagioclase flow law: Godzilla Megamullion, Parece Vela back-arc basin, Philippine Sea. (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Michibayashi, Harigane, Y., Obara, Y., Muto, J., Okamoto, A.
  • 雑誌名: Earth and Planetary Science Letters 巻: 408 ページ: 16-23
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2014.10.005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rheological profile across the NE Japan interplate megathrust in the source region of the 2011 Mw9.0 Tohoku-oki earthquake (2014)
  • 著者名/発表者名: Shimizu, I.
  • 雑誌名: Earth Planets Space 巻: 66 号: 1 ページ: 73-73
  • DOI: 10.1186/1880-5981-66-73
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Evidence for biogenic graphite in early Archaean Isua metasedimentary rocks. (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Ohtomo, T. Kakegawa, A. Ishida, T. Nagase, M. T., Rosing
  • 雑誌名: Nature Geoscience 巻: 7 号: 1 ページ: 25-28
  • DOI: 10.1038/ngeo2025
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Self-affinities of Landforms and Folds in the Northeast Honshu Arc, Japan (2013)
  • 著者名/発表者名: Kazuhei Kikuchi, Kazutoshi Abiko, Hiroyuki Nagahama, Hiroshi Kitazato, and Jun Muto
  • 雑誌名: Acta Geophysica 巻: 61 号: 6 ページ: 1642-1658
  • DOI: 10.2478/s11600-013-0151-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Two-dimensional viscosity structure of the northeastern Japan islands arc-trench system (2013)
  • 著者名/発表者名: Muto, J., B. Shibazaki, Y. Ito, T. Iinuma, M. Ohzono, T. Matsumoto, and T. Okada
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 40 号: 17 ページ: 4604-4608
  • DOI: 10.1002/grl.50906
  • 査読あり
• [雑誌論文] Imaging of internal stress around a mineral inclusion in a sapphire crystal: Application of micro-Raman and photoluminescence spectroscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: Noguchi, N., Abduriyim, A., Shimizu, I., Kamegata, N., Odake, S. and Kagi, H.
  • 雑誌名: Journal of Raman Spectroscopy 巻: 44 号: 1 ページ: 147-154
  • DOI: 10.1002/jrs.4161
  • 査読あり
• [雑誌論文] Shimazakiite-4M and shimazakiite-4O, Ca2B2O5, two polytypes of a new mineral from Fuka, Okayama Prefecture, Japan (2013)
  • 著者名/発表者名: Kusachi, I., Kobayashi, S., Takeuchi, Y., Nakamuta, Y., Nagase, T., Yokoyama, K., Momma, K., Miyawaki, R., Shigeoka, M., Matsubara, S.
  • 雑誌名: Mineralogical Magazine 巻: Vol. 77 ページ: 93-105
  • 査読あり
• [雑誌論文] Texture of lutecite (2013)
  • 著者名/発表者名: Nagase,T., Momma, K., Kuribayashi, T., Tanaka, M.
  • 雑誌名: Journal of Mineralogical and Petrological Sciences 巻: Vol. 108
  • NAID: 10031158587
  • 査読あり
• [雑誌論文] 東日本太平洋沖地震後の余効変動解析へ向けた東北日本弧レオロジー断面 (2012)
  • 著者名/発表者名: 武藤 潤, 大園 真子
  • 雑誌名: 地質学雑誌 巻: 118 号: 5 ページ: 323-333
  • DOI: 10.5575/geosoc.2012.0026
  • NAID: 130002530854
  • ISSN: 0016-7630, 1349-9963
  • 年月日: 2012-05-15
  • 査読あり
• [雑誌論文] Amorphization of quartz by friction: Implication to silica-gellubrication of fault surfaces (2012)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, Y., Muto, J., Nagahama, H., Shimizu, I., Miura, T., Arakawa, I..
  • 雑誌名: Geophysical Research Letter 巻: 39 号: 21 ページ: 53228-53228
  • DOI: 10.1029/2012gl053228
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tanohataite, LiMn₂Si₃O₈(OH): a new mineral from the Tanohata mine, Iwate Prefecture, Japan (2012)
  • 著者名/発表者名: Nagase, T., Hori, H., Kitamine, M., Nagashima, M., Abduriyim, A., Kuribayashi, T.
  • 雑誌名: Journal of Mineralogical and Petrological Sciences 巻: 107 号: 3 ページ: 149-154
  • DOI: 10.2465/jmps.111130
  • NAID: 10030499275
  • ISSN: 1345-6296, 1349-3825
  • 査読あり
• [学会発表] Experimental study on strain localization of lower crustal rocks caused by water (2015)
  • 著者名/発表者名: J. Muto, Fukuda J., Kido, M., Koizumi S., Nagahama H.
  • 学会等名: 12th International workshop on Water Dynamics
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2015-03-09
  • 招待講演
• [学会発表] Rowe’s Law of the Energy Ratio, Microsutuctural Development and Frictional Instability of Gouges (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Hirata, Muto, J., Nagahama, H.
  • 学会等名: Asia Oceania Geosciences Society 11th Annual Meeting
  • 発表場所: ロイトン札幌
  • 年月日: 2014-08-01
• [学会発表] Development of Calibration Law for Measured Differential Stresses Using Griggs-type Solid Medium Apparatus (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Kido, Muto, J., Nagahama, H.
  • 学会等名: Asia Oceania Geosciences Society 11th Annual Meeting
  • 発表場所: ロイトン札幌
  • 年月日: 2014-08-01
• [学会発表] Self-affinity of fracture in glass or rock mineral by 3D X-ray CT measurement. (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Yamaki, Muto, J., Nagahama, H.
  • 学会等名: International Symposium of Rock Mechanics
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2014-08-01
• [学会発表] エネルギー比の観点からみた摩擦不安定性に関する実験的研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 平田萌々子, 武藤潤, 長濱裕幸
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2014年大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-05-01
• [学会発表] Griggs型固体圧式変形試験機の差応力測定値の較正 (2014)
  • 著者名/発表者名: 木戸正紀，武藤潤，長濱裕幸
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2014年大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-04-30
• [学会発表] 東北日本島弧-海溝系の不均質粘弾性モデルの構築 (2014)
  • 著者名/発表者名: 武藤潤, 芝崎文一郎, 飯沼卓史
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2014年大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-04-30
  • 招待講演
• [学会発表] The friction experiments using simulated fault gouge: Rowe's constant energy ratio (2013)
  • 著者名/発表者名: Hirata, M., Muto, J., Nagahama, H., Otsuki K.
  • 学会等名: American Geophysical Union 2013 Fall Meeting
  • 発表場所: San Francisco（米国）
  • 年月日: 2013-12-10
• [学会発表] Experimental analysis on Rowe’s stress-dilatancy relation and frictional instability of fault gouges. (2013)
  • 著者名/発表者名: Hirata, M., Muto, J., Nagahama, H., Otsuki K.
  • 学会等名: 2nd Gever Symposium
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2013-10-01
• [学会発表] Self-affinities Analysis of Fault-related Folding. (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Kikuchi, Abiko, K., Nagahama, H., Muto, J．
  • 学会等名: 2nd Gever Symposium
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2013-10-01
• [学会発表] 模擬断層ガウジの圧密に関する実験的研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 平田萌々子、武藤 潤、長濱裕幸、大槻憲四郎
  • 学会等名: 日本地質学会第120年学術大会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2013-09-15
• [学会発表] 東北大学固体圧式変形試験機の応力測定精度評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 木戸正紀 武藤 潤，長濱裕幸
  • 学会等名: 日本地質学会第120年学術大会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2013-09-15
• [学会発表] Effect of crustal fluids on plastic deformation of polycrystalline anorthite.
  • 著者名/発表者名: Muto, J., Fukuda, J., Nagahama, H.
  • 学会等名: Achievements of G-COE Program for Earth and Planetary Dynamics and the Future Perspectives.
  • 発表場所: 仙台市戦災復興記念館（宮城県）
• [学会発表] Microstructures and grain size distribution of pulverized fault rocks: Examples fromSan Andreas Fault and Arima- Takatsuki Tectonic Line.
  • 著者名/発表者名: Nakatani, T., Muto, J., Nishikawa, O., Nagahama, H., Otsuki, K.
  • 学会等名: Achievements of G-COE Program for Earth and Planetary Dynamics and the Future Perspectives.
  • 発表場所: 仙台市戦災復興記念館（宮城県）
• [学会発表] Fabric evolution of single crystals of synthetic quartz sheared at low temperature.
  • 著者名/発表者名: Kaneko, H., Muto, J., Nagahama, H.
  • 学会等名: Achievements of G-COE Program for Earth and Planetary Dynamics and the Future Perspectives.
  • 発表場所: 仙台市戦災復興記念館（宮城県）
• [学会発表] Microstructures and grain size distribution of pulverized fault rocks
  • 著者名/発表者名: Muto, J., Nakatani ,T., Nishikawa, O., Nagahama, H., Otsuki, K.
  • 学会等名: 10th International Workshop on Water Dynamics
  • 発表場所: 東北大学（宮城県）
• [学会発表] Experimental study about mechanical behavior of simulated fault gouge toward unstable slip
  • 著者名/発表者名: Hirata, M., Muto, J., Nagahama, H., Otsuki, K.
  • 学会等名: 10th International Workshop on Water Dynamics
  • 発表場所: 東北大学（宮城県）
• [学会発表] 3D X- ray CT measurement of fracture in rock mineral using fractal concepts
  • 著者名/発表者名: Yamaki, J., Muto, J., Nagahama, H.
  • 学会等名: 10th International Workshop on Water Dynamics
  • 発表場所: 東北大学（宮城県）
• [学会発表] ピンオンディスク摩擦試験による石英非晶質化
  • 著者名/発表者名: 武藤潤, 中村悠, 長濱裕幸, 清水以知子, 三浦崇, 荒川一郎
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉県）
• [学会発表] 人工アノーサイト多結晶体の変形実験:水の効果
  • 著者名/発表者名: 福田惇一, 武藤潤, 長濱裕幸
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉県）
• [学会発表] 東北日本沈み込み帯・島弧地殻のレオロジー構造と東北沖地震の 2 次元余効変動解析
  • 著者名/発表者名: 武藤潤, 芝崎文一郎, 伊藤喜宏, 飯沼卓史, 大園真子, 松本拓己, 岡田知巳
  • 学会等名: 日本地震学会
  • 発表場所: 函館市市民会館（北海道）
• [学会発表] 東北沖プレート境界逆断層における脆性-延性転移
  • 著者名/発表者名: 清水以知子
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉県）
• [学会発表] カソードルミネッセンス像による水晶の成長履歴の解析
  • 著者名/発表者名: 長瀬敏郎, 栗林貴弘, 山田亮一, 門馬 綱一
  • 学会等名: 日本鉱物科学会
  • 発表場所: 京都大学（京都府）
• [学会発表] 秋田県松峰鉱山産ならびに青森県湯ノ沢鉱山産ウルツ鉱の内部組織と形成過程
  • 著者名/発表者名: 長瀬敏郎, 山田亮一, 栗林貴弘
  • 学会等名: 資源地質学2012 年度年会学術講演会
  • 発表場所: 東京大学（東京都）
• [学会発表] Pulverized rock の微細構造と粒径分布：サンアンドレアス断層と有馬高槻構造線
  • 著者名/発表者名: 中谷剣, 武藤潤, 西川治, 長濱裕幸, 大槻憲四郎
  • 学会等名: 日本地質学会
  • 発表場所: 大阪市立大学（大阪府）
• [学会発表] 長石多結晶体への水の導入と塑性変形の促進
  • 著者名/発表者名: 福田惇一, 武藤潤, 長濱裕幸
  • 学会等名: 日本地質学会
  • 発表場所: 大阪市立大学（大阪府）
• [学会発表] 東北日本弧不均質粘性構造を考慮した東北沖地震の2次元余効変動解析
  • 著者名/発表者名: 武藤潤, 芝崎文一郎, 伊藤喜宏, 飯沼卓史, 大園真子, 松本拓己, 岡田知巳
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉県）
  • 招待講演
• [学会発表] 2011年東北地方太平洋沖地震（Mw = 9.0）前の大気中ラドン濃度変動
  • 著者名/発表者名: 長濱裕幸, 安岡由美, 鈴木俊幸, 本間好, 武藤潤, 多鹿優佳里, 関明日香
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会講演会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道）
  • 招待講演