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圧力溶解変形の予測に向けた粒間水の性質の解明

公募研究

研究領域地殻ダイナミクス ー東北沖地震後の内陸変動の統一的理解ー
研究課題/領域番号 17H05319
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関筑波大学

研究代表者

西山 直毅  筑波大学, 生命環境系, 研究員 (30746334)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワード圧力溶解クリープ / 摩擦ヒーリング / 粒界 / 断層強度 / 分子動力学計算 / 圧力溶解変形 / 拡散 / 摩擦ヒーリング効果 / 圧力溶解 / 粒間水
研究実績の概要

断層強度が時間の経過とともに増加する摩擦ヒーリング効果は、地震サイクルにおける断層強度の回復に重要な役割を果たすと考えられる。摩擦ヒーリング効果の起源は、断層面の真実接触面積が増加するためと解釈されることが多い。上部地殻を構成する鉱物の一つである石英は、高温・含水下で摩擦ヒーリング効果が大きくなるが、これは圧力溶解クリープが活性となり、接触面積の増加が加速されたためと解釈されている。この解釈を定量的に検証するためには、圧力溶解クリープによる真実接触面積の増加速度を定量的に見積もる必要がある。そこで平成30年度は、圧力溶解クリープによる接触面積の増加によって、摩擦ヒーリング効果を定量的に説明できるかを詳細に検証した。
ある時間静止した際の摩擦強度の回復量Δτ (MPa)が、増加した真実接触面積ΔAr (m2)に比例すると仮定すると、ΔτはΔτ = (ΔA/A0)×Cによって表される。ここでA0は真実接触面積の初期値、Cは凝着力をそれぞれ表す。ΔAは、圧力溶解クリープの速度則を使い、石英粒子どうしの接触面積が圧力溶解クリープによってどのように時間変化するかを計算することで決定した。速度則を適用する際には、石英粒界水中の拡散係数が必要となるが、本研究では平成29年度に分子動力学(MD)計算から見積もった値を用いた。計算された摩擦強度の回復量は、C = 1-27 MPaを使うことで、幅広い温度範囲(100-927℃)における断層強度回復挙動を概ね再現できることが分かった。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 2件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 8件)

  • [雑誌論文] Structure of calcite–aqueous NaCl solution interfaces from ambient to elevated temperatures2018

    • 著者名/発表者名
      H. Sakuma, H.O. Sorensen, J. Kawano, N. Bovet, K. Fukushi, N. Nishiyama, H. Nakao
    • 雑誌名

      Journal of Mineralogical and Petrological Sciences

      巻: 113 号: 5 ページ: 232-244

    • DOI

      10.2465/jmps.180329

    • NAID

      130007506129

    • ISSN
      1345-6296, 1349-3825
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] An Explanation of Episodic Tremor and Slow Slip Constrained by Crack-Seal Veins and Viscous Shear in Subduction Melange2018

    • 著者名/発表者名
      K. Ujiie, H. Saishu, A. Fegereng, N. Nishiyama, M. Otsubo, H. Masuyama, H. Kagi
    • 雑誌名

      Geophysical Research Letters

      巻: 45 号: 11 ページ: 5371-5379

    • DOI

      10.1029/2018gl078374

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Permeability of porous media: Role of the critical pore size2017

    • 著者名/発表者名
      Nishiyama, N. and Yokoyama, T.
    • 雑誌名

      Journal of Geophysical Research: Solid Earth

      巻: 122 号: 9 ページ: 6955-6971

    • DOI

      10.1002/2016jb013793

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] THE ROLE OF PRESSURE SOLUTION CREEP ON FRICTIONAL HEALING OF QUARTZ GAUGE2019

    • 著者名/発表者名
      Naoki NISHIYAMA
    • 学会等名
      The Second International Symposium Crustal Dynamics
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 四万十付加体槇峰メランジュからのマントル起源流体の検出:ヘリウム同位体によるアプローチ2018

    • 著者名/発表者名
      西山直毅, 氏家恒太郎, 角野浩史
    • 学会等名
      日本地質学会第124年学術大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Mantle-derived fluid migration along subduction plate boundary: Constraints from helium isotope analysis of shear veins in the subduction melange2018

    • 著者名/発表者名
      Naoki Nishiyama, Kohtaro Ujiie, Hirochika Sumino
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2018年大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Migration of mantle-derived fluid along plate boundary and its relation to episodic tremor and slip2018

    • 著者名/発表者名
      Naoki Nishiyama, Hirochika Sumino, Kohtaro Ujiie
    • 学会等名
      International Joint Workshop on Slow Earthquakes 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Detection of mantle-derived fluid from the Makimine melange in the Shimanto accretionary complex: Evidence from helium isotope analysis on mineral veins2018

    • 著者名/発表者名
      Naoki Nishiyama, Kohtaro Ujiie, Hirochika Sumino
    • 学会等名
      AGU Fall Meeting 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Water-expulsion Porosimetry: A Tool for Measuring Size Distribution of Transport Pores and Predicting Permeability2018

    • 著者名/発表者名
      Naoki Nishiyama, Tadashi Yokoyama
    • 学会等名
      Fifteenth international conference on flow dynamics
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 石英粒界水中の溶存イオン拡散特性の評価とその摩擦ヒーリング効果予測への応用2017

    • 著者名/発表者名
      西山直毅・佐久間博
    • 学会等名
      JpGU-AGU Joint Meeting 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 沈み込み帯で形成された石英脈にみられる希ガス組成の特徴:九州四万十付加体槙峰メランジュの例2017

    • 著者名/発表者名
      西山直毅・氏家恒太郎・角野浩史
    • 学会等名
      2017年度同位体比部会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Reactive transport modeling and experiments on dissolution of unsaturated rocks: role of water film and effect of surface roughness2017

    • 著者名/発表者名
      Yokoyama T. and Nishiyama N.
    • 学会等名
      Goldschmidt conference 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fluid-rock interaction in subducted melange;langes at depths of deep slow earthquakes: 1. Structural observations2017

    • 著者名/発表者名
      Nishiyama N., Noro K., Mori Y., and Ujiie K.
    • 学会等名
      Joint Workshop on Slow Earthquakes 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fluid-rock interaction in subducted melange;langes at depths of deep slow earthquakes: 2. Geochemical analysis2017

    • 著者名/発表者名
      Noro K., Nishiyama N., Mori Y., and Ujiie K.
    • 学会等名
      Joint Workshop on Slow Earthquakes 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fluid-rock interaction in subducted melange;lange and implications for fluid flow along the subduction plate boundary2017

    • 著者名/発表者名
      Nishiyama N., Noro K., Mori Y., and Ujiie K.
    • 学会等名
      AGU Fall Meeting
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2019-12-27  

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