巨大地震断層の力学的・水理学的特性の解明

2013 年度 研究成果報告書

• 研究領域: 超深度掘削が拓く海溝型巨大地震の新しい描像
• 研究課題/領域番号: 21107004
• 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: 千葉大学
• 研究代表者: 金川 久一 千葉大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (40185898)
• 研究分担者: 堤 昭人 京都大学, 大学院理学研究科, 助教 (90324607) ; 高橋 美紀 産業技術総合研究所活断層・地震研究センター, 主任研究員 (40470033) ; 廣瀬 丈洋 海洋研究開発機構高知コア研究所, 主任研究員 (40470124)
• 連携研究者: 嶋本 利彦 海洋研究開発機構高知コア研究所, 招聴上席研究員 (20112170) ; 谷川 亘 海洋研究開発機構高知コア研究所, 主任研究員 (70435840) ; 北島 弘子 産業技術総合研究所活断層・地震研究センター, 研究員 (60635796)
• 研究期間 (年度): 2009-07-23 – 2014-03-31
• キーワード: 南海トラフ付加体 / 日本海溝プレート境界断層 / ココスプレート表層堆積物 / 掘削試料 / 摩擦実験 / 破壊実験 / 透水実験

研究概要

南海トラフ付加体浅部、日本海溝プレート境界断層浅部、およびコスタリカ沖ココスプレート表層部の掘削試料について変形・透水実験を行った結果、力学・水理特性が粘土鉱物含有量によって系統的に変化することが明らかとなった。すなわち、粘土鉱物含有量の増加に伴い摩擦強度が低下し、摩擦に対する流動の影響が大きくなる。また、粘土鉱物に富む堆積物は難透水性でゆっくりと破壊する性質がある。
日本海溝プレート境界断層浅部は、粘土鉱物に富み摩擦強度が著しく小さいため地震性すべりが伝播しやすく、また難透水性で地震性すべりによって熱加圧が起こって強度がさらに低下したため、東北地方太平洋沖地震時に大きく変位したと考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] and Expedition 343 and 343T Scientists (2013) Low coseismic shear stress on the Tohoku-Oki megathrust determined from laboratory experiments (2013)
  • 著者名/発表者名: Ujiie, K., Tanaka, H., Saito, T., Tsutsumi, A., Mori, J. J., Kameda, J., Brodsky, E. E., Chester, F. M., Eguchi, N., Toczko, S
  • 雑誌名: Science 巻: 342 ページ: 1211-1214
  • DOI: 10.1126/science.1243485.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fluid transport properties in sediments and their role in large slip near the surface of the plate boundary fault in the Japan Trench (2013)
  • 著者名/発表者名: Tanikawa, W., Hirose, T., Mukoyoshi, H., Tadai, O. and Lin, W
  • 雑誌名: Earth and Planetary Science Letters 巻: 382 ページ: 150-160
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2013.08.052.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Contrasting hydrological and mechanical properties of clayey and silty muds cored from the shallow Nankai Trough accretionary prism (2013)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, M., Azuma, S., Uehara, S., Kanagawa, K. and Inoue, A
  • 雑誌名: Tectonophysics 巻: 600 ページ: 63-74
  • DOI: 10.1016/j.tecto.2013.01.008.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Elevated pore pressure and anomalously low stress in regions of low frequency earthquakes along the Nankai Trough subduction megathrust (2012)
  • 著者名/発表者名: Kitajima, H. and Saffer, D. M
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 39 ページ: L23301
  • DOI: 10.1029/2012GL053793.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanical and hydraulic properties of Nankai accretionary prism sediments: Effect of stress path (2012)
  • 著者名/発表者名: Kitajima, H., Chester, F. M. and Biscontin, G
  • 雑誌名: Geochemistry, Geophysics, Geosystems 巻: 13 ページ: Q0AD27
  • DOI: 10.1029/2012GC004124.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Velocity dependence of shear-induced permeability associated with frictional behavior in fault zones of the Nankai subduction zone (2012)
  • 著者名/発表者名: Tanikawa, W., Mukoyoshi, H., Tadai, O., Hirose, T., Tsutsumi, A. and Lin, W
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 巻: 117 ページ: B05405
  • DOI: 10.1029/2011JB008956.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Friction velocity dependence of clay-rich fault material along a megasplay fault in the Nankai subduction zone at intermediate to high velocities (2011)
  • 著者名/発表者名: Tsutsumi, A., Fabbri, O., Karpoff, A. M., Ujiie, K. and Tsujimoto, A
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 38 ページ: L19301
  • DOI: 10.1029/2011GL049314.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stuck in the mud? Earthquake nucleation and propagation through accretionary forearcs (2011)
  • 著者名/発表者名: Faulkner, D. R., Mitchell, T. M., Behnsen, J., Hirose, T. and Shimamoto, T
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 38 ページ: L18303
  • DOI: 10.1029/2011GL048552.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fault lubrication during earthquakes (2011)
  • 著者名/発表者名: Di Toro, G., Han, R., Hirose, T., De Paola, N., Nielsen, S., Mizoguchi, K., Ferri, F., Cocco, M. and Shimamoto, T
  • 雑誌名: Nature 巻: 471 ページ: 494-498
  • DOI: 10.1038/nature09838.
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-velocity frictional properties of clay-rich fault gouge in a megasplay fault zone, Nankai subduction zone (2010)
  • 著者名/発表者名: Ujiie, K. and Tsutsumi, A
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 37 ページ: L24310
  • DOI: 10.1029/2010GL046002.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of fault slip rate on shear-induced permeability (2010)
  • 著者名/発表者名: Tanikawa, W., Sakaguchi, M., Tadai, O. and Hirose, T
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 巻: 115 ページ: B07412
  • DOI: 10.1029/2009JB007013.
  • 査読あり
• [学会発表] 日本海溝プレート境界断層の鉱物学的特徴と発達過程 (2014)
  • 著者名/発表者名: 亀田純・清水麻由子・氏家恒太郎・廣瀬 丈洋・イカリマット・レミッティフランチェスカ・モリジム・チェスターフレッド・木村 学
  • 学会等名: β本勉球1盛望科学蓮台2014年大会, SSS32-13
  • 発表場所: パシフィコ横浜会議センター
  • 年月日: 2014-05-01
  • 招待講演
• [学会発表] プレート境界断層掘削と高速摩擦実験により明らかとなった2011年東北沖地震浅部巨大滑りメカニズム (2014)
  • 著者名/発表者名: 氏家恒太郎・田中英恵・斎藤 翼・堤 昭人・Mori James・亀田 純
  • 学会等名: β本増球惑星科学蓮台2014年大会, SSS30-06
  • 発表場所: パシフィコ横浜会議センター
  • 年月日: 2014-04-28
  • 招待講演
• [学会発表] 日本海溝緊急掘削(JFAST)で明らかになった震源域プレート境界断層の特徴と高速摩擦特性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 氏家恒太郎・田中英恵・斎藤 翼・堤 昭人・James Mori・亀田純
  • 学会等名: β本勉震学会2013年度醐大会, C21-02
  • 発表場所: 神奈川県民ホール
  • 年月日: 2013-10-08
  • 招待講演
• [学会発表] Stress states and physical properties along the Nankai Trough plate boundary (2013)
  • 著者名/発表者名: 北島弘子・Demian Saffer
  • 学会等名: β本地球惑星科学連台2013年大会, SCG66-05
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場
  • 年月日: 2013-05-24
  • 招待講演
• [学会発表] 日本海溝プレート境界断層の鉱物学的特徴 (2013)
  • 著者名/発表者名: 亀田 純・氏家恒太郎・廣瀬丈洋・Matt Ikari・Francesca Remitti・清水麻由子・濱田洋平・木村学・Frederick Chester・ジェームズモリ・江口暢久・Sean Toczko・EXP 343 Scientists
  • 学会等名: β本地球惑星科学蓮台2013年大会, SCG63-04
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場
  • 年月日: 2013-05-22
  • 招待講演
• [学会発表] Mechanism of 2011Tohoku-oki earthquake in view of fault mechanics (2013)
  • 著者名/発表者名: 嶋本利彦・芝崎文一郎・野田博之
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2013年大会, SSS01-07
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場
  • 年月日: 2013-05-19
  • 招待講演
• [学会発表] 面毎トラフ沈み込み帯での応力状態と変形機構 (2012)
  • 著者名/発表者名: 北島弘子・Demian Saffer
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2012年大会, SSS29-08
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場
  • 年月日: 2012-05-21
  • 招待講演
• [学会発表] Hydrological and mechanical properties of mud samples from the shallow Nankai Trough accretionary prism (2012)
  • 著者名/発表者名: Kanagawa K., Tsutsumi A., Takahashi M.,Hirose T. and Tanikawa W
  • 学会等名: Internation Conference on a New Perspective of Great Earthquakes along Subduction Zones
  • 発表場所: 高知市文化プラザかるぽーと
  • 年月日: 2012-05-21
  • 招待講演
• [学会発表] Experimental and microstructural investigations of frictional heating and fluidization in clay-rich fault gouge (2011)
  • 著者名/発表者名: Ujiie, K, Nakakoji, T. and Tsutsumi A
  • 学会等名: American Geophysical Union 2011 Fall Meeting, T32C-05
  • 発表場所: Moscone Center, San Francisco
  • 年月日: 2011-12-07
  • 招待講演
• [学会発表] Subduction-zone rheology:current status and future tasks (2011)
  • 著者名/発表者名: 嶋本利彦
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2011年大会, U002-09
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場
  • 年月日: 2011-05-25
  • 招待講演
• [学会発表] 断層ガウジにおけるthermal pressurizationに関する実験的研究と特徴的微細構造 (2010)
  • 著者名/発表者名: 氏家恒太郎・堤 昭人
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2010年大会, SSS020-18
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場
  • 年月日: 2010-05-26
  • 招待講演
• [学会発表] Influence of fault slip rate on shear-induced permeability (2010)
  • 著者名/発表者名: Tanikawa W., Hirose T., Sakaguchi, M. and Tadai, O
  • 学会等名: European Geoseiences Union General Assembly 2010, EGU2010-4135
  • 発表場所: Austria Center, Vienna
  • 年月日: 2010-05-06
  • 招待講演
• [学会発表] 断層の力学と地震の発生機構:研究の現状と展望 (2009)
  • 著者名/発表者名: 嶋本利彦
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2009年大会, 1130-012
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場
  • 年月日: 2009-05-18
  • 招待講演
• [学会発表] Fluid lubrication of faults during earthquakes: Evidence from high velocity experiments on fluid-saturated gouge (2009)
  • 著者名/発表者名: 廣瀬丈洋・谷川 亘・坂口真澄・多田井 修
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2009年大会, J169-008
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場
  • 年月日: 2009-05-17
  • 招待講演
• [図書] 日本の地質構造100選 (2012)
  • 著者名/発表者名: 日本地質学会構造地質部会編 (金川久一・廣瀬丈洋分担執筆)
  • 総ページ数: 171
  • 出版者: 朝倉書店
• [図書] 現代地球科学入門第10巻『地球のテクトニクス11構造地質学』 (2011)
  • 著者名/発表者名: 金川久一
  • 総ページ数: 253
  • 出版者: 共立出版
• [備考]
  • URL: http://www-solid.eps.s.u-tokyo.ac.jp/nantro~/index.html