水-岩石相互作用から中・下部地殻の変形場を探る

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14204047
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 大槻 憲四郎 東北大学, 大学院・理学研究科, 教授 (70004497)
• 研究分担者: 清水 以知子 東京大学, 大学院・理学研究科, 助手 (40211966) ; 中村 美千彦 東北大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (70260528) ; 増田 俊明 静岡大学, 理学部, 教授 (30126164) ; 渡辺 了 富山大学, 理学部, 助手 (30262497) ; 星野 健一 広島大学, 大学院・理学研究科, 助手 (80190198)
• キーワード: ガス圧高温高圧変形試験機 / 固体圧高温高圧変形試験機 / 高速・多チャンネル計測系 / 地殻流体 / 状態方程式 / インピーダンスアナライザ

研究概要

(1)ガス圧変形試験機:設置予定の地学棟が平成15年5月から10月に改修工事されたため、11月に延期して試験機を設置した。設置後、試験機のキャリブレーションと試運転を行って当初の性能を確認した。同時にバージョンアップした高速計測システム(8チャンネル、サンプリング周波数5MHz)の正常作動を確認した。
(2)地殻流体の状態方程式実験:高温・高圧下での地殻流体の状態方程式に関する信頼に足る実験データが、世界的にも決定的に不足している。そこで、H2O+NaCl+CO2系の状態方程式(P・V・T)の実験を行う必要があると判断し、ガス圧試験に付属する装置を設計・製作した。この装置はガス圧試験機圧力容器内部にセットするミニピストン・シリンダー系とシリンダーに間隙流体系を利用して加圧したCO2を送り込む系から成り立っている。Pは封圧と等しくなるように設計してあり、Vはピストンの移動を作動トランスでモニターして計測し、Tはリンダー直近に設置する2つの熱伝対で計測し、PVTを連続的に記録するシステムである。世界的にもほとんど行われていない難しい実験であるが、テスト運転をおこないつつある。
(3)岩石-水系の誘電分散:この誘電率は岩石内の間隙水・付着水に決定的に依存するので、窒素雰囲気内で複素インピーダンスを測定する装置を整えた。
(4)固体圧高温高圧試験機:昨年度末に取り付けた圧力計測用の圧力ゲージ(封圧用3機及び軸圧用2機)をLabVIEWによって計測するシステムを確立した。800-900℃・圧力5-10kbでの継続試運転に成功した。また、最高で1000℃・1.5GPaの試験にも成功した。現在,軸圧ピストン制御系の改修を進めている。すでにLabVIEWによるステップモーターの制御回路をほぼ完成させており、3月中に最終テストを開始する予定である.

研究成果

• [文献書誌] Otsuki, K., Monzawa, N., Nagase, T.: "Fluidization and melting of fault gouge during seismic slip : Identification in the Nojima fault zone and implications for focal earthquake mechanisms"Jour.Geophys.Res.. 108. ESE 4-1-ESE 4-18 (2003)
• [文献書誌] Monzawa, N., Otsuki, K.: "Comminution and fluidization of granular fault materials : implications for fault slip behavior"Tectonophysics. 367. 127-143 (2003)
• [文献書誌] Sakuma, H., Tsuchiya, T., Kawamura, K., Otsuki, K.: "Large self-diffusion of water on brucite surface by ab initio potential energy surface and molecular dynamics simulations"Surface Science. 536. L396-L402 (2003)
• [文献書誌] Masuda, T., Kimura, N., Hara, Y.: "Progress in microboudin method for palaeo-stress analysis of metamorphic tectonites : application of matematically refined expression"Tectonophysics. 364. 1-8 (2003)
• [文献書誌] Takei, Y., Shimizu, I.: "The effects of liquid composition, temperature, and pressure on the equilibrium dihedral angles of binary solid-liquid systems inferred from a lattice-like model"Phys.Earth Planet.Inter.. 139. 225-242 (2003)
• [文献書誌] Shimizu, I., J.H., Okudaira, T: "Non-hydrostatic thermodynamics of multiphase and multicomponent systems and its application to incongruent pressure solution and growth"Proceedings of "Deformation Mechanisms, Rheology, Microstuructures", St.Malo, France. 143 (2003)