剪断帯のフラクタル電磁気的特性と地殻応力に関する研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14540419
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 長濱 裕幸 東北大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (60237550)
• キーワード: 剪断帯 / フラクタル / 電磁気 / 地殻応力 / 変形岩 / 岩石誘電率 / 地震前兆 / 断層パラメータ

研究概要

平成15年度の研究実績の概要は以下の通りです。
1.剪断帯のフラクタル電磁気的特性の解析:現有の岩石誘電率測定器(文部省平成10・11年度科研費を用いて既に購入済み)を用いて剪断変形岩のフラクタル電磁気的特性(岩石誘電率)やTLやカソードルミネッセンスの測定を行った。平成14年度研究実績と連動して測定されたフラクタル電磁気的特性値と各種断層パラメータ(歪み・移動量・剪断帯の幅)間の相関を求めた。
2.岩石変形実験のデータとの比較解析と剪断変形岩に関する地質応力・歪計の提出:物質の変形特性を扱うゲージ理論・微分幾何学の知識を用いて、剪断変形岩に関する天然のフラクタル電磁気的特性データと実験データを整理・解析した。この際、本年度科学研究費で購入のコンピュータとソフトを用いてデータを解析し、剪断変形岩に関する変形の非線形構成則(岩石変形特性の時間的変化)を決定し、剪断変形岩に関する地質応力・歪計・温度換算則・力学的遷移挙動をも含む構成則を確立した。また、求められたフラクタル電磁気特性と岩石変形特性構成則との関係を確立した。
3.地殻の応力レベルの見積もりと現実的な剪断帯モデルの提出:剪断変形岩(深部剪断変形岩を含む)のフラクタル電磁気特性から剪断帯の形成条件や形成場(地殻の強度・不均一度・断層の成熟度・深さに伴う剪断帯の広がりなど)について言及し、平成15年度研究計画2で得られた地質応力・歪計を用いて剪断帯における地殻の応力(強度)・歪レベルの算出をおこなった。また、平成14年度研究実績の結果をふまえて現実的な剪断帯モデルを提出した。さらに、平成15年度研究計画1の結果から剪断変形岩のフラクタル電磁気的特性値と岩石変形実験によるデータを用いて、地殻の応力問題や地殻応力場内で形成される剪断帯の三次元的電磁気的構造と地震前兆電磁放射経路を解明した。これらの研究成果をすべて国際会議や国際誌等で公表した。

研究成果

• [文献書誌] M.Takahashi: "Fractal properties of dynamic recrystallized grain boundaries"Materials Science Forum. 426-432. 3563-3568 (2003)
• [文献書誌] M.Takahashi: "Fractal dimensions of recrystallized quartz grain boundaries and grain fabrics"The Arabian Journal for Science and Engineering. 28(1C). 213-221 (2003)
• [文献書誌] K.Nanjo: "Fractal structures of spatial distributions of aftershocks and active faults"Geophysical Research Abstract. 5. 01693 (2003)
• [文献書誌] J.Muto: "Fabric transitions of quartz C-axis induced by hydrogen defects"Geophysical Research Abstract. 5. 08040 (2003)
• [文献書誌] Y.Kawada: "A high-temperature viscoelastic constitutive law for rocks with transient behavior"Geophysical Research Abstract. 5. 08126 (2003)
• [文献書誌] J.Muto: "Dielectric anisotropy and deformation of crustal rocks : physical interaction theory and dielectric mylonites"Physics of the Earth and Planetary Interiors. 141(1). 27-35 (2004)
• [文献書誌] K.Nanjo: "Fractal properties of spatial distributions of aftershocks and active faults"Chaos, Solitons and Fractals. 19. 387-397 (2004)
• [文献書誌] A.Takeuchi: "Surface electrification of rocks and charge trapping centers"Physics and Chemistry of the Earth. (印刷中).
• [文献書誌] K.Nanjo: "Discussions on Fractals, aftershocks and active faults : Diffusion and seismo-electromagnetism"The Arabian Journal for Science and Engineering. (印刷中).
• [文献書誌] Y.Kawada: "Viscoelastic behaviour and temporal fractal properties for lherzolite and marble : a possibility of extrapolating experimental data to geological long time scale phenomena"Terra Nova. (印刷中).
• [文献書誌] K.Nanjo: "Earthquake Source asymmetry, Structural Media and Rotation Effects"Symmetropy, earthquakes and self-organized criticality : Discussions on seismic source models, asymmetry and complexity(受理).
• [文献書誌] J.Muto: "Earthquake Source asymmetry, Structural Media and Rotation Effects"Micromorhic Continuum with Defects and Taylor-Bishop-Hill Theory for Polycrystals : Anisotropic Propagation of Seismic Waves and Golebiewska Gauge(受理).
• [文献書誌] J.Muto: "Special Volume, Geological Society of London, High Strain Zone"Hydrogen distributions in dynamically recrystallized quartz grains : Cathodoluminecence and Micro-infraed spectroscopic mappings(受理).