| 研究課題/領域番号 |
19K04041
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| 研究機関 | 神戸大学 |
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研究代表者 |
福田 惇一 神戸大学, 内海域環境教育研究センター, 理学研究科研究員 (10726764)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 脆性塑性遷移 / 石英 / 細粒化 / すべり系 / 応力 / 歪速度 |
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| 研究実績の概要 |
脆性塑性遷移条件下で変形した愛知県足助剪断帯の花崗岩質変形岩について、主要構成鉱物である石英の割れと細粒化機構に注目した。今回の主な成果として、細粒石英粒子の組織観察と各種分析により、応力値と歪速度を決定した。以下に詳細について報告する。
偏光顕微鏡観察により、最大数mmからなる石英は破砕していることが確認できる。その割れ目はしばしば共役であり、マイクロ剪断が見られる場合もある。このような割れ目には数umの細粒石英粒子が生成している。細粒粒子が発達する領域は、幅数十um（すなわち数粒子）から数百umまで幅広く変化する。後方電子散乱回折法(EBSD)面分析により、割れ目に発達する細粒石英粒子のc軸方位を測定した。その結果、割れ目によって、石英のすべり系である底面aすべりと柱面aすべりに対応するc軸方位が別々に認められた。共役な割れ目でも一方は前者のすべり系を、もう一方は後者のすべり系を示した。
上記のように、細粒石英粒子が二つのすべり系を示すことついて、両すべり系に対する流動則を用いて、それぞれの応力と歪速度の関係を計算した。その結果、両すべり系への変化は、応力270 MPa, 歪速度 10-12.7/秒で起こるという計算結果を得た。これよりも低応力かつ低歪速度では底面aすべりが起き、高応力かつ高歪速度では柱面aすべりが起きる。さらに、石英の動的再結晶粒径古応力計から、先の計算された応力270 MPaは、粒径数 umと対応付けられる。この粒径はまさに実際の試料で観察された粒径と調和的であった。以上のことから、応力や歪速度のわずかなバリエーションによって、割れ目に生成した細粒石英粒子が異なるすべり系で変形したことが示唆される。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
前年度までは偏光顕微鏡観察やEBSD分析によって、割れ目に生成した細粒石英粒子の形態的特徴や、底面aすべりと柱面aすべりを示すc軸結晶学的方位を測定した。今回はこれらの結果を踏まえて、それぞれの流動則を適用することによって、地球内部での変形にとって重要なパラメータである応力と歪速度の値を得た。
さらに、報告者がこれまで行ってきた数umからなる細粒長石の変形実験について、応力と歪速度への水の影響を評価した。試料へ添加する水を0.1-0.5 wt%と変化させることによって、一定の歪速度条件下で系統的な応力低下が認められた。特に今回は、変形前後の試料の粒径を測定した。当初は主に温度を主パラメータとして実験条件である900℃において、変形実験中に粒成長が起こることが予測された。しかし、この予想に反して、実験前後で粒径に変化はなかった。つまり、粒成長速度が遅いことが示唆された。これらの一連の変形実験結果および組織観察、分析結果を、Fukuda et al. (2022 JSG)として報告した。
以上のように、当初の計画の通り成果が得られており、研究はおおむね順調に進んでいる。
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| 今後の研究の推進方策 |
足助剪断帯の花崗岩質変形岩に含まれる石英の割れと細粒化機構について、変形パラメータとして応力値と歪速度が決定でき、一連の情報を得ることができた。今後は学術論文としての公表を目指す。その際に、報告者の主張を強化するために、若干の追加分析や組織観察を行う。具体的には、追加のEBSD分析により、細粒石英粒子について、場所によって変化する底面aすべりと柱面aすべりが、試料全体において、それぞれどの程度含まれるのか評価する。そしてそのときの粒子の形態的特徴や粒径に変化があるのか評価する。
また、報告者は新たな天然地域として、阿武隈山地北東部や三重県月出地域から、それぞれ塑性変形条件下および脆性塑性遷移条件下で変形した花崗岩を採取した。今後はこれらの試料に含まれる主要構成鉱物である石英や長石について、足助剪断帯の試料に対して行ったように、偏光顕微鏡や電子顕微鏡を用いた組織観察を行う。また、EBSD分析を用いて石英のすべり系を決定し、最適な流動則を適用することによって、変形にとって重要なパラメータである応力や歪速度の情報を得る。赤外分光法を用いた水の分析について、水は塑性変形を促進する重要な物質であるが、実際の岩石にどれくらい水がどのような状態で含まれているのかは不明な点が多い。そこで、上記の試料について、赤外分光法を用いて、石英や長石中に含まれる水の種類や量を分析する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
足助剪断帯の花崗岩質変形岩に関する研究に関して、令和4年度では令和3年度までに行う予定であった各種分析、学会発表、学術論文の公表などに関わる経費を使用計画とする。また、阿武隈山地北東部や三重県月出地域から採取した試料についても令和4年度に研究を進展させる必要があり、使用計画も先と同様である。
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