高速域における断層強度の変位速度依存性および温度依存性の物質科学的解明

2012 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23340151
• 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)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 高温高速摩擦実験 / 断層強度 / 変位速度依存性 / 温度依存性

研究概要

１）自動めのう乳鉢で10分間、12時間および60時間粉砕したドレライトガウジ試料（非晶質物質をそれぞれ0, 24, 42 wt%含有）を、　　産業技術総合研究所活断層・地震研究センターの回転剪断試験機を使用して室温、垂直応力2 MPaの下で、変位速度20 μm/s~1.3 　　m/sの範囲で摩擦実験を行った。変位速度4 cm/s以下では粉砕時間によらず変位速度によって摩擦係数は大きく変化しない（0.54　　~0.69）が、変位速度4 cm/s以上になると変位速度の増加に伴って急激に摩擦強度が低下した（変位速度1.3 m/sでは摩擦係数0.2　　程度）。また、変位速度1.3 cm/s以下の同一変位速度では粉砕時間12時間および60時間の試料が粉砕時間10分間の試料より摩擦係　　数が大きいのに対し、変位速度13 cm/s以上の同一変位速度では逆になる傾向が認められた。
２）以上のような粉砕時間の違いによるドレライトガウジの摩擦特性の違いは、非晶質物質に吸着した水分により統一的に説明できる　　可能性がある。非晶質物質は空気中の水分の吸着と帯電により破砕粒子周囲に豆石状に付着する傾向があり、粉砕時間が長い試料　　ほど非晶質物質を多く含むことから水分を多く吸着すると想定される。ガウジが水分を吸着すると摩擦強度が増大することが知ら　　れており、すべり面の温度が100℃以下の場合には、非晶質物質含有量が多い粉砕時間が長い試料ほど吸着水分が多く摩擦強度が　　大きくなり、摩擦発熱によりすべり面の温度が100℃以上になると非晶質物質に吸着した水分が失われるため、粉砕時間が長い試　　料ほど摩擦強度が大きく低下すると考えられる。従って、変位速度が4 cm/sに達した際にすべり面の温度が100℃以上になった可　　能性が大きい。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

昨年度点検・調整を行った千葉大学の高温高速摩擦試験機を使用して、今年度はドレライト試料の摩擦強度の変位速度依存性と温度依存性を調べる実験を開始する予定であったが、温度調節器に不調が見つかりその修理に時間がかかってしまい、予備実験しか行うことができなかった。

今後の研究の推進方策

ようやく千葉大学の高温高速摩擦試験機の稼働の目途がついたので、今年度はそれを使用してドレライト試料の摩擦強度の変位速度依存性と温度依存性を調べる実験を行い、実験試料の解析に基づいてそれらの物質科学的要因の解明を行う。さらに実験から得られた断層強度の変位速度依存性と温度依存性を組み込んだ、断層の力学モデル構築を目指す。

研究成果

• [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] Coseismic dehydration of serpentinite: Evidence from high-velocity friction experiments (2013)
  • 著者名/発表者名: Lin, A., Takano, S., Hirono, T. and Kanagawa, K.
  • 雑誌名: Chemical Geology 巻: 344 ページ: 50-62
  • DOI: 10.1016/j.chemgeo.2013.02.013
  • 査読あり
• [雑誌論文] NanTroSEIZE Stage 3: NanTroSEIZE plate boundary deep riser 2 (2013)
  • 著者名/発表者名: Moore, G., Kanagawa, K., Strasser, M., Dugan, B., Maeda, L., Toczko, S. and the Expedition 338 Scientists
  • 雑誌名: IODP Preliminary Report 巻: 338 ページ: 1-81
  • DOI: 10.2204/iodp.pr.338.2013
• [雑誌論文] Evidence for mechanical decoupling of the upper plate at the Nankai subduction zone: Constraints from core-scale faults at NantroSEIZE Sites C0001 and C0002 (2013)
  • 著者名/発表者名: Lewis, J. C., Byrne, T. B. and Kanagawa, K.
  • 雑誌名: Geochemistry, Geophysics, Geosystems 巻: 14 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1029/2012GC004406
  • 査読あり
• [雑誌論文] Clay fabric of fluid-mud deposits from laboratory and field observations: Potential application to the stratigraphic record (2013)
  • 著者名/発表者名: Nishida, N., Ito, M., Inoue, A. and Takizawa, S.
  • 雑誌名: Marine Geology 巻: 未定 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1016/j.margeo.2012.12.006
  • 査読あり
• [雑誌論文] NanTroSEIZE Stage 3: NanTroSEIZE plate boundary deep riser 2 (2012)
  • 著者名/発表者名: Dugan, B., Kanagawa, K., Moore, G., Strasser, M., Eguchi, N., Toczko, S. and Maeda, L.
  • 雑誌名: IODP Scientific Prospectus 巻: 338 ページ: 1-36
  • DOI: 10.2204/iodp.sp.338.2012
• [雑誌論文] The occurrence of graphite-bearing fault rocks in the Atotsugawa fault system, Japan: their origins and implications for fault creep (2012)
  • 著者名/発表者名: Oohashi, K., Hirose, T., Kobayashi, K. and Shimamoto, T.
  • 雑誌名: Journal of Structural Geology 巻: 38 ページ: 39-50
  • DOI: 10.1016/j.jsg.2011.10.011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Wear processes in rocks at slow to high slip rates (2012)
  • 著者名/発表者名: Hirose, T., Mizoguchi, K. and Shimamoto, T.
  • 雑誌名: Journal of Structural Geology 巻: 38 ページ: 102-116
  • DOI: 10.1016/j.jsg.2011.12.007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental generation of volcanic pseudotachylites: Constraining rheology (2012)
  • 著者名/発表者名: Lavallee, Y., Mitchell, T. M., Heap, J. M., Vasseur, J., Hess, K., Hirose, T. and Dingwell, B. D.
  • 雑誌名: Journal of Structural Geology 巻: 38 ページ: 222-233
  • DOI: 10.1016/j.jsg.2012.02.001
  • 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, 1-16
  • DOI: 10.1029/2011JB008956
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coal maturation by frictional heat during rapid fault slip (2012)
  • 著者名/発表者名: Kitamura, M., Mukoyoshi, H., Fulton, P. M. and Hirose, T.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 39 ページ: L16302, 1-5
  • DOI: 10.1029/2012GL052316
  • 査読あり
• [雑誌論文] On the role of phyllosilicates on fault lubrication: Insight from micro- and nanostructural investigations on talc friction experiments (2012)
  • 著者名/発表者名: Boutareaud, S., Hirose, T., Andreani, M., M. Pec, Calugaru, D.-G., Boullier, A.-M. and Doan, M.-L.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 巻: 117 ページ: B08408, 1-21
  • DOI: 10.1029/2011JB009006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural evolution of an inner accretionary wedge and forearc basin initiation, Nankai margin, Japan (2012)
  • 著者名/発表者名: Hayman, N. W., Byrne, T., McNeill, L. C., Kanagawa, K., Kanamatsu, T., Browne, C. M., Schleicher, A. M. and Huftile, G.
  • 雑誌名: Earth and Planetary Science Letters 巻: 353/354 ページ: 163-172
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2012.07.040
  • 査読あり
• [雑誌論文] Halloysite-to-kaolinite transformation by dissolution and recrystallization during weathering of crystalline rocks (2012)
  • 著者名/発表者名: Inoue, A., Utada, M. and Hatta, T.
  • 雑誌名: Clay Minerals 巻: 47 ページ: 373-390
  • DOI: 10.1180/claymin.2012.047.3.08
  • 査読あり
• [雑誌論文] Contrasting seismic reflectivity of the lower crust and uppermost mantle between NE Japan and SW Japan as illustrated by petrophysical analyses of mafic and ultramafic xenoliths (2012)
  • 著者名/発表者名: Yamane, N., Kanagawa, K. and Ito, T.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 巻: 117 ページ: B09203, 1-22
  • DOI: 10.1029/2011JB009008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Environment of mineral-fluid interactions in the Toyoha hydrothermal system, southwestern Hokkaido, Japan (2012)
  • 著者名/発表者名: Inoue, A., Kurokawa, K. and Nitta, M.
  • 雑誌名: Clay Science 巻: 16 ページ: 59-81
  • 査読あり
• [雑誌論文] Japan Trench Fast Drilling Project (JFAST) (2012)
  • 著者名/発表者名: Chester, F. M., Mori, J. J., Toczko, S., Eguchi, N. and the Expedition 343/343T Scientists
  • 雑誌名: IODP Preliminary Report 巻: 343/343T ページ: 1-55
  • DOI: 10.2204/iodp.pr.343343T.2012
• [雑誌論文] Clay clast aggregates in fault gouge: An unequivocal indicator of seismic faulting at shallow depths? (2012)
  • 著者名/発表者名: Han, R. and Hirose, T.
  • 雑誌名: Journal of Structural Geology 巻: 43 ページ: 92-99
  • DOI: 10.1016/j.jsg.2012.07.008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamic process of turbidity generation triggered by the 2011 Tohoku-Oki earthquake (2012)
  • 著者名/発表者名: Noguchi, T., Tanikawa, W., Hirose, T., Lin, W., Kawagucci, S., Yoshida-Takashima, Y., Honda, M., Takai, K., Kitazato, K. and Okamura, K.
  • 雑誌名: Geochemistry, Geophysics, Geosystems 巻: 13 ページ: Q11003, 1-7
  • DOI: 10.1029/2012GC004360
  • 査読あり
• [学会発表] 中速・高速域におけるSAFOD・SDZガウジの摩擦挙動とBET表面積の変化
  • 著者名/発表者名: 澤井みち代・嶋本利彦・廣瀬丈洋・北島弘子・Thomas Mitchell
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場
• [学会発表] 室内実験による水素生成反応と海嶺生態系へのリンケージ
  • 著者名/発表者名: 鈴木勝彦・渋谷岳造・吉崎もと子・正木裕香・廣瀬丈洋
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場
• [学会発表] 難透水性岩石を用いた断層すべり運動に伴う流量変化の考察
  • 著者名/発表者名: 谷川 亘・廣瀬丈洋・向吉秀樹
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場
• [学会発表] 地震性高速すべり挙動に及ぼすオリビン粒径の影響
  • 著者名/発表者名: 木下千裕・廣瀬丈洋
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場
• [学会発表] 断層潤滑物質による“弱い断層”の形成過程
  • 著者名/発表者名: 大橋聖和・廣瀬丈洋
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場
• [学会発表] 南海トラフ付加体中の半遠洋性およびタービダイト性泥岩の水理特性・強度・摩擦特性の違いについて
  • 著者名/発表者名: 高橋美紀・東 修平・上原真一・井上厚行・金川久一
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場
• [学会発表] ビトリナイト反射率を用いた地震性断層すべりに伴う摩擦発熱の検出：高速摩擦実験からのアプローチ
  • 著者名/発表者名: 北村真奈美・向吉秀樹・廣瀬丈洋
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場
• [学会発表] 雰囲気コントロール下での断層摩擦実験による希ガスの脱ガスと挙動
  • 著者名/発表者名: 佐藤佳子・廣瀬丈洋・熊谷英憲・田村 肇・坂口真澄・鈴木勝彦
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場
• [学会発表] 粉砕によるドレライトの非晶質化とその摩擦特性に対する影響
  • 著者名/発表者名: 和田純一・金川久一・中谷正生・望月裕峰・廣瀬丈洋・安東淳一・古川 登・井上厚行
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場
• [学会発表] 南海掘削浅部試料を用いた断層帯の流体移動特性と断層運動への影響
  • 著者名/発表者名: 谷川 亘・廣瀬丈洋・林 為人・堤 昭人・向吉秀樹
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場
• [学会発表] 花崗岩の摩擦実験によるアルゴンの放出と年代の若返りの可能性
  • 著者名/発表者名: 佐藤佳子・廣瀬丈洋・熊谷英憲・田村 肇・坂口真澄・鈴木勝彦
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場
• [学会発表] 南海トラフ断層浅部物質の大変位条件下における摩擦の速度依存性
  • 著者名/発表者名: 堤 昭人・水野有梨・東 修平・金川久一
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場
• [学会発表] 南海トラフ付加体浅部の半遠洋性・タービダイト起源泥質堆積物の力学的・水理学的特性
  • 著者名/発表者名: 東 修平・金川久一・高橋美紀・上原真一・井上 厚行
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場
• [学会発表] ラマン分光法を用いた地質・地震断層温度計開発の試み
  • 著者名/発表者名: 向吉秀樹・北村真奈美・廣瀬丈洋・山本由弦・坂口有人
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場
• [学会発表] 低熱変成地域におけるラマン地質温度計開発
  • 著者名/発表者名: 向吉秀樹・廣瀬丈洋・山本由弦・坂口有人
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場
• [学会発表] 山梨県西部における糸魚川－静岡構造線の断層運動像
  • 著者名/発表者名: 風戸良仁・金川久一
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場
• [学会発表] The current state of rock deformation labs in Asia
  • 著者名/発表者名: Hirose T.
  • 学会等名: Workshop on Advancing Experimental Rock Deformation Research: Scientific and Technical Needs
  • 発表場所: Harvard University, Cambridge, USA
  • 招待講演
• [学会発表] Hydrogen generation during simulated faulting: Implications for an earthquake-driven dark energy biosphere
  • 著者名/発表者名: Hirose T., Kawagucci S. and Suzuki K.
  • 学会等名: Gordon Research Conference on Rock Deformation
  • 発表場所: Proctor Academy, Andover, USA
• [学会発表] Formation and transformation of halloysite during weathering
  • 著者名/発表者名: Inoue, A.
  • 学会等名: The 2nd Asian Clay Conference
  • 発表場所: 梨花女子大学, ソウル, 韓国
  • 招待講演
• [学会発表] 南海トラフ付加体浅部泥質堆積物の摩擦特性
  • 著者名/発表者名: 高橋美紀・東 修平・上原真一・金川久一・井上厚行
  • 学会等名: 日本地質学会第119年学術大会
  • 発表場所: 大阪府立大学
• [学会発表] 地震断層運動に伴う摩擦発熱の検出：ビトリナイト断層温度計の開発をめざして
  • 著者名/発表者名: 北村真奈美・向吉秀樹・廣瀬丈洋
  • 学会等名: 日本地質学会第119年学術大会
  • 発表場所: 大阪府立大学
• [学会発表] スメクタイト－石英混合ガウジを用いた大変位・広速度領域摩擦実験
  • 著者名/発表者名: 大橋聖和・廣瀬丈洋
  • 学会等名: 日本地質学会第119年学術大会
  • 発表場所: 大阪府立大学
• [学会発表] 地震断層水素ガスと地下生命圏のリンケージ
  • 著者名/発表者名: 廣瀬丈洋・川口慎介・鈴木勝彦
  • 学会等名: 日本地質学会第119年学術大会
  • 発表場所: 大阪府立大学
• [学会発表] 東北沖日本海溝に沈み込む遠洋性粘土質堆積物の地震性高速すべり挙動
  • 著者名/発表者名: 澤井みち代・廣瀬丈洋
  • 学会等名: 日本地質学会第119年学術大会
  • 発表場所: 大阪府立大学
• [学会発表] 沈み込み直前の堆積物と玄武岩の高圧下熱伝導率測定
  • 著者名/発表者名: 多田井 修・林 為人・廣瀬丈洋・谷川 亘・松林 修・向吉秀樹
  • 学会等名: 日本地質学会第119年学術大会
  • 発表場所: 大阪府立大学
• [学会発表] ドレライトガウジの非晶質化と摩擦特性に対する影響
  • 著者名/発表者名: 和田純一・野田博之・岡崎啓史・安東淳一・金川久一・井上厚行・廣瀬丈洋・片山郁夫
  • 学会等名: 日本地質学会第119年学術大会
  • 発表場所: 大阪府立大学
• [学会発表] Talc lubrication at high strain rate
  • 著者名/発表者名: Doan, M.-L., Hirose, T., Andreani, M., Boullier, A.-M., Calugaru, D.-G. and Boutareaud, S.
  • 学会等名: American Geophysical Union 2012 Fall Meeting
  • 発表場所: Moscone Center, San Francisco, USA
• [学会発表] Can fault slip affect vitrinite reflectance without heat?
  • 著者名/発表者名: Fulton, P. M., Kitamura, M., Mukoyoshi, H. and Hirose, T.
  • 学会等名: American Geophysical Union 2012 Fall Meeting
  • 発表場所: Moscone Center, San Francisco, USA
• [学会発表] Detection of frictional heat in seismic faults by coal reflectance
  • 著者名/発表者名: Kitamura, M., Mukoyoshi, H., Fulton, P. M. and Hirose, T.
  • 学会等名: American Geophysical Union 2012 Fall Meeting
  • 発表場所: Moscone Center, San Francisco, USA
• [学会発表] High-velocity frictional behavior of incoming pelagic sediments to the Tohoku subduction zone
  • 著者名/発表者名: Sawai, M. and Hirose, T.
  • 学会等名: American Geophysical Union 2012 Fall Meeting
  • 発表場所: Moscone Center, San Francisco, USA
• [学会発表] Frictional processes in volcanic conduits
  • 著者名/発表者名: Lavallee, Y., Kendrick, J. E., Petrakova, L., Mitchell, T. M., Heap, M. J., Hirose, T., Di Toro, G., Hess, K.-U. and Dingwell, D. B.
  • 学会等名: American Geophysical Union 2012 Fall Meeting
  • 発表場所: Moscone Center, San Francisco, USA
• [学会発表] Experimental constraints on hydrogen generation in the hydrothermal and fault systems and their linkage to the eco-system in ridge and subduction systems
  • 著者名/発表者名: Suzuki, K., Shibuya, T., Yoshizaki, M., Masaki, Y., Hirose, T. and Kawagucci, S.
  • 学会等名: American Geophysical Union 2012 Fall Meeting
  • 発表場所: Moscone Center, San Francisco, USA
• [学会発表] What can friction tell us about shallow megathrust slip behavior?
  • 著者名/発表者名: Ikari, M., Kopf, A. and Hirose, T.
  • 学会等名: American Geophysical Union 2012 Fall Meeting
  • 発表場所: Moscone Center, San Francisco, USA
• [学会発表] Frictional behavior of amphibolite at seismic slip rates from high-velocity rotary shear experiments
  • 著者名/発表者名: Jung, S., Ree, J.-H., Hirose, T. and Lee, S.
  • 学会等名: American Geophysical Union 2012 Fall Meeting
  • 発表場所: Moscone Center, San Francisco, USA
• [学会発表] Frictional evolution of schists during seismic slip
  • 著者名/発表者名: Chae S., Ree, J.-H., Hirose, T. and Lee, S.
  • 学会等名: American Geophysical Union 2012 Fall Meeting
  • 発表場所: Moscone Center, San Francisco, USA
• [学会発表] A new method of geobiological sample storage by snap freezing under alternating magnetic field
  • 著者名/発表者名: Morono, Y., Terada, T., Yamamoto, Y., Hirose, T., Xiao, N., Sugeno, M., Ohwada, N. and Inagaki, F.
  • 学会等名: American Geophysical Union 2012 Fall Meeting
  • 発表場所: Moscone Center, San Francisco, USA
• [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
  • 総ページ数: 171
  • 出版者: 朝倉書店