| 研究課題/領域番号 |
26610169
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
岡本 敦 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (40422092)
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| 研究分担者 |
清水 浩之 東北大学, 流体科学研究所, 助教 (60610178)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 離散要素法 / 脱水反応 / 加水反応 / 流体流動 / 拡散 / 破壊 / フラクチャーパターン / フィードバック |
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| 研究実績の概要 |
本年度は、加水膨張反応と脱水収縮反応のそれぞれについて、反応ー流体流動ー破壊の離散要素法（DEM）モデルを発展させ，蛇紋岩化作用におけるメッシュ組織と累進変成作用における水圧破砕についての検討した．また、開発したモデルによる昨年度の結果は、国際誌Earth and Planetary Science Lettersにすでに掲載された。
＜蛇紋岩化作用のメッシュ組織＞蛇紋岩化反応は加水して、固体体積が膨張する典型的な反応であり、階層的に割れながら反応するメッシュ組織が発達する。この組織の形成条件を明らかにするために、以下の２つの点でモデルを発展させた。１つ目は、今までのモデルは亀裂の流体流動に加えて、割れていない隙間を流れるマトリックス流動も導入し、拡散的な効果を表現した。２つ目は、シミュレーションにおける流体流動、破壊、反応のタイムスケールの違いを評価するために、亀裂とマトリックス流動とそれぞれについて、反応速度に対する流体流動速度の相対的な大きさを無次元数として導入した。この２つの無次元数が、亀裂パターンと時間発展が系統的に変化させることを見出した。また、メッシュ組織の発達条件として、反応と比べて、亀裂流動が非常に大きく、マトリックス流動が非常に小さいことが重要であることを明らかにした。
＜変成岩の水圧破砕＞三波川変成帯のメタチャートには、ざくろ石が多くの石英粒子を包有物として含み、骨格だけ残すという特徴的な組織が観察される。一方で、典型的な泥質片岩には自形のざくろ石が、微小なジルコンやなどを含むのみである。熱力学的、またDEMを用いた検討を行った結果、どちらも脱水反応であるが、通常の泥質片岩では、流体圧は上がらず、メタチャート中のような特殊な反応では流体圧が上昇し、粒界に沿って水圧破砕することが明らかとなり、これがざくろ石の組織の違いとなって現れることを明らかにした。
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