2001 Fiscal Year Annual Research Report
ESR及びOSLによる断層熱イベント解析法の開発と深部掘削コアへの応用
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13640462
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
福地 龍郎 山口大学, 理学部, 講師 (90212183)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊藤 泰男 東京大学, 原子力研究総合センター, 教授 (40011150)
今井 登 産業技術総合研究所, 地球科学情報研究部門, 地球科学研究グループグループ長(研究職)
鎌田 祥仁 山口大学, 理学部, 助手 (30294622)
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| Keywords | ESR / OSL / 活断層 / 摩擦熱 / 断層ガウジ / シュードタキライト / フェリ磁性 / 強磁性共鳴 |
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| Research Abstract |
今年度は、1995年兵庫県南部地震の時に活動した野島断層沿いで発見されたシュードタキライトのESR(電子スピン共鳴)測定を行い、凝集状態の3価鉄イオンから成るフェリ磁性体(γ-Fe_2O_3)の強磁性共鳴(FMR)信号が断層摩擦熱により生成することを発見した。フェリ磁性体(γ-Fe_2O_3)の生成メカニズムとしては、断層ガウジ中に含まれるγ-FeOOH[γ-Fe_2O_3(H_2O)]が加熱を受け、H_2Oが脱水したことによるものと考えられる。さらに、磁力計によって野島シュードタキライトと加熱した野島断層ガウジの磁化曲線を測定し、初磁化率とFMR信号強度の相関関係について調べて結果、両者には比例関係が成り立つことが明らかとなった。以上の結果を元にして、摩擦発熱の一次元熱伝導方程式とFMR信号強度の加熱による変化式を利用して、地震性断層すべりによる断層ガウジの磁化の変化を計算した結果、野島断層と同じ規模の活断層が活動した場合には、地球磁場の下で断層ガウジが磁化する強さは、瞬間的(1秒間以内)に約10〜20nTと見積もられる。断層ガウジが瞬間的に磁化することにより電磁誘導が発生し、1km^2程度の断層面を想定すると、断層面の回路内には約120mVの誘導電圧が発生することが明らかとなった。
さらに今年度は、京都大学リング式高速剪断摩擦試験機を用いて、野島シュードタキライトの再現を試みた。剪断実験は、軸応力0.61MPa、回転速度500〜1500rpm、変位時間約5〜15sec.の実験条件で行い、実験試料には、野島平林で採取した野島断層ガウジを8〜20μmに篩ったものを使用した。剪断実験の結果、回転速度1500rpm、変位時間約10sec.の最も発熱しやすい条件下で摩擦すべりを起こした場合には、断層の表面が黒色に変色し、野島シュードタキライトと同様の黒色物質が生成することが明らかとなった。またガウジ試料を裏側から観察すると、同心円状に脱水反応の痕跡が見られることも判明した。実験に用いた断層ガウジ試料は60℃で24時間乾燥してあるので、今回確認された脱水反応は、主に断層ガウジを構成する含水鉱物(スメクタイト、カオリナィト、γ-FeOOH等)中の結晶水が剪断摩擦熱により絞り出されたものと考えられる。高速剪断実験後の試料は、円形である断層面の円周を基準(0mm)として、0〜3mm、3〜6mm、6〜9mm及び9〜12.5mmの4つの部分に細分し、細分した各部分のESR測定を行った。その結果、等価変位速度と変位量が最も大きいO〜3mmの部分では、電気炉において500℃で1分間加熱を行った場合と同程度までγ-Fe_2O_3のFMR信号が増大しており、等価変位速度と変位量がゼロである円の中心に向かってFMR信号強度は減少していることが明らかとなった。断層面に沿う黒色物質の生成とγ-Fe_2O_3のFMR信号の増大は、野島断層、500m掘削コアでも確認されており、断層摩擦発熱の重要な指標になることが示された。
以上の結果の一部は、沈み込み帯地震発生帯ワークショップ(2001年6月、海洋科学技術センター)及びアメリカ地球物理学連合(AGU)2001年秋季大会(2001年12月、サンフランシスコ)において発表を行った。
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[Publications] T.Fukuchi, N.Imai: "ESR and ICP analyses of the DPRI 500m drill core samples penetrating through the Nojima fault, Japan."The Island Arc. Vol.10. 465-478 (2001)
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[Publications] 福地龍郎, 溝口一生, 嶋本利彦, 林愛明: "ESR解析による断層摩擦発熱温度の推定-野島断層と高速剪断実験結果を例として-"月刊地球『沈み込み帯地震発生帯の物質科学と深海掘削』. 号外36号. (2002)
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[Publications] T.Fukuchi, T.Nishimura: "Decay characteristics of vacancy-associated ESR centers in quartz by UV-irradiation : A physical basis for absolute dating of planetary sediments"Proceedings of the International Symposium on New Prospects of ESR Dosimetry and Dating. (2002)
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[Publications] T.Fukuchi, H.Mie, S.Okubo, N.Imai: "Assessment of fault activity by ESR dating of fault gouge using surface E' center in quartz produced with clay mineralization : The case of the Atotsugawa Fault in Japan"Proceedings of the International Symposium on New Prospects of ESR Dosimetry and Dating. (2002)
