断層の活動性評価のための高速摩擦試験と鉱物・化学分析の高精度化に関する研究

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K13977
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: 清水 麻由子 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 核燃料・バックエンド研究開発部門 東濃地科学センター, 研究員 (10751191)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 活断層 / 摩擦試験 / EPMA / clay-clast aggregate / CCA

Outline of Annual Research Achievements

本研究は，断層内物質の模擬試料と天然に存在する断層岩，及び断層運動を模擬した高速摩擦試験によって人工的に破壊させた岩石の物理的・化学的性質を，鉱物・化学分析，顕微鏡観察等により解明することで，断層の活動性評価の鍵となるような特徴（鉱物・化学組成の変化や変形組織等）を的確に捉えることを目的とする。
令和元年度は，平成30年度に高速摩擦試験後の試料の一部においてガウジ中に形成が確認されたclay-clast aggregate（CCA）の形成条件について，試料の観察結果をもとに考察した。平成30年度に実施した高速摩擦試験においては，実験系を極力単純にする目的で石英と黒雲母の2種類の鉱物の標準試料を混合したものを断層ガウジの模擬試料として用いている。このガウジに蒸留水やMnなどの標準液を添加する含水条件の試験や非含水条件の試験を行ったが，CCAの形成との明確な相関は見られなかった。また，実験後の試料の切断面においてCCAの分布に規則性が見られないことから，切断面の速度範囲（約0.64～1.00 m/s）において速度はCCAの形成に影響しないと考えられる。一方，軸圧を1 MPaまたは3 MPaに設定したところ，前述の5パターンのうち軸圧3MPaで行った2パターンの実験では，残りの3パターン（1MPaの実験が2パターン，3MPaの実験が1パターン）に比べCCAの形成が顕著であった。このことから，CCAの形成には垂直応力が関与している可能性がある。
本年度はこれらの結果を踏まえ，さらに高速摩擦試験及び試料の分析を実施しCCAの形成条件に制約を与えたいと考えていたが，高速摩擦試験の準備が遅れ年度内に実施することができず，実験条件を検討するに留まった。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

昨年度とは異なる実験条件（軸圧や断層内物質の鉱物組成）のもとで高速摩擦試験を行う予定であったが，機関内の他業務の影響で本研究に当初予定していたエフォートを割くことができず，準備が遅れたことにより年度内に実施できなかった。そのため，CCAの形成条件に制約を与えることができなかった。

Strategy for Future Research Activity

本年度検討した実験条件をもとに高速摩擦試験を実施し，試験後の試料に対する分析を行いCCAの形成条件を明らかにする。また，実際の活断層と非活断層それぞれの断層岩に対して観察や元素マッピング・鉱物組成分析等を行い，高速摩擦試験の結果と比較することにより，活断層を特徴づける元素の挙動や岩石組織の変化を抽出する。そのうえで，実際に露頭から採取した断層内物質を用いて高速摩擦試験を行い，試験後の断層内物質に対して，活断層を特徴づける現象が再現されるかという点に着目し観察や化学分析を行う。同時に，そのような活断層を特徴づける現象が発生するメカニズムを解明する。

Causes of Carryover

当初の計画通りに実験を実施できなかったため，物品費や旅費の使用額が予定額を大幅に下回った。「次年度使用額」は，CCAの形成される条件の考察に必要な実験のための物品費・旅費に充てるほか，実験後の試料および実際の活断層・非活断層の断層岩の観察・分析に用いる消耗品の購入費，研究のとりまとめの際の論文投稿料・別刷料，学会発表の際の参加費として使用する。