地震発生メカニズム解明のための大型振動台を用いた高速摩擦実験

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 23340131
• Research Institution: National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention
• Principal Investigator: 福山 英一 独立行政法人防災科学技術研究所, 観測・予測研究領域 地震・火山防災研究ユニット, 総括主任研究員 (60360369)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 川方 裕則 立命館大学, 理工学部, 教授 (80346056)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 地震発生メカニズム / 岩石摩擦 / 大型振動台

Outline of Annual Research Achievements

昨年度の実験により、stick slip地震発生直前にslow slipが卓越する場合と前震活動が卓越する場合が存在する事がわかった。そこで、これら地震発生直前の活動様式の要因調べるため、6.7MPaおよび3.3MPaの法線応力下において、slow slipおよび前震の再現実験を行った。その結果、地震発生前の断層面のダメージの程度によって、本震前の活動がコントロールされていることがわかった。さらに、摩擦実験によって生成された摩耗物(ガウジ)の観察により、黒色ガウジと灰色ガウジからなる摩耗物で、灰色ガウジの生成量と地震直前の活動が関係している事がわかった。灰色ガウジは、ダメージを受けた断層面で多く生成される傾向があり、ダメージの程度と本震発生前の活動が関係する事を裏付けるデータとなっている。

さらに、摩擦係数のスケール依存性に関しても考察を行った。センチメートルスケールの岩石試料を用いて得られた摩擦係数と同じ条件でメートルスケールの岩石試料を用いて得られた摩擦係数は有意に異なり、その原因は断層面上における摩擦の不均質分布にある事がわかった。摩擦実験中に摩耗物が生成されると、摩耗物によって局所的な法線応力分布が変化し、摩擦係数の空間的なばらつきを作り出す。これまであまり考慮されてこなかった摩擦係数の空間的なばらつきは、自然界においても普通に存在し、地震発生シミュレーションにおいては十分考慮する必要がある。

また、歪ゲージやAEセンサーを岩石試料中に埋め込み、それらのデータを用いて、stick slip地震の発生、成長過程をモニターし、面内および面外方向の破壊伝播速度を推定する事に成功した。岩石試料内部のセンサーにより、破壊フロントをモニター出来た事により、実験的なアプローチによる岩石破壊伝播の性質の解明への貴重なデータを取得する事ができた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

岩石摩擦のスケール依存性においては、これまでの実験により、十分なデータを取得出来、その解釈においても、納得のいく成果をあげる事ができた。また、stick slip地震発生直前の現象においても、昨年度把握した現象を、再現し、その成因を考察出来るデータの取得に成功した。さらに、2次元的な破壊伝播の様子を精度よく推定し、岩石試料内部における破壊伝播の様子のモニターに成功した。当初予定していた実験をおこない、期待していた成果を出す事ができた。

Strategy for Future Research Activity

次年度は、異種岩石同士の摩擦を調べる事をターゲットとしている。本来、異種岩石同士の摩擦は、実験においてはあまりやられておらず、理論研究が先行している。しかしながら、実験によって、理論において想定していない現象が生じる可能性があり、重要な研究である。これまでの実験が順調に行われてきたため、最後に、異種岩石同士の摩擦データを取得し、大スケールの岩石摩擦の性質を調べるまとめとする。

Research Products

• [Journal Article] Stick-slip behavior of Indian gabbro as studied using a NIED large-scale biaxial friction apparatus (2015)
  • Author(s): Togo, T., Shimamoto, T., Ymashita, F., Fukuyama, E., Mizoguchi, K., and Urata, Y.
  • Journal Title: Earthquake Science Volume: 28 Pages: 97-118
  • DOI: 10.1007/s11589-015-0113-4
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Cohesive Zone Length of Gabbro at Supershear Rupture Velocity (2014)
  • Author(s): Fukuyama, E., Xu, S., Mizoguchi, K. and Yamashita, F.
  • Organizer: 2014 American Geophysical Union Fall Meeting
  • Place of Presentation: Moscone Center（アメリカ合衆国カリフォルニア州サンフランシスコ市）
  • Year and Date: 2014-12-15 – 2014-12-19
  • Invited
• [Presentation] Foreshocks and Premonitory Slip during Large Scale Friction Experiments (2014)
  • Author(s): Fukuyama, E., Yamashita, F., Xu, S., Kawakata, H. and K. Mizoguchi,
  • Organizer: 2014 American Geophysical Union Fall Meeting
  • Place of Presentation: Moscone Center（アメリカ合衆国カリフォルニア州サンフランシスコ市）
  • Year and Date: 2014-12-15 – 2014-12-19
• [Presentation] Evolution of Rupture Style with Accumulation of Fault Displacement during Large-scale Biaxial Friction Experiments (2014)
  • Author(s): Xu, S., Fukuyama, E., Yamashita, F., Kawakata, H. and Takizawa, S.
  • Organizer: 2014 American Geophysical Union Fall Meeting
  • Place of Presentation: Moscone Center（アメリカ合衆国カリフォルニア州サンフランシスコ市）
  • Year and Date: 2014-12-15 – 2014-12-19
• [Presentation] Unpredictable Main Rupture Initiation after Premonitory Slow Slip (2014)
  • Author(s): Mizoguchi, K., Fukuyama, E., Yamashita, F., Mizoguchi, K., Takizawa, S. and Kawakata, H.
  • Organizer: 2014 American Geophysical Union Fall Meeting
  • Place of Presentation: Moscone Center（アメリカ合衆国カリフォルニア州サンフランシスコ市）
  • Year and Date: 2014-12-15 – 2014-12-19
• [Presentation] Spatial Heterogeneity Induces Scale Dependent Rock Friction (2014)
  • Author(s): Yamashita, F., Fukuyama, E., Xu, S., Takizawa, S., Mizoguchi, K., Kawakata, H., François Passelègue and Alexandre Schubnel
  • Organizer: 2014 American Geophysical Union Fall Meeting
  • Place of Presentation: Moscone Center（アメリカ合衆国カリフォルニア州サンフランシスコ市）
  • Year and Date: 2014-12-15 – 2014-12-19
• [Presentation] Characteristics of 2-D Rupture Propagation of Stick-slip Events during Meter-sized Biaxial Friction Experiments (2014)
  • Author(s): Tsuchida, K., Kawakata, H., Fukuyama, E., Yamashita, and F., Mizoguchi, K.
  • Organizer: 2014 American Geophysical Union Fall Meeting
  • Place of Presentation: Moscone Center（アメリカ合衆国カリフォルニア州サンフランシスコ市）
  • Year and Date: 2014-12-15 – 2014-12-19
• [Presentation] Foreshock Activity during Laboratory Friction Tests using Meter-scale Rock Specimens Inferred from two Apparatuses with Different Stiffness (2014)
  • Author(s): Kawakata, H., Yoshimitsu, N., Fukuyama, E., Yamashita, F., Mizoguchi, K., Togo T. and Doi, I.
  • Organizer: 2014 American Geophysical Union Fall Meeting
  • Place of Presentation: Moscone Center（アメリカ合衆国カリフォルニア州サンフランシスコ市）
  • Year and Date: 2014-12-15 – 2014-12-19
  • Invited
• [Presentation] 前震と初期すべり：大型摩擦実験からの知見 (2014)
  • Author(s): 福山英一・山下太・徐世慶、溝口一生・川方裕則・滝沢茂
  • Organizer: 日本地震学会2014年度秋季大会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ新潟コンベンションセンター（新潟県新潟市）
  • Year and Date: 2014-11-24 – 2014-11-26
• [Presentation] 空間的不均質が引き起こす岩石摩擦のスケール依存性 (2014)
  • Author(s): 山下太・福山英一・徐世慶、滝沢茂、溝口一生・川方裕則・Francois Passelegue・Alexandre Schubnel
  • Organizer: 日本地震学会2014年度秋季大会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ新潟コンベンションセンター（新潟県新潟市）
  • Year and Date: 2014-11-24 – 2014-11-26
• [Presentation] Evolution of Rupture Style with Accumulation of Fault Displacement during Large-scale Biaxial Friction Experiments (2014)
  • Author(s): Xu, S., Fukuyama, E., Yamashita, F., Mizoguchi, K., Takizawa, S. and Kawakata, H.
  • Organizer: 日本地震学会2014年度秋季大会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ新潟コンベンションセンター（新潟県新潟市）
  • Year and Date: 2014-11-24 – 2014-11-26
• [Presentation] 前駆的ゆっくり滑りに続く本震発生の時間遅れに関する実験的検討 (2014)
  • Author(s): 溝口一生・福山英一・山下太・滝沢茂・川方裕則
  • Organizer: 日本地震学会2014年度秋季大会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ新潟コンベンションセンター（新潟県新潟市）
  • Year and Date: 2014-11-24 – 2014-11-26
• [Presentation] 大型岩石試料を用いたせん断実験時に発生したスティック・スリップ・イベントの二次元的破壊伝播推定 (2014)
  • Author(s): 土田琴世・川方裕則・福山英一・山下太・溝口一生
  • Organizer: 日本地震学会2014年度秋季大会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ新潟コンベンションセンター（新潟県新潟市）
  • Year and Date: 2014-11-24 – 2014-11-26
• [Presentation] Two-dimensional Rupture Propagation of Stick-slip Events during Large-scale Biaxial Frictional Experiments (2014)
  • Author(s): Tsuchida, K., Kawakata, H., Fukuyama, E., Yamashita, F., Mizoguchi, K., and Yoshimitsu, N.
  • Organizer: Asia Oceania Geosciences Society 11th Annual Meeting
  • Place of Presentation: ロイトン札幌（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2014-07-28 – 2014-08-01
• [Presentation] Stress concentration ahead of supershear rupture (2014)
  • Author(s): 福山英一・徐世慶・溝口一生・山下太
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2014年大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2014-04-28 – 2014-05-02
• [Presentation] 大型二軸摩擦実験によって示された岩石摩擦のスケール依存性 (2014)
  • Author(s): 山下太・福山英一・溝口一生・滝沢茂・川方裕則
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2014年大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2014-04-28 – 2014-05-02
• [Presentation] 大型二軸摩擦実験におけるスティックスリップイベントの二次元的破壊伝播 (2014)
  • Author(s): 土田琴世・川方裕則・福山英一・山下太・溝口一生
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2014年大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2014-04-28 – 2014-05-02