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Study on the scale dependence of gouge frictional properties defining fault slip

定义断层滑移的泥沙摩擦特性的尺度依赖性研究

基本信息

批准号：
21K03706
负责人：
山下太
金额：
$ 2.66万
依托单位：
National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03706/
关键词：
岩石摩擦ガウジスケール依存断層ガウジ室内実験

项目摘要

岩石摩擦特性の断層スケール依存性を調べるため，共通の実験条件で実施した2つの異なるスケールにおけるガウジ摩擦実験データを詳細に解析した．対象とした実験は，メートルスケール実験（断層面積：1.5 m長×0.1 m幅）とセンチメートルスケール実験（断層面積：10 cm長×5 cm幅）であり，使用した模擬ガウジ（変はんれい岩の粉末粒子，平均粒径12 μm，最大粒径75 μm），加圧前のガウジ層厚（3 mm），垂直応力（3.4 MPa及び6.7 MPa）は共通である．また，速度-状態依存摩擦則（以下RSF則）のパラメタを推定する解析手法も共通化した（Skarbek and Savage, 2019, Geosphere)．その結果，推定したRSF則パラメタのうちa及びbに関してはスケールによらず同程度であった一方，メートルスケール実験から推定されたDc（最大60 μm程度）はセンチメートルスケール実験から推定されたDc（最大10 μm程度）に比べ明らかに大きい傾向にあることが確認された．その原因を明らかにするため，メートルスケール実験で断層沿いに設置したひずみゲージのデータから局所的な応力状態を調査したところ，断層にかかる応力は不均質であり断層の一部が大きな力を支え，その応答が全体の摩擦変化応答を代表していることが明らかとなった．またメートルスケール実験後に回収したガウジサンプルから薄片を作成し，微細変形構造を確認したところ，応力集中部におけるガウジのせん断帯幅が広いことが明らかとなった．これはDcとせん断帯の幅に正の相関があるという既往研究と調和的である．このことから，断層スケールが大きくなることにより応力不均質が自然発生し，それによりRSF則パラメタDcが見かけ上，スケール依存している可能性が明らかとなった．

The fault dependence of rock friction characteristics is adjusted, and the common conditions are analyzed in detail. For example, if the fault area is 1.5 m long ×0.1 m wide, the fault area is 10 cm long ×5 cm wide, and the simulation is used, the layer thickness before pressure application is 3 mm, and the vertical force is 3.4 MPa and 6.7 MPa. An analytical method for estimating the speed-state dependent friction rule (RSF rule below) is commonly used (Skarbek and Savage, 2019, Geosphere). As a result, RSF is estimated to have a large tendency to decrease in size compared to the size of the Dc (up to 60 μm). The reason for this is that the fault is located in the middle of the fault, and the force state of the fault is investigated. The fault is located in the middle of the fault, and the force is uneven. A part of the fault has a large force, and the friction of the fault is represented. The structure of the thin film is confirmed, and the force concentration part is confirmed. The previous study of the relationship between the two groups. The fault is a large fault, and the uneven force is a natural occurrence, and the RSF is a large fault, and the probability of the fault is a large fault.