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．

为了研究岩体摩擦特性的断层尺度依赖性，我们详细分析了在常见实验条件下进行的两个不同尺度的宫颈摩擦实验数据。涉及的实验是仪表尺度的实验（故障面积：1.5 m长x 0.1 m宽）和厘米尺度的实验（故障面积：10 cm长x 5 cm宽）和使用的模拟陀螺仪（粉碎的岩石的粉末颗粒，平均粒径：平均粒径：12μm，最大粒度，最大粒度：75μm），3. 3. 3. 3. 3. 3米（3米），3。3. 3. 3. 3. 3. 3. 3. 3. 3. 3. 3. 3. 3 mm，3。3. 3. 3 mm，3。3. 3. 3. 3 mm，3。 MPA）很常见。我们还拥有一种共同的分析方法来估计速度状态依赖性摩擦法的参数（以下称为RSF法律）（Skarbek and Savage，2019，Geosphere）。结果，已经证实，估计的RSF规则参数A和B无论尺度如何，而DC从仪表尺度实验（大约60μM）估计的DC往往明显大于从厘米尺度实验（最高约10μm）中估计的DC。为了澄清原因，我们调查了从仪表尺度实验中沿断层安装的应变计的数据中的局部应力条件，发现对断层施加的应力是异质的，并且断层的那一部分支持了大力，并且该响应代表了整体摩擦变化响应。此外，当仪表尺度实验后从收集的岩石样品中制备薄碎片并确认精细的变形结构时，发现应力浓度区域处凿子的剪切带宽度很宽。这对先前的研究很和谐，即DC的宽度与剪切带之间存在正相关。这表明应力异质性自然发生在故障尺度增加时发生，因此RSF规则参数DC似乎是尺度依赖性的。