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

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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．