Stress state in accretionary prisms from the real-scale numerical sand-box experiment

本課題は付加体形成を模擬した粒状体層の3次元シミュレーションを実施するものである。シミュレーション手法としては個別要素法（DEM）を用いており、大規模粒子計算が特徴である。本年度は、前年度に開発した実際の岩石破壊実験と等価な力学特性を持つ粒子間モデルを用いて付加体形成を再現する数値岩石箱シミュレーションの開発に成功した。具体的には、長さ100㎞、深さ2㎞、幅を10要素とした地質学的なスケールでの薄い粒状体層を準備し、幅方向に周期境界条件を課して長さ方向への短縮実験を実施した。その結果、順次断層形成される付加体に特徴的な構造が再現することに成功した。従来の数値砂箱実験とは異なる表層角，表層亀裂，断層の分岐が再現されるため、それらの粘着力モデル依存性を議論することが可能となった。また断層形成プロセスにおける粒状性の役割として，断層厚みが、物理的な長さよりも個別要素の数に依存することが再現された。このような知見は実験室スケールの現象ではすでに確認されているが、地質学的なスケールにおいても適応可能性があることを示した意義は大きい。またフィールド研究から示唆されている断層損傷域の厚さ成長モデルとも一致している。さらに、断層を構成する個別要素の粘着力のヒーリングがあると、断層面の幾何学的なネットワークが複雑になりうることを数値的に示した。これらの結果は、断層形成において粒状性が重要な役割を果たすことを示唆する研究成果となる。

本課題は付加体形成を模擬した粒状体層の3次元シミュレーションを実施するものである。シミュレーション手法としては個別要素法（DEM）を用いており、大規模粒子計算が特徴である。本年度は、前年度に開発した実際の岩石破壊実験と等価な力学特性を持つ粒子間モデルを用いて付加体形成を再現する数値岩石箱シミュレーションの開発に成功した。具体的には、長さ100㎞、深さ2㎞、幅を10要素とした地質学的なスケールでの薄い粒状体層を準備し、幅方向に周期境界条件を課して長さ方向への短縮実験を実施した。その結果、順次断層形成される付加体に特徴的な構造が再現することに成功した。従来の数値砂箱実験とは異なる表層角，表層亀裂，断層の分岐が再現されるため、それらの粘着力モデル依存性を議論することが可能となった。また断層形成プロセスにおける粒状性の役割として，断層厚みが、物理的な長さよりも個別要素の数に依存することが再現された。このような知見は実験室スケールの現象ではすでに確認されているが、地質学的なスケールにおいても適応可能性があることを示した意義は大きい。またフィールド研究から示唆されている断層損傷域の厚さ成長モデルとも一致している。さらに、断層を構成する個別要素の粘着力のヒーリングがあると、断層面の幾何学的なネットワークが複雑になりうることを数値的に示した。これらの結果は、断層形成において粒状性が重要な役割を果たすことを示唆する研究成果となる。