スラブ内部の相転移に伴う応力場と深発地震の発生の場との関連性

板体内相变应力场与深部地震发生位置的关系

• 批准号: 09740356
• 负责人: 吉岡 祥一
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09740356/
• 关键词: オリビン; 相転移; 正・負の浮力; スラブ; 温度分布; 有限要素法; 応力場; 深発地震; 物性パラメター

本研究では、物性値の空間分布を考慮して、スラブ内の応力場の数値シミュレーションを行った。スラブ構成物質をオリビン(Mg0.89Fe0.11)2SiO4と仮定し、差分(FD)法を用いてスラブ内の温度分布を計算し、各タイムステップごとに物性値の空間分布を反映させた。スラブ内部の応力場に影響を与える要素として、スラブと周囲のマントルの密度差により生じる正・負の浮力、沈み込むスラブの上面・下面に働く剪断力、スラブ先端がマントルから受ける抵抗力、熱応力及び不均質体積変化により生じる応力を考慮し、有限要素法(FEM)を用いて弾性応力解析を行った。正・負の浮力に起因する応力は、α相内のdown.dip tension、γ相内に卓越するdown-dip compression、γ→Pv+Mw相転移境界付近のdown-dip tensionで特徴づけられ、最大剪断応力はオリビン準安定相境界及びγ相内深部に集中し30MPa程度を示した。剪断力に起因する応力場は、α相内では圧縮場が、γ相内ではdown-dip tensionが現れ、最大剪断応力の大きさは、数MPaと非常に小さかった。スラブ先端が受ける抵抗力に起因する応力場では、down-dip compressionが卓越し、最大剪断応力はスラブ先端部で最大値を示した。熱応力及び不均質体積変化により生じる応力は、各相転移境界で応力集中が見られた。深発地震発生数と解析結果のdown-dip方向の応力を比較した結果、正・負の浮力による応力が深発地震のピークと一致し、700km以深では最大剪断応力がゼロに近づき、サイスミシティが見られないことがうまく説明されることにより、考慮した5つの要素の中で最も良い一致を示すことがわかった。また、正・負の応力に起因する応力場とハーバード大学のグループによるCMT解との比較を試み、これについてもスラブと周囲のマントルの密度差による正・負の浮力が地震学的観測データを最もうまく説明する支配的な要素であると結論づけた。

在这项研究中，考虑了物理特性的空间分布，对平板内的应力场进行了数值模拟。假设平板组成材料是橄榄石（MG0.89FE0.11）2SIO4，则使用差异（FD）方法计算平板内的温度分布，并且在每个时间步骤中反映了物理性质的空间分布。使用有限元方法（FEM）进行弹性应力分析，并考虑到由平板和周围地幔之间的密度差异引起的正浮力和负浮力，其剪切力作用在下沉板的上和下表面上，固定力，平板尖端受到厚度，热压力，热压力，压力和压力会影响板的影响，这会导致板的变化。由正浮力和负浮力引起的应力的特征是α相内的下降张力，主要在γ相内进行了降低压缩，以及在γ→PV+MW相位过渡边界附近的下倾角张力，最大剪切应力集中在橄榄油激活的相位边界，并在γ相中深处，显示了30 mpa。由剪切力引起的应力场是α相内的压缩场，并且在γ相内出现了下倾张力，最大剪切应力的幅度非常小，在几个MPA处。在由对平板尖端的电阻引起的应力场中，倾斜压缩是出色的，最大剪切应力是平板尖端处的最大应力。观察到由热应力和不均匀体积变化引起的应力在每个相变边界处集中。将深层地震和应力在分析结果的下降方向上进行比较，发现由正浮力和负浮力造成的应力与深震的峰值相吻合，并且最大剪切应力在700公里的深度下接近零，没有尺度的微值，表明所考虑的五个因素最佳匹配。我们还试图将由于正压力和负应力引起的应力场与哈佛大学组的CMT解决方案进行比较，并得出结论，由于平板与周围地幔之间的密度差异引起的正浮力和负浮力是最能解释地震学观察数据的主要因素。