変形岩中流体のぬれ特性と地震発生への影響

变形岩石中流体润湿特性及其对地震发生的影响

• 批准号: 03F00798
• 负责人: 中嶋 悟
• 金额: $ 0.77万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03F00798/
• 关键词: 減衰全反射赤外分光法(ATR-IR); 水溶液の構造; 水分子クラスター; NaCl; Na_2CO_3; ぬれ; 地震発生帯; 流体包有物

地球内部の流体(水溶液)は,物質の粘性・強度や拡散の速さに大きく影響し,地球内部の動的過程を支配している.特に岩石の変形において,結晶粒界に存在する流体の連結度などは,それを介しての物質移動(拡散や浸透)を大きく左右し,結果として岩石の変形速度や断層運動さらには地震活動に大きな影響を及ぼしていると考えられている.そこで,ここではまず,流体の化学組成や温度などが流体の構造やぬれにどのように影響するかを,主に赤外分光法によって調べた.まず,地殻流体の代表として,純水,NaCl,炭酸水溶液などの人工的な水溶液を作成し,減衰全反射(ATR)赤外分光法を用いて,赤外スペクトルを測定し,OH伸縮振動赤外吸収帯の変化を定量的に解析し,流体の構造と性質(かたさ,やわらかさ)を調べた.その結果,みかけのピーク位置は,高波数側から順にKCl,NaCl,CaCl_2>Na_2SO_4>純水,NaHCO_3,Na_2CO_3となり,ピーク相対強度比3250/3350は値が大きい方から,Na_2CO_3>純水>NaHCO_3,Na_2sO_4,MgCl_2>NaCl,KCl,CaCl_2の順となり,異なる水溶液の特性を評価することができた.また,これら人工水溶液の加熱測定を加熱減衰全反射赤外分光法によって行しいOH伸縮振動赤外吸収帯などの変化を定量的に解析した.その結果,200℃まで加熱するにつれ,すべての水溶液でみかけのピーク位置,ピーク強度比3630/3350,平均水素結合距離が増加した.純水の値が最も大きく変化し,高温では純水が最も大きな値をとった.また4成分面積比では第1成分が最も変化し,水素結合距離が長いクラスターの割合が増えていく.しかしながら水分子以外の溶存物質が存在すると,温度の上昇に伴う本来の水分子の動きを溶存物質が束縛し,純水ほど水素結合距離が長いクラスターの割合が大きくならないと考えられる.さらに,現在及び過去の地震発生帯と考えられる地域の予備調査を開始し、岩石試料中流体包有物の顕微ラマン分光法,顕微赤外分光法による測定の準備を行った.今後,上記の人工水溶液の結果と比較し,流体の岩石へのぬれ,物質移動特性を考察していく.なお,本年度の研究経費において高額の外国旅費を申請し,現在の地震発生帯パプアニューギニアでの長期間の地質調査を計画していたが,ビザ申請に時間がかかり,年度内に調査を行えなかったので,ご了承頂きたい.

The fluid (aqueous solution) in the earth's interior greatly affects the viscosity, strength and dispersion speed of matter, and controls the dynamic process in the earth's interior. In particular, the rock deformation velocity and fault motion have great influence on seismic activity due to the existence of fluid connectivity in crystalline grain boundaries. The chemical composition and temperature of the fluid are affected by the structure of the fluid. In addition, crustal fluids are represented by pure water,NaCl, carbon acid aqueous solutions, artificial aqueous solutions, attenuated total reflection (ATR) infrared spectroscopy, infrared absorption spectrum measurement, quantitative analysis of OH stretching vibration, and structural properties of fluids. The results show that the phase intensity ratio of KCl, NaCl, CaCl_2>Na_2SO_4> pure water, NaHCO_3, Na_2CO_3> pure water is 3250/3350, and the phase intensity ratio of Na_2CO_3> pure water> NaHCO_3, Na_2SO_4, MgCl_2> NaCl, KCl, CaCl_2> is 3250/3350. This paper describes the quantitative analysis of thermal attenuation total reflection infrared spectroscopy for the determination of thermal attenuation in artificial aqueous solutions. As a result, the average binding distance of water element increased with the increase of the intensity ratio of the heat treatment at 200 ℃. Purified water has the highest value at high temperature. The area ratio of the four components is the highest, and the binding distance of water element is the highest. There are dissolved substances other than water molecules, and the temperature rise is accompanied by the movement of the original water molecules. The dissolved substances are bound, and the binding distance of purified water elements is long. The preliminary investigation of the present and past seismic occurrence zones was initiated and the preparation for the determination of fluid inclusions in rock samples was carried out. In the future, the results of artificial aqueous solutions mentioned above will be compared, and the characteristics of rock mass and material movement of fluids will be investigated. This year's research expenses are high and foreign travel expenses are high. Now the earthquake occurrence rate is high. The long-term geological survey plan is high. The application time is high. The survey is carried out within the year.

项目成果

Vincent FAMIN, Toshio MASUDA, Satoru NAKASHIMA: "Effects of fluid chemistry on the wetting properties of rocks and their relevance to the seismogenesis"Proceedings of the 2nd international symposium on "Slip and Flow Processes in and below Seisimogenic Re

Vincent FAMIN、Toshio MASUDA、Satoru NAKASHIMA：“流体化学对岩石润湿特性的影响及其与地震发生的相关性”第二届“地震发生区及其之下的滑移和流动过程”国际研讨会论文集