動的破壊時の断層の力学挙動・摩擦発熱・変形組織・流体移動特性に関する実験的研究

断层动态破裂过程中力学行为、摩擦生热、变形结构及流体运动特征的实验研究

• 批准号: 03J05022
• 负责人: 溝口 一生
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: Kyoto University
• 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 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03J05022/
• 关键词: 断層ガウジ; 高速摩擦; 浸透率; 摩擦発熱; 室内実験; 高速摩擦実験; 地震発生過程; 断層の強度低下機構

地震時の高速大変位下の断層内部では,急激な摩擦熱が発生すると考えられる.実際シュードタキライトなど断層沿いには摩擦発熱の証拠が見られる場合のあることから,断層の力学的性質に与える摩擦発熱の影響は長く注目されてきた.しかし摩擦発熱に関する系統的な研究は少ないため,本研究では摩擦発熱に関連した以下の3課題の研究を行なった.(1)去年度においてガウジの高速摩擦実験を行ない,断層の強度が高速すべり時に大きな低下を示すことを明らかにした.その後に同変位量の低速実験では,摩擦係数の低下が見られないことから,強度低下とガウジの摩擦発熱との関係が示唆された.数値計算と,熱電対の実測値から推定したガウジ内の温度はおよそ400℃となり,岩石の摩擦熔融がガウジの強度低下を引き起こしているのではないことがわかった.(2)野島断層は非常に低い浸透率を示す断層ガウジ(10^<-20>〜10^<-18>m^2)と高い浸透率を示す断層角礫及び破砕母岩(10^<-17>〜10^<-14>m^2)によって特徴づけられることがわかり,その測定値を用いて,摩擦発熱による間隙圧上昇[Thermal pressurization]の断層強度変動解析を行った.その結果,急激な断層の強度低下が,地震学的に決められたDcに近いすべり量で起こることがわかった.(3)Thermal pressurizationと断層ガウジの高速すべり軟化,どちらの機構が断層の強度低下に強く影響を及ぼすかについて考察するために,ガウジのすべり弱化特性をThermal pressurizationの解析に組み込んだ.その結果,浸透率が10^<-18>m^2以下になると,すべり摩擦特性の影響は少なく,Thermal pressurizationが有効に働くことがわかった.また浸透率が10^<-16>m^2以上になると,両方の機構が断層の強度に影響を与えるようになった.

据认为，在地震期间高速，大规模断层下的断层内会产生突然的摩擦热。实际上，可能会发现沿诸如假硫酸盐等断层的摩擦热产生的证据，因此摩擦热量产生对断层机械性能的影响很长一段时间以来一直引起人们的注意。但是，由于对摩擦发热的系统研究很少，因此这项研究进行了以下三个与摩擦发热有关的问题。 （1）在去年，进行了凿子的高速摩擦实验，发现断层的强度在高速滑移期间显示出很大降低。之后，在缓慢的置换量的缓慢实验中，摩擦系数降低了。这表明强度降低与凿子的摩擦热之间存在关系。根据数值计算和实际热电偶测量值估计的凿子内的温度约为400°C，发现岩石的摩擦熔融不会引起凿子的强度。 （2）发现NOJIMA故障的特征是go绕（10^<-20> -20> -10^<-18> m^2），表现出非常低的渗透率，断层的宿主岩石（10^<-17> -10> -10> -10> -10^<-14> M^2），这些量显示了较高的置于测量范围，我们使用了测量范围，我们会提高量度的范围，并提高了测量的范围，并提高了per的范围。我们对断层的断层强度波动进行了分析。结果表明，断层强度突然下降是在接近地震确定的直流的滑动速率下发生的。 （3）考虑到断层凿的机理是否对断层的强度降低有很大影响，将凿子的滑动弱特性纳入了热加压的分析中。结果，当渗透率低于10^<-18> m^2时，滑动摩擦的特征受到的影响较小，并且热加压有效地工作。此外，当渗透性高于10^<-16> m^2时，这两种机制都会影响断层的强度。

项目成果

嶋本利彦, 廣瀬丈洋, 溝口一生, 野田博之: "断層の高速摩擦と地震の発生過程-現状と展望-"地学雑誌,特集「断層帯の物質科学と地震の発生過程」. 112. 979-999 (2003)

岛本俊彦、广濑武宏、沟口一诚、野田博之：“断层上的高速摩擦与地震的发生过程——现状与展望”，地球科学杂志，“断层带的物质科学与地震的发生过程”特稿地震”。112. 979-999 (2003)

堤 昭人, 廣瀬丈洋, 溝口一生, 佐藤慶治, 嶋本利彦: "ガス圧式三軸変形試験機を用いた岩石の浸透率測定-掛川層群の浸透率構造解析例-"資源と素材,「岩の室内透水試験手法」小特集(1)-透水試験手法の高度化-. 119. 514-518 (2003)

Akihito Tsutsumi、Takehiro Hirose、Issei Mizoguchi、Keiji Sato、Toshihiko Shimamoto：“使用气压三轴变形测试仪测量岩石渗透性 - 挂川集团渗透性结构分析的示例 -”资源与材料，“岩石 119.514- 518（2003）