岩石風化における亀裂ネットワーク変化のマルチフラクタル解析による評価

本年度は、平成15年度に採取した稲田花崗岩と黒石山斑糲岩の風化試料を対象に、共焦点レーザー走査型顕微鏡を使用した蛍光法で亀裂画像を撮影しマルチフラクタル解析を行った。また、新鮮な稲田花崗岩と黒石山斑糲岩を硫酸溶液あるいは熱で処理し、人工的に風化させることで発生した亀裂の観察を行った。マルチフラクタル解析では、各解析画像に含まれるピクセルの輝度値の和を一定とする規格化処理を行うことで風化に伴う輝度値の変化を一般化次元スペクトルに反映させることが可能となり、風化程度と一般化次元スペクトルの関係が改善された。稲田花崗岩と黒石山斑糲岩の両方で風化が進行した試料ほど規格化一般化次元が減少し、不連続構造が不均質となっていることが明らかとなった。同程度の不連続構造の不均質化が生じた場合、一軸圧縮強度の低下は黒石山斑糲岩よりも稲田花崗岩で大きい。稲田花崗岩は黒石山斑糲岩と比較して風化耐久性が高いと考えられている鉱物を多く含むにもかかわらず、このような風化特性を示すのは組成および組織と密接に関連して発達する不連続構造の特徴によるものであることを明らかにした。マルチフラクタル解析は、有効間隙率のような量的指標では特徴づけることができない構造の不均質さに関する特徴づけが可能で、有効な不連続構造の定量化手法であることを示した。本研究では最も基本的な物性値の一つである一軸圧縮強度と一般化次元スペクトルの関係を明らかにしたが、不均質さの影響が大きい特性に対する不連続構造の影響を考慮する場合などに、マルチフラクタル解析で得られる一般化次元スペクトルはさらに有効な指標となりうることが示唆された。

本年度は、平成15年度に採取した稲田花崗岩と黒石山斑糲岩の風化試料を対象に、共焦点レーザー走査型顕微鏡を使用した蛍光法で亀裂画像を撮影しマルチフラクタル解析を行った。また、新鮮な稲田花崗岩と黒石山斑糲岩を硫酸溶液あるいは熱で処理し、人工的に風化させることで発生した亀裂の観察を行った。マルチフラクタル解析では、各解析画像に含まれるピクセルの輝度値の和を一定とする規格化処理を行うことで風化に伴う輝度値の変化を一般化次元スペクトルに反映させることが可能となり、風化程度と一般化次元スペクトルの関係が改善された。稲田花崗岩と黒石山斑糲岩の両方で風化が進行した試料ほど規格化一般化次元が減少し、不連続構造が不均質となっていることが明らかとなった。同程度の不連続構造の不均質化が生じた場合、一軸圧縮強度の低下は黒石山斑糲岩よりも稲田花崗岩で大きい。稲田花崗岩は黒石山斑糲岩と比較して風化耐久性が高いと考えられている鉱物を多く含むにもかかわらず、このような風化特性を示すのは組成および組織と密接に関連して発達する不連続構造の特徴によるものであることを明らかにした。マルチフラクタル解析は、有効間隙率のような量的指標では特徴づけることができない構造の不均質さに関する特徴づけが可能で、有効な不連続構造の定量化手法であることを示した。本研究では最も基本的な物性値の一つである一軸圧縮強度と一般化次元スペクトルの関係を明らかにしたが、不均質さの影響が大きい特性に対する不連続構造の影響を考慮する場合などに、マルチフラクタル解析で得られる一般化次元スペクトルはさらに有効な指標となりうることが示唆された。