粘土鉱物の脱水反応と浅部地震発生メカニズムとの関連性に関する研究

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断層帯の力学的な破壊プロセスを理解するひとつの可能性として, これまで弾性波速度の変化が注目されている。そこで本研究では剪断応力のかかった環境下における弾性波速度の変化を観察し, 断層面ですべり現象が生じている最中での弾性波速度の応答をモニタリングすることを試みた。実験には二軸摩擦試験機を用い，剪断試験を行なっている最中の弾性波速度のモニタリングをした。垂直応力は油圧式手押しポンプで制御しながら加重をかけ5, 10, 20 MPaに制御した。天然の断層帯では母岩にも割れ目が多く発達することが期待されるため, 試料に用いたサンプルは庵治花崗岩を600℃で4時間の加熱処理を行い, 熱亀裂を加えたサンプル間での剪断すべり実験を行った。弾性波速度測定は, 摩擦面に垂直な方向でサンプルに直接圧電素子をはり，弾性波速度は試料の長さと伝搬時間より算出した。予察的な結果として，花崗岩ブロックを通過する弾性波の速度は垂直応力の増加に伴い上昇した。これは試料中の垂直応力に直行する面方向に配列するクラックの閉鎖が原因であると考えられる。剪断変形を開始すると，弾性波速度は剪断応力の増加に伴い系統的に上昇した。これは主に剪断方向に直行する面方向のクラックが閉鎖することが原因と考えられる。また，剪断応力が定常状態に達すると，弾性波速度の変化はみられなくなった。透過波の波形から振幅の変化を観察したところ, 振幅は垂直応力ならびに剪断応力の増加にともない増える傾向がみられたが，剪断応力が定常状態に達すると，速度と同様にほぼ一定の値を示した。これらのことは, 地震発生サイクルの中で応力が蓄積されるインターサイスミックな期間において, 断層帯周辺を通過する地震波の速度や振幅の変化を追うことで，すべりの準備過程を知るひとつの要素となりうる可能性を示唆している。