断層帯の中速～高速領域における摩擦特性に対する水の影響:フィールドと実験の融合

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地震の発生機構を理解するためには,断層の力学的性質を実験的に決定し,実測された性質に基づいて地震現象を再現する必要がある.断層がゆっくりすべる低速領域の断層の性質は1980年前後以降詳しく調べられ,速度・状態依存構成則に基づいて地震を再現する研究が進展した.一方,この10年間で地震発生時の高速断層運動を再現する研究が大きく進展し,高速断層運動にともなう摩擦加熱によって断層は著しい強度低下をおこすこと,それによって断層はより不安定になって大地震の発生が促進されることが明らかになった。本研究の最大の目的は,高速領域で摩擦強度が大きく低下する機構を明らかにすること,及び中速領域の摩擦の性質を調べて低速から高速領域で断層の性質がどのように移行するかを明らかにすることであった.摩擦の強度低下の機構については,炭酸塩鉱物からなる断層ガウジの実験によって,摩擦熱によって鉱物の脱ガス分解がおこりナノ粒子からなるガウジが形成されることが明らかになった.ナノ粒子ガウジはおそらく粒子の相互回転によって低い摩擦強度を示すことから,ナノ粒子の形成が断層強度の低下の機構になりうることを提唱した(Han et al., 2009).中速領域では,低速・高速摩擦試験機(高速2号機)を用いて岩石どうしの摩擦実験をおこない,花崗岩・ハンレイ岩などは速度の増加とともに摩擦抵抗が増加する速度強化の性質をもつが,滑石など一部の岩石は中速域でも速度弱化の性質をもつことが明らかになった.中速域の速度強化の性質は,断層を安定化して不安定になった断層運動が大地震に成長するのを抑制する働きをするはずである.中速域の速度強化のバリアをのりこえてどのように大地震が発生するかは,今後の重要な理論的研究の課題である.そのほか,断層ガウジの物質変化と組織,断層帯の浸透率構造,地すべり粘土の高速摩擦実験を共同でおこなって学会で報告した.