Deformation experiments of plagioclase under high temperature and high pressure: influence of water on the lower crust rheology

下部地殻において水は塑性変形を促進させることで岩石を軟化させ，上部地殻の断層へ応力集中を引き起こし，地震発生の引き金となる．従って下部地殻の力学特性を決定することが重要であるが，下部地殻に相当する高温・高圧条件で，水が岩石の強度にどの程度影響を与えるか定量的にはよく分かっていない．また，変形する岩石内部を水がどのように拡散するのかよく分かっていない．上述の問題を解決するために下部地殻の主要構成鉱物である斜長石の変形実験を行った．実験にはGriggs型固体圧式変形試験機を用いるが，このタイプの試験機は力学データの精度が低いため，力学データにはKido et al. (2016) による差応力測定値の補正則を適用した．実験試料には人工的に合成された斜長石の多結晶焼結体を用いた．封圧を変化させて強度に対する水のフュガシティの効果を調べた．また，水を浸透させるための保持時間と変形時間を変え，水の拡散に与える変形の影響を評価した．実験後の回収試料については，偏光顕微鏡及び電子顕微鏡を用いて組織観察を行ったほか，赤外分光光度計により含水量を測定した．水を加えた試料は加えていないものに比べて著しい強度低下を示し，また，強度は含水量の増加と共に低下する傾向があった．同様の焼結体試料に対して低圧条件で実験を行った先行研究（Rybacki and Dresen, 2000 など）が提案した構成則からの外挿値と比べ，高圧条件での強度は低いものであり，高圧条件において岩石の塑性変形を促進する水の効果が大きいことが明らかになった．また，変形時間の異なる試料の含水量測定の結果から，岩石内部の水の拡散が変形によって促進されている可能性が示唆された．下部地殻において，岩石の変形が水の浸透を促進し岩石の弱化の原因となり，歪局所化をもたらす可能性が示された．

下部地殻において水は塑性変形を促進させることで岩石を軟化させ，上部地殻の断層へ応力集中を引き起こし，地震発生の引き金となる．従って下部地殻の力学特性を決定することが重要であるが，下部地殻に相当する高温・高圧条件で，水が岩石の強度にどの程度影響を与えるか定量的にはよく分かっていない．また，変形する岩石内部を水がどのように拡散するのかよく分かっていない．上述の問題を解決するために下部地殻の主要構成鉱物である斜長石の変形実験を行った．実験にはGriggs型固体圧式変形試験機を用いるが，このタイプの試験機は力学データの精度が低いため，力学データにはKido et al. (2016) による差応力測定値の補正則を適用した．実験試料には人工的に合成された斜長石の多結晶焼結体を用いた．封圧を変化させて強度に対する水のフュガシティの効果を調べた．また，水を浸透させるための保持時間と変形時間を変え，水の拡散に与える変形の影響を評価した．実験後の回収試料については，偏光顕微鏡及び電子顕微鏡を用いて組織観察を行ったほか，赤外分光光度計により含水量を測定した．水を加えた試料は加えていないものに比べて著しい強度低下を示し，また，強度は含水量の増加と共に低下する傾向があった．同様の焼結体試料に対して低圧条件で実験を行った先行研究（Rybacki and Dresen, 2000 など）が提案した構成則からの外挿値と比べ，高圧条件での強度は低いものであり，高圧条件において岩石の塑性変形を促進する水の効果が大きいことが明らかになった．また，変形時間の異なる試料の含水量測定の結果から，岩石内部の水の拡散が変形によって促進されている可能性が示唆された．下部地殻において，岩石の変形が水の浸透を促進し岩石の弱化の原因となり，歪局所化をもたらす可能性が示された．