[S-SS15] 地震発生の物理・断層のレオロジー

[SSS15-P11] 弾性波速度と減衰の関係 -含水条件での花崗岩の例-

*山田 恵也¹、澤山 和貴²、片山 郁夫¹ (1.広島大学、2.九州大学)

キーワード：弾性波減衰、弾性波速度、間隙水圧、花崗岩、マイクロクラック

地震波減衰や地震波速度は, 岩石中のマクロクラックや間隙流体に強く依存し, これらは地殻中の岩石の状態を理解するために地震波探査において重要な物性である. また, 間隙水圧の上昇は, 有効圧を減少させるため地震発生の引き金となり得る. 間隙水圧の変化を定量的に観測することは, 地震発生の予測につながることが期待される. したがって, 間隙水圧の増加によって地震波減衰や速度がどれほど変化するかを定量的に調べることが不可欠である. 以前の実験的研究では, 主に堆積岩における弾性波減衰の測定がなされており, 火成岩の減衰データが乏しい. さらには, 岩石中のマイクロクラックの量や間隙水圧の変化に着目した研究は, ほとんど行われていない. 本研究では, 無水および含水条件で静水圧試験中の弾性波減衰および速度を測定し, マイクロクラックや間隙流体が弾性波減衰に与える影響について検証した.
　本研究の全ての実験において香川県の庵治地域で採取される細粒花崗岩を使用し, その空隙率は大気圧下で約0.8 %である. 試料は, 同じブロックからコアリングをし, 直径25 mm, 長さ20 mmの円筒形に成形した. 静水圧試験は, 広島大学設置の容器内変形透水試験を用いて室温下で行い, 封圧は, 5 MPaから200 MPaまで増加させた. 弾性波は, 圧電素子（P波およびS波）を貼り付けた2つのアルミニウムスペーサーで試料を挟みパルス透過法で測定した. 弾性波減衰（Q^-1）は, アルミニウムをリファレンスとしてスペクトル比法から推定した. 弾性波速度（V）は, 圧電素子間の距離とそれを通過する時間の関係から算出した. また, 試料の側面にひずみゲージを直接貼り付けることで軸および周ひずみを同時に測定した. 記録したひずみデータから体積ひずみを計算し圧力による空隙率の変化を定量的に推定した.
　封圧の増加に伴いP波減衰（Qp^-1）は減少する一方で, 弾性波速度（Vp, Vs）は増加した. 弾性波減衰, 速度ともに低封圧下での変化が大きく, 高封圧では横ばいになる傾向が見られた. これは, 岩石中のクラックが閉鎖・固定されることに起因すると考えられる. 5 MPaから200 MPaまで封圧を増加させると, VpとVsは18-20 %増加するのに対し, Qp^-1は80 %減少した. したがって, 弾性波減衰は, 速度よりも岩石中のクラック量に敏感である. 空隙率に関しては, 封圧を200 MPaまで増加させることにより初期の空隙率から35 %減少した. この結果からもクラックの閉鎖が減衰の減少および速度の増加を引き起こすと考えられる.
　今後の課題としては, ⑴S波減衰（Qs^-1）の測定, ⑵含水条件下での測定, ⑶マイクロクラックの定量的な評価があげられる. これらのデータを組み合わせることで、含水条件における弾性波速度と減衰の関係を議論する予定である.