14:30 〜 14:45
[SSS07-09] 回転摩擦試験時にすべり面を透過した弾性波からわかるすべり面の性質
キーワード：透過弾性波、ガウジ層、摩擦係数
誘発地震発生を制御するためには断層摩擦の情報が不可欠である。しかしながら、せん断すべりが発生している摩擦面を直接観察することはできない。そこで、透過弾性波を用いて、摩擦面の状態を測定することを考える。Fukuyama et al. (2017)は、回転せん断摩擦試験機を用い、すべり面に弾性波を透過させ、すべり面の摩擦係数と透過波振幅の変化の関係を調べた。Fukuyama et al.(2017)では、実験により模擬断層を横切る透過弾性波の最大振幅と摩擦係数には相関があることを確認し、このような振幅の変化はガウジ層内の空隙の大きさの変化に起因していると示唆している。これを踏まえて、本研究では、断層面に空隙を含むクラック群を分布させ、模擬ガウジ層を形成した。この不均質構造を含む岩石試料モデル中を伝播する波動を差分法を用いた波動場計算コードOpenSWPC(Maeda et al., 2017)により計算し、透過弾性波を再現した。計算波形をFukuyama et al.(2017)の実験で得られた透過波のデータと比較することで、せん断すべり中の断層面内のガウジ層の不均質構造の推定を目指す。
まず、センサー特性の校正を行うために、直径 38 mm、高さ 82.5 mmのすべり面のない円柱供試体を用いて弾性波透過試験を行った。供試体の上下面にFukuyama et al. (2017) と同じ圧電素子をつけ、発振器と増幅器で振幅50 Vで周波数 500 kHzのhalf-cosine波を0.005 s間隔で上面の圧電素子に入力した。圧電素子が生成する弾性波が供試体内を伝わり、下面の圧電素子により弾性波を電圧の信号を記録する。差分計算では、グリッド数481×481×826の空間内に試料をグリッド間隔 0.1 mmの円柱として表現し、Fukuyama et al. (2017)で用いられている変はんれい岩の密度 2.980 kg/m3と上記の実験で得たP波速度 5729 m/s、S波速度 3308 m/sを与えた。時間刻みは5.0×10-9 sとした。円柱の上面の中心に上記の試験と同様に2.0×10-6 sの周期を持つhalf-cosineの震源時間関数を面に対して垂直に入力し、3次元差分計算により試料内の波動場を計算し、試料下端に相当する点の振動を速度波形として取得した。圧電素子で測定した弾性波の電圧波形と計算で得られた弾性波の速度振幅波形をそれぞれフーリエ変換し、圧電素子の応答関数を求めた。
Fukuyama et al. (2017)で得られた波形との比較の行ためにFukuyama et al.(2017)で使用した円柱供試体をもとに、試料を直径 25.05 mm、高さ 70 mm、グリッド間隔 0.1 mmの円柱で表現し、グリッド数351×351×700の空間内に作成した。タイムステップは5.0×10-9 sとして10000ステップ計算した。円柱部分は、Fukuyama et al. (2017)で使用した物性値(密度 2.980 kg/m3、P波速度 6919 m/s、S波速度 3631 m/s)を用い、円柱外側部分は真空とした。円柱の上面の中心に2.0×10-6 sの周期を持つhalf-cosineの震源時間関数を面に対して垂直に入力した。ガウジ層を表現するクラックは、P波速度 1000m/s、S波速度 500m/s、密度 0.001 kg/m3の疑似空隙を設定した。クラック群は、上面から34.5 mmの部分に波動伝播方向と垂直に作成し、層内のクラック密度を1/9~1/2の範囲で変化させた。計算波形に圧延素子の応答関数をかけた波形とFukuyama et al. (2017) で得られた波形との比較を行い、クラック密度パラメータの時間変化を推定する。
まず、センサー特性の校正を行うために、直径 38 mm、高さ 82.5 mmのすべり面のない円柱供試体を用いて弾性波透過試験を行った。供試体の上下面にFukuyama et al. (2017) と同じ圧電素子をつけ、発振器と増幅器で振幅50 Vで周波数 500 kHzのhalf-cosine波を0.005 s間隔で上面の圧電素子に入力した。圧電素子が生成する弾性波が供試体内を伝わり、下面の圧電素子により弾性波を電圧の信号を記録する。差分計算では、グリッド数481×481×826の空間内に試料をグリッド間隔 0.1 mmの円柱として表現し、Fukuyama et al. (2017)で用いられている変はんれい岩の密度 2.980 kg/m3と上記の実験で得たP波速度 5729 m/s、S波速度 3308 m/sを与えた。時間刻みは5.0×10-9 sとした。円柱の上面の中心に上記の試験と同様に2.0×10-6 sの周期を持つhalf-cosineの震源時間関数を面に対して垂直に入力し、3次元差分計算により試料内の波動場を計算し、試料下端に相当する点の振動を速度波形として取得した。圧電素子で測定した弾性波の電圧波形と計算で得られた弾性波の速度振幅波形をそれぞれフーリエ変換し、圧電素子の応答関数を求めた。
Fukuyama et al. (2017)で得られた波形との比較の行ためにFukuyama et al.(2017)で使用した円柱供試体をもとに、試料を直径 25.05 mm、高さ 70 mm、グリッド間隔 0.1 mmの円柱で表現し、グリッド数351×351×700の空間内に作成した。タイムステップは5.0×10-9 sとして10000ステップ計算した。円柱部分は、Fukuyama et al. (2017)で使用した物性値(密度 2.980 kg/m3、P波速度 6919 m/s、S波速度 3631 m/s)を用い、円柱外側部分は真空とした。円柱の上面の中心に2.0×10-6 sの周期を持つhalf-cosineの震源時間関数を面に対して垂直に入力した。ガウジ層を表現するクラックは、P波速度 1000m/s、S波速度 500m/s、密度 0.001 kg/m3の疑似空隙を設定した。クラック群は、上面から34.5 mmの部分に波動伝播方向と垂直に作成し、層内のクラック密度を1/9~1/2の範囲で変化させた。計算波形に圧延素子の応答関数をかけた波形とFukuyama et al. (2017) で得られた波形との比較を行い、クラック密度パラメータの時間変化を推定する。