4:30 PM - 7:00 PM
[T3-P-1] (entry) Constraint on slip velocity using grain size of dynamic recrystallization of quartz in the Yokonami melange, the Cretaceous Shimanto Belt
Keywords:slow earthquake, accretionary complex, dynamic recrystallization, seismogenic fault
近年,地球物理学的手法により発見されたスロー地震は,汎世界的な現象であることが明らかとなり,スロー地震と巨大地震との関連が注目されている. 物理観測では空間的な相互作用を理解することが難しいため,空間分解能が高い地質学的手法でのスロー地震の化石認定が鍵となるが,決定的な証拠は未発見である. そこで,本研究では巨大地震とスロー地震の断層岩が共存していることの認定を目指し, 陸上付加体において遅い変形を示す石英の結晶塑性変形組織が見られる巨大地震の化石を含む断層を対象に,遅い変形を起こした際の被熱温度とすべり速度の定量化を目的とした. 対象の断層は,四国白亜系四万十帯に属する横浪メランジュの北縁断層である五色ノ浜断層で,摩擦発熱による溶融を示すシュードタキライトが見られ,地震断層の化石と認定されている. 地震断層は厚さ約1 ㎜,破砕帯は厚さ約20 ㎝である. 母岩の過去の最高被熱温度はビトリナイト反射率によって約250 ℃と報告されている. 断層岩の微細組織観察から,直線的な断層の周囲で石英質なブロックが泥質な基質に囲まれている変形帯になっており,ブロックは断層とほぼ平行に配列している. また,泥質の基質はブロックを囲むような流動的な変形をしており,石英ブロックの中には波状消光や動的再結晶組織が見られた. 被熱温度の推定には,塑性変形を起こしている石英の粒径を用いるStipp et al.(2002)の手法を採用した. また,同様にStipp et al.(2002)の手法で温度からひずみ速度を推定し,すべり速度を求める計算を行った. ただし,Stipp et al.(2002)の研究対象はほとんどが石英で構成されている岩体であるため,流体圧を無視することでひずみ速度,すべり速度の推定までを行うことができている. 一方,本研究の対象は塑性変形した石英が不均質に分布していることから,流体圧の不均質な分布を示唆しており,流体圧を無視することができない. さらに差応力自体が不均質である可能性もある. よって,得られるすべり速度は流体圧を無視した最低速度の制約となる. 分析の結果,過去の最高被熱温度は299-324 ℃と推定され,母岩の過去の最高被熱温度よりも高く,過去,断層帯に発熱イベントがあったことを示唆する. また,この温度は観察範囲である断層の中心から約15 ㎜の地点までほぼ一定であった. これらの推定被熱温度を用いて計算した推定すべり速度は約10⁸ m/yearで,プレート運動よりも遅かった. なお,このすべり速度は最低速度の制約に過ぎないものの,破砕帯20 cmの泥質基質を含めた全体のすべりが不足分のすべり速度を補っていることを示唆する. ここで,断層から約15 mmに渡って発熱温度が一定である点に着目し,発熱帯の厚さが1 mmと20 cmの場合について,異なるすべり速度での摩擦発熱による熱拡散パターンの時間発展を計算し,この熱拡散パターンが天然の温度分布と一致するときのすべり速度とすべり時間を制約した. 結果,発熱帯が厚さ1 mmの場合すべり速度は10⁻⁵ -10⁻⁶ m/s,すべり時間は10⁴ -10⁷ sと推定され,20 cmの場合すべり速度は10⁻¹ -10⁻⁶ m/sまで広い範囲が許容され,すべり時間は10⁰ -10⁷ sと推定された. 最後に,本研究の結果を過去に観測された地震データと比較する. まず,これまでに物理学的に観測されている地震のデータは,地震の規模Moとすべり時間Tdで表現することができ,通常地震とスロー地震ではMoとTdの関係が異なっていることが既に明らかとなっている(Ide et al., 2007). このMoは,単位面積・単位時間あたりの熱量Qに変換することができる. また,Qはすべり速度,上載圧,摩擦係数の積であり,制約されたすべり速度に上載圧10⁸ MPa, 摩擦係数10⁻¹を与えて地質学的なQを得た. 過去に観測された地震データのTdと,Moを変換することで得られたQの関係を表したグラフに,本研究で得られたTdとQをプロットすると,シミュレーションによって許容されたすべり速度とすべり時間が,過去に観測されたスロー地震と一致する場合が多いことがわかった. 以上のことから,五色ノ浜断層で見られる結晶塑性変形した石英は,スロー地震を記録している可能性が十分あると考えられ,スロー地震と通常の巨大地震が同じ断層で起こっていという可能性も示唆される. ただし,温度の独立決定を行って確度を高めること,断層からさらに離れた地点の温度分布からすべり挙動を制約することが課題である. また,熱源が高温流体である可能性を否定できないため,岩石-流体間反応の検討も必要である.Stipp, M et al., 2002, Journal of Structural Geology: Ide, S et al., 2007, Nature