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[R13-P-3] （エントリー）沈み込み帯ルーフスラスト・OSTの破壊伝播：四万十帯牟岐メランジュ南阿波断層・水落断層の例
キーワード：カルサイト、四万十帯、ビトリナイト、付加体、ルーフスラスト、アウトオブシーケンススラスト、破壊伝播
【はじめに】
近年, プレート境界の巨大地震の際の破壊はどのように伸長し, どの程度の深度まで伝播するのか盛んに議論されている(Sakaguchi et al., 2011 など). 本研究地, 白亜系牟岐メランジュには震源断層としてのルーフスラストとOSTの地表露頭が報告されており(Onishi and Kimura., 1995; Hashimoto and Kimura., 1999; Ujiie et al., 2000など), 同一メランジュ中の同レベルの埋没深度における２つの主要な断層を比較するのに最適である. 一般的に地震発生の直前には震源核から破壊が周囲に伝播するが, その際に断層近傍には高い応力集中が発生する. 本研究ではカルサイト応力計を用いて, ルーフスラストとOSTの応力集中の違いの考察, 及びビトリナイト反射率を用い断層近傍から遠地に至る古地温・熱拡散を推定, それらの結果から破壊抵抗の程度を考え, 巨大地震断層における破壊伝播の仕方を議論することを目的とする.
【地質概要】
本研究地牟岐メランジュは四国南東部に位置し, 四国四万十帯北帯南縁に属する. 牟岐メランジュは地表に現れたプレート境界岩であるテクトニックメランジュとされる (Onishi and Kimura., 1995; Hashimoto and Kimura., 1999; Ujiie et al., 2000など). 上位にタービダイト相の日和佐層があり, 境界断層である南阿波断層を挟んで牟岐メランジュとなる. 牟岐メランジュは大規模なデュープレックス構造で特徴づけられ, 南阿波断層はそのルーフスラストにあたり, シュードタキライトを含む震源断層である(Kitamura et al., 2005; Ujiie et al., 2007b). 牟岐メランジュはOSTである水落(みぞおち)断層によりUpper sectionとLower sectionに分けられる．このOSTは堆積年代や古地温に大きな差異が生じるほど累積変位量が大きい.
【研究手法】
・カルサイト双晶応力計：岩石中のカルサイトが歪みを受けると双晶として記録する性質を利用した地質応力計である. 本研究ではブーディン中のクラック充填をするカルサイトを用いた.
・ビトリナイト反射率温度計：植物片が熱成熟し石炭化する過程で, マセラルの一種であるビトリナイトは最大被熱を記録する性質がある. その性質を利用した地質温度計である.
【結果】
南阿波断層近傍の古応力は約146±27MPa~183±24MPaであった．水落断層の古地温は上盤が約200-244℃，下盤が150-185℃と温度差が確認され，断層周辺の古応力は約135±16MPa~約179±22MPaであった. これが断層から遠地では123±18MPa~139±17MPaに減衰する．応力値が断層から遠地に向かうにつれ減少し一定になる箇所は剪断運動に伴う瞬間的な応力ではなく広域的な地殻内応力であると考えられる. 断層近傍での高い剪断応力は, 破壊伝播時の応力集中によるものであると考えられ, その応力集中のレベルは測定結果から, 両断層ともに同程度であった.
【議論】
ルーフスラストとOSTは, 両者のセッティングが異なるにもかかわらず応力集中レベルが同等になった理由として, 以下のことが考えられる. プレート境界付近のアクティブな領域では多数の分岐断層が発達し, 巨大地震の際にどの面を用い破壊が伝播したのかは明白ではない。言い換えれば, 破壊核からの破壊伝播はプレート境界で選択的ではなく力学的な弱面に伝播すると考えられる. 本研究の結果から牟岐メランジュに発達するルーフスラストとOSTにおいて破壊伝播にかかる応力集中のレベルに差異はなく, どちらも同じくらいの破壊抵抗が生じたものと考えられる. これがルーフスラストとOSTのどちらにも伝播し得る理由なのだろうと考える.
【文献】
Ujiie et al., 2000 Journal of Geophysical Research 105, 25729–25741
Ujiie et al., 2007 Journal of Structural Geology, 29, 599-613 Kitamura et al., 2005 Tectonics, 24, TC5012
Sakaguchi et al., 2011 Geophysical Research Letters, 38
Sakaguchi et al., 2011 Geology published online
Sweeney, J.J. and Burnham, A.K., 1990, The American Association of Petroleum Geologists Bulletin, 74, No.10 Hashimoto et al., 1999 Tectonics, V.18, No.1, 92-107
近年, プレート境界の巨大地震の際の破壊はどのように伸長し, どの程度の深度まで伝播するのか盛んに議論されている(Sakaguchi et al., 2011 など). 本研究地, 白亜系牟岐メランジュには震源断層としてのルーフスラストとOSTの地表露頭が報告されており(Onishi and Kimura., 1995; Hashimoto and Kimura., 1999; Ujiie et al., 2000など), 同一メランジュ中の同レベルの埋没深度における２つの主要な断層を比較するのに最適である. 一般的に地震発生の直前には震源核から破壊が周囲に伝播するが, その際に断層近傍には高い応力集中が発生する. 本研究ではカルサイト応力計を用いて, ルーフスラストとOSTの応力集中の違いの考察, 及びビトリナイト反射率を用い断層近傍から遠地に至る古地温・熱拡散を推定, それらの結果から破壊抵抗の程度を考え, 巨大地震断層における破壊伝播の仕方を議論することを目的とする.
【地質概要】
本研究地牟岐メランジュは四国南東部に位置し, 四国四万十帯北帯南縁に属する. 牟岐メランジュは地表に現れたプレート境界岩であるテクトニックメランジュとされる (Onishi and Kimura., 1995; Hashimoto and Kimura., 1999; Ujiie et al., 2000など). 上位にタービダイト相の日和佐層があり, 境界断層である南阿波断層を挟んで牟岐メランジュとなる. 牟岐メランジュは大規模なデュープレックス構造で特徴づけられ, 南阿波断層はそのルーフスラストにあたり, シュードタキライトを含む震源断層である(Kitamura et al., 2005; Ujiie et al., 2007b). 牟岐メランジュはOSTである水落(みぞおち)断層によりUpper sectionとLower sectionに分けられる．このOSTは堆積年代や古地温に大きな差異が生じるほど累積変位量が大きい.
【研究手法】
・カルサイト双晶応力計：岩石中のカルサイトが歪みを受けると双晶として記録する性質を利用した地質応力計である. 本研究ではブーディン中のクラック充填をするカルサイトを用いた.
・ビトリナイト反射率温度計：植物片が熱成熟し石炭化する過程で, マセラルの一種であるビトリナイトは最大被熱を記録する性質がある. その性質を利用した地質温度計である.
【結果】
南阿波断層近傍の古応力は約146±27MPa~183±24MPaであった．水落断層の古地温は上盤が約200-244℃，下盤が150-185℃と温度差が確認され，断層周辺の古応力は約135±16MPa~約179±22MPaであった. これが断層から遠地では123±18MPa~139±17MPaに減衰する．応力値が断層から遠地に向かうにつれ減少し一定になる箇所は剪断運動に伴う瞬間的な応力ではなく広域的な地殻内応力であると考えられる. 断層近傍での高い剪断応力は, 破壊伝播時の応力集中によるものであると考えられ, その応力集中のレベルは測定結果から, 両断層ともに同程度であった.
【議論】
ルーフスラストとOSTは, 両者のセッティングが異なるにもかかわらず応力集中レベルが同等になった理由として, 以下のことが考えられる. プレート境界付近のアクティブな領域では多数の分岐断層が発達し, 巨大地震の際にどの面を用い破壊が伝播したのかは明白ではない。言い換えれば, 破壊核からの破壊伝播はプレート境界で選択的ではなく力学的な弱面に伝播すると考えられる. 本研究の結果から牟岐メランジュに発達するルーフスラストとOSTにおいて破壊伝播にかかる応力集中のレベルに差異はなく, どちらも同じくらいの破壊抵抗が生じたものと考えられる. これがルーフスラストとOSTのどちらにも伝播し得る理由なのだろうと考える.
【文献】
Ujiie et al., 2000 Journal of Geophysical Research 105, 25729–25741
Ujiie et al., 2007 Journal of Structural Geology, 29, 599-613 Kitamura et al., 2005 Tectonics, 24, TC5012
Sakaguchi et al., 2011 Geophysical Research Letters, 38
Sakaguchi et al., 2011 Geology published online
Sweeney, J.J. and Burnham, A.K., 1990, The American Association of Petroleum Geologists Bulletin, 74, No.10 Hashimoto et al., 1999 Tectonics, V.18, No.1, 92-107