09:15 〜 09:30
[T1-O-2] 地震時の動的すべり後の急激な断層強度回復プロセス
キーワード：地震、断層、強度回復
地震時の動的な高速断層すべり時には、断層沿いに摩擦熱が必然的に発生し、それに伴って断層の強度が著しく低下する。地震時に強度を失ったこの断層が、地震後にどれだけ早く強度を回復できるかは、地震の再来周期およびそれを規定している要因を探る上で重要である。断層の強度回復に関する研究は、「すべり―固着―すべり」摩擦実験（SHS実験）によって1970年代から盛んに行われてきた。しかし、当時の実験時のすべり速度は10-7~10-5m/s程度であり、地震時の>10-1m/sに及ぶ高速断層運動を再現するものではなかった。2000年代になってようやく高速断層運動が実験室で再現できるようになり、Mizoguchi et al., (2006）によって地震後の強度回復がはじめて調べられた。その結果、地震後に断層の強度は急速に回復することが報告された。しかし、その強度回復の物理化学的プロセスの詳細は不明のままであった。そこで本研究では、地震時のすべり速度を再現した高速SHS実験を行い、力学データとそれを規定する物理化学プロセスを、回収試料の微細構造組織観察と顕微ラマン分析をから調べた(Bedford et al., 2023)。
実験には高知コア研究所に設置している低～高速剪断試験機を用い、すべり速度0.57 m/s、垂直応力1.5MPaの室温湿条件で、断層面近傍の温度を熱電対で測定しながら実験を行った。実験試料には花崗岩と斑レイ岩を粒径63~125umに砕いた模擬ガウジ試料を用いた。実験の結果、（１）動的すべり停止直後から断層の強度は数十秒のオーダーで急速に回復すること、（２）その回復速度は従来行われてきた動的すべりを伴わない低速SHS実験で観察される回復速度（e.g., Dieterick, 1972）よりも1～2桁速いこと、そして（３）急激な強度回復が終了した後は低速SHS実験で得られた回復速度と同じオーダーになることが明らかとなった。動的すべり直後の急速な断層の強度回復は、強度回復時にガウジ内の圧密がほとんど進行していないことから、ガウジ粒子の摩擦接触域のクリープ変形ではなく、摩擦発熱した接触域における化学結合の変化に起因する可能性があることがわかった。
本研究によって、地震断層は地震時の摩擦発熱の影響で断層すべりが停止した後に急速にその強度が回復することが明らかとなった。このことは、地震の再来周期は、断層の強度回復過程ではなく、テクトニックな応力蓄積速度や断層すべりの安定性を支配するパラメーターの時間変化に規定されることを示唆している。
Dieterich, J. H. (1972) Time dependent friction in rocks, J. Geophys. Res., 77, 3690–3697.
Mizoguchi, K., Hirose, T., Shimamoto, T., & Fukuyama, E. (2006) Moisture related weakening and strengthening of a fault activated at seismic slip rates, Geophys. Res. Lett., 33, L16319, doi:10.1029/2006GL026980.
Bedford, J. D., Hirose, T., & Hamada, Y. (2023) Rapid fault healing after seismic slip. J. Geophys. Res., 128, e2023JB026706, doi:10.1029/2023JB026706.
実験には高知コア研究所に設置している低～高速剪断試験機を用い、すべり速度0.57 m/s、垂直応力1.5MPaの室温湿条件で、断層面近傍の温度を熱電対で測定しながら実験を行った。実験試料には花崗岩と斑レイ岩を粒径63~125umに砕いた模擬ガウジ試料を用いた。実験の結果、（１）動的すべり停止直後から断層の強度は数十秒のオーダーで急速に回復すること、（２）その回復速度は従来行われてきた動的すべりを伴わない低速SHS実験で観察される回復速度（e.g., Dieterick, 1972）よりも1～2桁速いこと、そして（３）急激な強度回復が終了した後は低速SHS実験で得られた回復速度と同じオーダーになることが明らかとなった。動的すべり直後の急速な断層の強度回復は、強度回復時にガウジ内の圧密がほとんど進行していないことから、ガウジ粒子の摩擦接触域のクリープ変形ではなく、摩擦発熱した接触域における化学結合の変化に起因する可能性があることがわかった。
本研究によって、地震断層は地震時の摩擦発熱の影響で断層すべりが停止した後に急速にその強度が回復することが明らかとなった。このことは、地震の再来周期は、断層の強度回復過程ではなく、テクトニックな応力蓄積速度や断層すべりの安定性を支配するパラメーターの時間変化に規定されることを示唆している。
Dieterich, J. H. (1972) Time dependent friction in rocks, J. Geophys. Res., 77, 3690–3697.
Mizoguchi, K., Hirose, T., Shimamoto, T., & Fukuyama, E. (2006) Moisture related weakening and strengthening of a fault activated at seismic slip rates, Geophys. Res. Lett., 33, L16319, doi:10.1029/2006GL026980.
Bedford, J. D., Hirose, T., & Hamada, Y. (2023) Rapid fault healing after seismic slip. J. Geophys. Res., 128, e2023JB026706, doi:10.1029/2023JB026706.