[T13-P-3] (entry) Constraints on the depth and the stable fluid pressure for shear veins: Yokonami mélange, The Cretaceous Shimanto Belt
Keywords:fluid pressure, shear vein, mélange, Fault, failure criterion
はじめに：流体圧は断層のすべり強度に大きく影響する。断層形成の挙動を理解するためには天然において流体圧がどの程度影響を及ぼしているのか定量化する必要がある。これまで、断層中の鉱物脈に含まれる流体包有物の解析から断層形成時の流体圧が推定できていたが、その推定された流体圧の深度によって解釈が異なるため、その断層強度への影響度の定量化を難しくしていた。しかし、先行研究で引張クラックの形成条件と天然から得られた流体圧を用いて断層形成時の深さ、岩石の引っ張り強度を制約することができた[Hosokawa and Hashimoto, 2022]。また、正断層応力状態と逆断層応力状態では流体圧に大きな差があることが分かった。この手法を剪断脈に発展させて考え、剪断破壊の条件に天然の情報を組み合わせ、形成深度と流体圧比λ（静岩圧に対する流体圧の割合）を制約する。 地質概説：横浪メランジュは西南日本の高知県土佐市横浪半島を南北に約2kmの幅を持ったメランジュ相である。黒色頁岩を基質とし、砂岩、泥岩、赤色頁岩、多色頁岩、チャート、石灰岩、玄武岩のブロックで構成されている。メランジュ構造を小断層が多数発達しており、厚さ約数mm~数cmの鉱脈を伴っており、この鉱物脈を伴う小断層の分布が海洋底層序に規制されていることから底付け付加前の小断層とされている。鉱物脈の流体包有物から推定されている、剪断脈形成時の温度・圧力はおよそ175~225℃、143~215MPaである。横浪メランジュの最北端に位置する五色ノ浜断層はコヒーレント相である須崎層の境界である。主に泥質岩で構成されている厚さ約2~3ｍの脆性破砕帯で、シュードタキライトに似た流動組織が見つかっている。また、ビトリナイト反射率から推定された古地温構造では五色ノ浜断層には温度ギャップがなく、断層近傍に小断層が多く発達しているものの鉱物脈は少ない。 手法：横浪メランジュの小断層古応力解析から、正断層応力場と逆断層応力場の二つの応力場が推定され、これらは地震サイクルに伴う応力の転換であると解釈されている[Hosokawa and Hashimoto, 2022]。得られた2つの応力解のそれぞれについて、各小断層面の垂直応力σnと剪断応力τを差応力を正規化して計算し、それらをモール円上にプロットしたのち、θr（最大主応力と断層面のなす角）を算出した。岩石破壊理論においてθrは流体圧の指標となる。 結果：推定されたθrについて、正断層応力場では最頻値が70°～85°と高角、逆断層応力場では最頻値が5°～30°と低角であった。 議論：岩石破壊理論から差応力と流体圧比の関係が得られており、θrの存在領域が制約できる。逆断層応力場でθrが高角な場合、低い差応力で引張クラック形成条件にキャップされることから、λの上限1.05（流体圧が215MPaの時）が制約される。このとき、引張クラックの最低流体圧は垂直荷重と引張強度の差であり、引張強度を10MPa程度とすると、垂直荷重は205MPaであり、深度にして8km程度となる。また、λの下限はこの８kmと最低流体圧143MPaから、0.7程度となる。 Terakawa et al. (2012)では、深度が既知の地震の発進機構を用いて応力解析を行い、最低流体圧が静水圧としたときの摩擦すべりの条件と地震発生深度からモールの円のサイズを求めて、各地震断層面にかかる相対的な流体圧の時空間変化をとら捉えようとした。本研究で得たθrからもTerakawa et al. (2012)と同じ手法で流体圧を求めることは可能だが、得られた流体圧は天然から得られた流体圧よりも優位に低い。これは、流体圧の下限が静水圧よりも高いことをしめしている。すなわち流体圧の下限は深度約8kmで143MPaと言え、これが剪断脈形成時の背景となる流体圧環境であったことを示唆している。この環境から差応力の大きさを制約する必要がある。その際、θrが高角であると高い流体圧で小さな差応力になる傾向があるといえる。 引用文献：Hosokawa and Hashimoto, 2022, Scientific reports; Hashimoto et al., 2014, Tectonics; Terakawa et al.,2012, Journal of geophysical research