[S-CG63] 地球惑星科学におけるレオロジーと破壊・摩擦の物理

[SCG63-P08] 三軸圧縮試験による超苦鉄質岩と苦鉄質岩のダイラタンシーの評価

*赤松 祐哉¹、畠山 航平¹、片山 郁夫¹ (1.広島大学)

キーワード：ダイラタンシー、かんらん岩、苦鉄質岩、三軸圧縮試験、モホ面

モホロビチッチ不連続面は地震波速度の不連続で定義されるが，その物質学的な実体は未だ完全に明らかになっておらず，観測により得られた地震波速度構造を説明する物質モデルが求められている．現在では，オフィオライトの構造などから，マントル物質と地殻物質の境界がモホ面であるとするモデルが有力とされているが（例えば，荒井・阿部，2008），反射波の観測データからは，モホ面がそのようなシャープな岩層境界であれば説明できない速度構造の異常がいくつか報告されている（例えば，笠原ほか，2008）．地震波速度は空隙率の影響を大きく受けるため，変形中の岩石に発達するクラックによる非弾性体積膨張（ダイラタンシー）が岩石の地震波速度を低下させ，モホ面での地震波速度の不連続に異常を及ぼしている可能性ある．そこで本研究は，それぞれ地殻とマントルを構成する苦鉄質岩と超苦鉄質岩を用いて三軸圧縮試験を行い，それぞれの岩層でのダイラタンシーに関する性質を調べた．
　試料には幌満かんらん岩・苦鉄質グラニュライトを用い，それらを直径20 mm，高さ40 mmの円柱状に成形したものを使用して三軸圧縮試験を行った．実験は容器内変形透水試験機を用いて室温下で行い，封圧は20 MPa，変位速度は0.01 mm/minとした．変形中の軸歪みと周歪みの測定には歪みゲージを用い，その解析から弾性的性質およびダイラタンシーに関する性質を調べた．
　かんらん岩と苦鉄質岩のダイラタンシー開始応力は，それぞれ最大応力の40~65 %，75 %以上となり，岩石種によって異なる傾向を示した．先行研究から花崗岩のダイラタンシー開始応力は最大応力の30~60 %であることが報告されているが（例えば，Brace et al. 1966），苦鉄質岩は概ねその範囲に収まっている一方，かんらん岩はその範囲を超える値となった．非弾性体積膨張の大きさは苦鉄質岩とかんらん岩でそれぞれ試料体積の0.6~1.0 %，0.3 %以下となり，これも岩石種によって傾向が異なった．苦鉄質岩は先行研究の花崗岩に比べて同程度の非弾性体積膨張であるのに対し，かんらん岩は顕著に小さい値を示した．ダイラタンシー開始応力と非弾性体積膨張は岩石の弾性的性質と関係していると考えられ，ヤング率が高い岩石ほどダイラタンシーの開始は遅れ，非弾性体積膨張は小さくなる傾向を示した．これは理論的に予測されているモデルと調和的であり，クラックの生成とクラックのアスペクト比が，ダイラタンシーの開始と非弾性体積膨張にそれぞれ寄与していることが本実験結果から示唆された．苦鉄質岩とかんらん岩において，以上のようなダイラタンシーに関する性質の違いが見られたことは，モホ面を構成する地殻とマントルにおいてクラックの分布や形状に違いがあることを示唆し，地震波速度の不連続に影響を与えている可能性があるといえる．