[S-SS15] 地震発生の物理・断層のレオロジー

[SSS15-P04] 断層内における複合面構造の発達とその物理的描像

福家 朱莉¹、*廣野 哲朗¹、湯川 諭¹ (1.大阪大学 大学院 理学研究科 宇宙地球科学専攻)

キーワード：複合面構造

主要な岩石・鉱物の摩擦係数は、低速から高速に至る広い滑り速度域で、体系的に調査されている。滑り速度0.1 m/s以下において、ほとんどの岩石・鉱物の摩擦係数は0.6～0.85を示すが、0.1 m/sを超えた高速域になると、滑りに伴う強度弱化を起こし、摩擦係数は0.1～0.4まで低下する。このような断層滑り挙動を物質科学的に理解するため、室内実験で地震性滑りを再現し、変形構造の観察が実施されている。しかし、先行研究では、同一岩種の広い滑り速度域における、滑り挙動と変形構造の対応は考慮されていない。

そこで本研究では、その対応関係の解明を目的とし、火山砕屑性堆積物を用いた室内摩擦実験を実施した。滑り速度は0.0002〜1.0 m/sの広い速度域を設定し、実験前後試料の鉱物組成定量分析および微小構造観察を行った。その結果、滑り弱化挙動を起こさなかった低すべり速度域では、鉱物粒子の選択的定向配列およびR₁剪断面の発達が観察され、滑り弱化挙動を起こしていた高速域では、Y剪断面の発達が観察された。

しかし、摩擦実験前後の状態のみの観察では、構造発達の全容を把握できないため、数値計算を用いて時間ステップ単位及び粒子単位での状態変化の物理的な描像化を試みた。摩擦実験を模擬した個別要素法数値計算を行い、各滑り速度における、粒子の摩擦挙動と粒子に作用する力及び隣接粒子間相対変位の関係を解析した。その結果、数値計算においても高速域で滑り弱化を再現することができた。同時に、剪断方向と平行に粒子同士の滑りが連なったラインが形成された。一方で、滑り弱化を起こしていない速度域では、粒子の力と粒子同士のすべりが不均一に局所化し、固着と解放の繰り返しが生じていることがわかった。

以上の結果、断層に発達する変形構造及び断層の滑り弱化は、滑り速度依存性を持つと言える。これは、任意の断層にてかつて発生した地震の滑り挙動を紐解く上で重要な関係性であろう。