[S-SS15] 地震発生の物理・断層のレオロジー

[SSS15-P07] 断層摩擦発熱指標としての炭質物の熱熟成反応：初期熟成度と昇温速度およびメカノケミカル効果の影響評価

*山下 修平¹、廣野 哲朗¹ (1.大阪大学　大学院　理学研究科　宇宙地球科学専攻)

地震時に断層で生じる摩擦発熱の温度指標として，炭質物の熱熟成反応が古くより用いられている．しかし，炭質物は複雑な分子構造を持ち，いわゆる初期熟成度によって，亜炭から瀝青炭，無煙炭と区分される．また，地震時には，温度は急激に上昇し，さらに剪断によるダメージによって鉱物粒子のみならず炭質物も剪断変形を受ける．しかし，炭質物による摩擦発熱指標として，これらの因子は包括的に精査されていないのが現状である．そこで，本研究では，初期熟成度の異なる3種の炭質物（褐炭, 瀝青炭, 無煙炭）とグラファイトを対象とし，摩擦試験機で剪断ダメージを加え，かつ管状加熱炉を用いて加熱処理を施した状態での熟成度の変化を体系的に精査した．摩擦実験は，発熱を抑えるため，速度1 mm/sに設定した上で，軸荷重が1 MPaと3 MPaの2通り，加熱実験は数 10 ℃/秒と0.1 ℃/秒の2通りの昇温速度にて，100 ℃ 刻みにて300〜1300 ℃まで加熱した．その後，加熱後の炭質物・グラファイトにおいて，赤外・ラマン分光にて，分子構造を分析した結果，剪断ダメージを与えた褐炭では，遅い昇温速度にて490 ℃以上で, 速い昇温速度にて890 ℃以上でC-H鎖の消失が確認され、未剪断の褐炭と比較すると消失温度は約80 ℃低かった. 剪断ダメージを与えた瀝青炭では，遅い昇温速度では490 ℃以上で, 速い昇温速度で970 °C以上でC-H鎖の消失が確認されたが, 剪断ダメージの有無による消失温度の差は認められなかった．無煙炭とグラファイトでは，ピークの変化が見られなかった．ラマン分光分析において，褐炭において，剪断後試料の強度比の上昇が見られたが, 瀝青炭，無煙炭，グラファイトにおいて，強度比の有意な差は見られなかった．
以上の一連の実験・分析の結果，摩擦発熱指標としての炭質物の熱熟成反応を適応する際には，炭質物の初期熟成度と昇温速度およびメカノケミカル効果を十分に考慮する必要があると結論づけることが出来る．