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[SCG50-07] 封圧 1.5 GPaにおける wet石英の定常再結晶組織
キーワード：石英、高温高圧変形実験、動的再結晶、転位クリープ
地殻上部から中部のレオロジーを支配していると考えられている石英は，塑性流動すると特徴的な動的再結晶組織を示すことがフィールドでの観察からわかっている。これらの組織と変形時の温度や歪速度との関係を調べるために，これまで，石英について多くの実験が行われ，自然界への外挿が議論されてきた。
実験室で石英の定常組織（時間，歪によらない組織）を調べるために，Masuda and Fujimura (1981) は出発物質に細粒含水石英岩（メノウ）を用いて，封圧0.4 GPa, 温度700℃~1000℃, 歪速度10-6/sec~10-4/secで高温高圧変形実験を行った。その結果，低温－高歪速度領域で扁平な結晶粒とのこぎり状の結晶粒界を持つ組織（Sタイプ），高温－低歪速度領域で等粒状結晶粒と直線的な結晶粒界を持つ組織（Pタイプ）が見られることを報告した。しかし，Pタイプ－Sタイプの境界線を天然の変形条件に外挿したり，理論モデルを構築したりするには，これらの組織の封圧に対する依存性を調べることが不可欠である。そこで本研究では，Masuda and Fujimura (1981) の実験より高圧（封圧1.5 GPa）で，出発物質メノウ，温度800℃～900℃, 歪速度10-5/sec~10-4/secで変形実験を行った。実験後の試料は薄片を作成し，偏光顕微鏡で観察を行った。
実験試料には，初期組織であるメノウの繊維状結晶に平行に直径8.0 mm，高さ8.0 mmでコアリングしたものを用いた。圧媒体にはタルクを使用し，試料に水を供給し変形を促進するため，試料を囲むスリーブには，800℃の条件ではパイロフィライト（脱水温度約500℃）， 900℃の条件ではタルク（脱水温度約800℃）を使用した。実験装置は京都大学理学部設置の熊澤型固体圧式変形試験機を使用し，上下のピストンに取り付けたロードセルを用いて実験中の差応力を計測し (Shimizu and Michibayashi, 2022)，熱電対によって試料中央部の温度を測定した。実験の結果，得られた力学データはFukuda and Shimizu (2017) が拡散係数をもちいて半経験的に導出した石英の転位クリープ流動則にきれいに一致することが確かめられた。そして組織については，Masuda and Fujimura (1981) の封圧0.4 GPaではPタイプが見られていた温度900℃, 歪速度10-5/secの条件下で，本実験ではSタイプの組織が見られた。この観察結果から，封圧を上昇させることによって，温度－歪速度図におけるPタイプ-Sタイプの境界線が，より高温低歪速度側に移動することが示唆される。
引用文献
Fukuda, J., and Shimizu, I. (2017) J. Geophys. Res. Solid Earth, 122, 5956–5971
Masuda, T. and Fujimura, A. (1981) Tectonophysics, 72, 105-128
Shimizu I. and Michibayashi, K. (2022) Minerals, 12, 329.
実験室で石英の定常組織（時間，歪によらない組織）を調べるために，Masuda and Fujimura (1981) は出発物質に細粒含水石英岩（メノウ）を用いて，封圧0.4 GPa, 温度700℃~1000℃, 歪速度10-6/sec~10-4/secで高温高圧変形実験を行った。その結果，低温－高歪速度領域で扁平な結晶粒とのこぎり状の結晶粒界を持つ組織（Sタイプ），高温－低歪速度領域で等粒状結晶粒と直線的な結晶粒界を持つ組織（Pタイプ）が見られることを報告した。しかし，Pタイプ－Sタイプの境界線を天然の変形条件に外挿したり，理論モデルを構築したりするには，これらの組織の封圧に対する依存性を調べることが不可欠である。そこで本研究では，Masuda and Fujimura (1981) の実験より高圧（封圧1.5 GPa）で，出発物質メノウ，温度800℃～900℃, 歪速度10-5/sec~10-4/secで変形実験を行った。実験後の試料は薄片を作成し，偏光顕微鏡で観察を行った。
実験試料には，初期組織であるメノウの繊維状結晶に平行に直径8.0 mm，高さ8.0 mmでコアリングしたものを用いた。圧媒体にはタルクを使用し，試料に水を供給し変形を促進するため，試料を囲むスリーブには，800℃の条件ではパイロフィライト（脱水温度約500℃）， 900℃の条件ではタルク（脱水温度約800℃）を使用した。実験装置は京都大学理学部設置の熊澤型固体圧式変形試験機を使用し，上下のピストンに取り付けたロードセルを用いて実験中の差応力を計測し (Shimizu and Michibayashi, 2022)，熱電対によって試料中央部の温度を測定した。実験の結果，得られた力学データはFukuda and Shimizu (2017) が拡散係数をもちいて半経験的に導出した石英の転位クリープ流動則にきれいに一致することが確かめられた。そして組織については，Masuda and Fujimura (1981) の封圧0.4 GPaではPタイプが見られていた温度900℃, 歪速度10-5/secの条件下で，本実験ではSタイプの組織が見られた。この観察結果から，封圧を上昇させることによって，温度－歪速度図におけるPタイプ-Sタイプの境界線が，より高温低歪速度側に移動することが示唆される。
引用文献
Fukuda, J., and Shimizu, I. (2017) J. Geophys. Res. Solid Earth, 122, 5956–5971
Masuda, T. and Fujimura, A. (1981) Tectonophysics, 72, 105-128
Shimizu I. and Michibayashi, K. (2022) Minerals, 12, 329.