[S-SS06] 地震発生の物理・断層のレオロジー

[SSS06-P03] 海山由来玄武岩の摩擦特性：沈み込み帯における地震活動との関係

*平松 知也¹、和田 壮又¹、金川 久一²、澤井 みち代² (1.千葉大学大学院、2.千葉大学)

沈み込みプレート境界面には、プレート同士がしっかり固着し、大きな摩擦が働いているアスペリティが存在し、プレート境界型地震はこのアスペリティの破壊によって起こると考えられている。アスペリティ形成のひとつの要因として沈み込んだ海底地形の凹凸が挙げられ、その最も代表的なものが海山である。これまで、海山が沈み込むとそこが固着域として作用して巨大地震を発生させる可能性（例えばCloos, 1992）や、バリアとして破壊伝播を抑制する可能性（例えばKodaira et al., 2000）が提案されている。一方、プレート境界断層において海山部分が地震を起こさずクリープしている可能性も指摘されている（Mochizuki et al., 2008）。このように、海山の沈み込みに関する多くの研究成果が報告されているが、海山の沈み込みに関する系統的な摩擦実験は行われていない。そこで本研究では、海山を構成する岩石を用いた摩擦実験を実施し、断層の力学の立場から海山の沈み込みと地震発生について検討することを試みた。
実験試料には、国際深海掘削計画（Ocean Drilling Program; ODP）第144次航海において房総半島の南東約350 km沖に位置する拓洋第3海山の掘削地点Site879、Core22 (約200 mbsf) から採取された、玄武岩を使用した。薄片観察およびXRD分析により、使用した玄武岩は主として斜長石、ガラス、サポナイト、単斜輝石等から構成されている。この玄武岩試料を粉砕し篩にかけた粒径125 μm以下の粒子から成る厚さ約1 mmのガウジ試料を、軸方向に対して30°斜交する方向に斜断した直径25 mm、長さ60 mmの円柱状の多孔質母岩に挟み、摩擦実験を行った。実験には、千葉大学設置のガス圧式高温高圧三軸試験機を使用し、封圧150 MPa、間隙水圧100 MPa、温度25~200℃の条件下で、軸変位速度を0.1、1、10 μm/sの間でステップ状に変化させた。さらに、変位速度・状態依存摩擦構成則（Dieterich, 1979, 1981）による解析を行い、特に定常摩擦係数µ_ssと変位速度依存性a – bが温度の上昇に伴ってどのように変化するか調べた。
実験の結果、25℃で約0.47 ~0.50の値をとった摩擦係数は、温度が上昇するにつれて低下する傾向を示し、100℃では約0.40 ~0.43の値を示した。150℃になると約0.44 ~0.52の値を示し摩擦係数は再び増加した。200℃では摩擦係数は0.47以上の値をとり、明瞭な固着すべりが確認された。また、25~50℃でa – b > 0であるのに対し、100℃でa – b ≈ 0、さらに150℃でa – b < 0となり、温度上昇に伴いすべりが不安定になることも明らかとなった。すなわち、浅い領域で非地震性を示す海山の断層挙動も、沈み込み温度が上昇する（つまり深度が深くなる）と、遷移領域を経て地震性へと変化すると考えられる。