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[S08P-16] Frictional properties of metagabbro gouge in centimeter scale
-Toward understanding scale dependence of rock friction-

〇Futoshi Yamashita¹, Kazuo Mizoguchi², Sachiko Iizuka³ (1.NIED, 2.CRIEPI, 3.CERES Inc.)

断層破壊シミュレーションやサイクルシミュレーションを実施するにあたり，センチメートルスケールの試料が示す摩擦特性は実大断層スケールにおいても同等であると暗に仮定されている．しかしながら，それが真に有効であるかはまだ不明な点が多い．この観点からYamashita et al. (2015, Nature)は，メートルスケールの変はんれい岩試料を用いた摩擦実験をおこない，定常摩擦係数の仕事率（せん断応力とすべり速度の積）依存性がセンチメートルスケールとは明確に異なることを明らかにした．彼らはさらにその原因が摩擦すべりにともない自発的に発生・成長する力学的不均質にあることを示したが，その実験は岩石同士を直接接触させた状態で行われており，自然断層と同様にガウジを含んだ断層の摩擦特性がスケールに依存するか否かは明らかではない．そこで著者らは断層摩擦特性のスケール依存性の解明に向けて様々なスケールにおけるガウジ摩擦実験を実施しており，本講演ではセンチメートルスケールにおける実験結果について報告する．

山下他（2020，地震学会）及び下田他（2020，地震学会）によるメートルスケールのガウジ摩擦実験結果と比較するため，同様にジェットミルにより粉砕した変はんれい岩の粉末粒子（平均粒径10 µm，最大粒径200 µm）を模擬ガウジとして用い，加圧前のガウジ層圧を3 mmとした．実験は電力中央研究所が所有する二軸摩擦試験機（Mizoguchi et al., 2021, EPS）により実施した．模擬断層面は長さ10 cm，幅5 cmである．実験中の垂直応力はメートルスケール実験と同様に3.4 MPaもしくは6.7 MPaの一定に保った．10分間加圧をした後，10 µm/sで4 mm変位させ，0.1-1.0-10.0-100.0 µm/sの速度ステップを3セット与えた．各速度での変位量は100.0 µm/sにおける1.0 mmを除き0.5 mmとした．速度ステップに応じた摩擦係数の変化が速度-状態依存摩擦則（以下RSF則）に従うと仮定し，各パラメタの推定をおこなった．摩擦データへのフィッティングにはSkarbek and Savage (2019, Geosphere)によるプログラムを利用した．下田他（2020，地震学会）の推定結果と比較するため，同様に速度低下時の応答にSlip law (Ruina, 1983, JGR)をフィッティングさせた．

得られたRSF則パラメタのうち，累積変位量が9.5 mmでのb-a及びD_cはどちらの垂直応力下でもそれぞれ1 × 10^-3，10 µmのオーダーとなった．これらの値は下田他（2020，地震学会）による推定結果と調和的である．このことから，比較的均質なガウジ層におけるRSF摩擦特性はスケールによって明確な違いを示さないことが示唆された．Yamashita et al. (2015, Nature)で確認されたようなスケール依存性が見られなかった理由として，ガウジ層がすべりに伴う力学的不均質の発生・成長を抑制したことが考えられる．今後，実験後に採取したガウジサンプルの観察等を通し，この仮説の検証をおこなっていく予定である．