地殻・上部マントル岩石変形の物理過程の解明

課題番号：1427

（1）実施代表機関名：

東京大学地震研究所

（2）研究課題名：

地殻・上部マントル岩石変形の物理過程の解明

（3）最も関連の深い建議の項目：

2　地震・火山現象解明のための観測研究の推進
（4） 地震発生・火山噴火素過程
ア. 岩石の変形・破壊の物理的・化学的素過程

（4）その他関連する建議の項目：

1 地震・火山現象予測のための観測研究の推進
（2） 地震・火山現象に関する予測システムの構築
（2ー1）「地震発生予測システム」
イ. 地殻活動予測シミュレーションの高度化

2　地震・火山現象解明のための観測研究の推進
（3） 地震発生先行・破壊過程と火山噴火過程
（3‐1）地震発生先行過程
イ．先行現象の発生機構の解明

2　地震・火山現象解明のための観測研究の推進
（3） 地震発生先行・破壊過程と火山噴火過程
（3‐2）地震破壊過程と強震動
ア．断層面の不均質性と動的破壊特性

2　地震・火山現象解明のための観測研究の推進
（4） 地震発生・火山噴火素過程
イ.地殻・上部マントルの物性の環境依存性

2　地震・火山現象解明のための観測研究の推進
（4） 地震発生・火山噴火素過程
ウ.摩擦・破壊現象の規模依存性

2　地震・火山現象解明のための観測研究の推進
（4） 地震発生・火山噴火素過程
ウ.マグマの分化・発泡・脱ガス過程

（5）平成20年度までの関連する研究成果の概要：

　様々な物理化学過程による断層の固着進行プロセスを実験から発見し, その律速過程等の定量的理論を導いた. また, 脆性摩擦をレオロジー理論で扱う枠組みを提唱し,拡張された摩擦強度の概念を導きだし,さらにそれを音波透過率によって連続的にモニターすることに成功した.マイクロインデンテーション試験によって, 摩擦の真実接触部のような超高応力下では, 脆性物質でも常温で局所的な塑性変形を起すことを発見した. 深部断層岩等でみられる塑性変形メカニズムを高温高圧実験で再現し,塑性変形がつくる岩石組織の分析を進めてきた. 有機物を用いたアナログ実験では, 部分熔融系の剪断によって異方組織が発達しレオロジーにも影響することを示した. 断層ガウジのような粉体の剪断については, DEMシミュレーションにより,粒子衝突でエネルギー散逸がおこるタイプの粉体摩擦の速度依存性を予測した. 実験で再現の難しかった塑性変形機構をハードシリケイトで実現できる極細粒クラックフリー岩石を人工合成した. スラブ内地震における含水鉱物の脱水反応の役割を高温高圧変形実験により明らかにした。

（6）本課題の5ヶ年の到達目標：

　本震破壊およびその直前の強度低下をともなう脆性領域での断層のレオロジーついては,様々な条件での滑り/破壊実験や, 多体系の数値モデル等によりその詳細を解明し,現象の裏にひそむ物理メカニズムをあきらかにすることによって,地震現象への合理的適用を基礎づける. また, 地震断層への載荷を直接的に担う深部細粒断層岩の流動則や、沈み込みプレート境界における地震発生モデルに必要となるウェッジマントルの力学物性を室内実験によって決定する。さらに,様々なレオロジーのプロセスが共存する地震現象の予測モデルをより現実的なものにするために,脆性‐塑性遷移や多相系の複合的レオロジーを表現する合理的な枠組みの確立をめざす.

（7）本課題の5ヶ年計画の概要：

　平成21年度は, 現在用いられている様々なレオロジー構成則についての現象的,理論的関係を整理し, 今後5年間の研究を有機的に連携されるための概念的枠組みを検討することで, 重点的に行うべき実験の内容を調整するとともに, 各実験の技術開発を進める.
　平成22年度は,予備的実験を行い, それぞれの実験技術でカバーできる物理現象とその条件範囲を実際に確認する.
　平成23年度は, 系統的なデータの収集を行なう.
　平成24年度は, 実験データの定量的分析により, 様々な条件での各種物理プロセスの重要度を検討し, その結果をフィードバックして, さらに実験を進めるべき領域を決定する.
　平成25年度は, 追加実験と, 結果の整理を行う.

（8）実施機関の参加者氏名または機関名：

東京大学地震研究所　中谷正生・吉田真吾・波多野恭弘・武井康子
千葉大学　金川久一
静岡大学　増田俊明, 道林克禎
東京大学大学院理学系研究科　清水以知子

（9）公開時にホームページに掲載する問い合わせ先

部署等名：東京大学地震研究所
電話：03‐5841‐5763
e‐mail：nakatani@eri.u‐tokyo.ac.jp
URL：