岩石摩擦の物理的素過程に関する実験的研究

課題番号：1814

（1）実施機関名：

京都大学防災研究所

（2）研究課題（または観測項目）名：

岩石摩擦の物理的素過程に関する実験的研究

（3）最も関連の深い建議の項目：

2．（4）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：

2．（4）イ．地殻・上部マントルの物性の環境依存性
2．（4）ウ．摩擦・破壊現象の規模依存性

（5）平成20年度までの関連する研究成果（または観測実績）の概要：

＜高速・大変位班＞岩石試料や断層物質を用いた高速摩擦実験を行って，摩擦熔融を伴う高速・大変位すべり条件下における岩石の摩擦の性質を明らかにした．また，0.1 mm/s程度の中速から1 m/s程度の高すべり速度の条件で，大変位の摩擦実験を様々な岩石試料について行うことを目的とした摩擦試験機を新たに開発し，予備実験を開始した．
＜アスペリティ班＞透過弾性波の振幅変化により，岩石間の接触状態の変化を2次元的に把握する予備的実験をおこなった．

（6）本課題の5ヶ年の到達目標：

　高速・大変位の条件および摩擦すべり面上のアスペリティの分布（摩擦強度の時空間的不均質）のそれぞれに着目して地震発生に関わる摩擦挙動を理解することを目的とする．0.1 mm/s程度の中速から1 m/s程度の高速までの幅広い速度条件で，かつ大変位の摩擦実験を行って，様々な地殻物質について地震性すべりにおける摩擦特性を明らかにする．また，自然の断層面上に存在すると考えられているアスペリティを実験室で再現し，そのせん断応力の作用にともなう時空間変化の解析から，アスペリティの物理的背景，特に地震波の解析から提出される「応力降下量の大きいところ」というアスペリティ像と接触面上の強度の不均質との関係を解明する．

（7）本課題の5ヵ年計画の概要：

　平成21年度は，高速・大変位班では，岩石試料，沈み込み帯物質などについて，すでに開発した摩擦試験機を用いた，0.1 mm/s程度の中速から1 m/s程度の高すべり速度の条件下でかつ大変位の摩擦実験を行う．速度・変位の条件を変えながら繰り返し実験することより，多様な条件下における岩石摩擦の概要を明らかにする．また，中―高速条件における速度急変実験を行うことのできる実験システム構築を目指した技術開発に取組む．アスペリティ班では，岩石試料（もしくは岩石を模擬した材料）どうしの接触面にせん断応力を作用させながら，透過弾性波，透過光などによる接触面の固着状態の可視化と，ひずみ測定，光弾性などを利用した面上のひずみ分布の2次元的な把握を同時に行なうことができるせん断時接触面モニターシステムを開発する．
　平成22年度 0平成25年度は，高速・大変位班では，引き続き，幅広い速度，変位条件での摩擦実験を行って，岩石試料，沈み込み帯物質などについて摩擦特性を明らかにする．また，定常摩擦の速度依存性を明らかにすることを目的とした実験を行う．さらに，摩擦面の変形組織を解析することで，物質変化や変形と摩擦特性との関係を明らかにするための研究をすすめる．アスペリティ班では，初年度に開発したシステムにより，2つの試料を接触させた模擬断層の2軸せん断実験を行いながら，接触面の固着状態と変形（すべり）速度のそれぞれの時空間分布を測定し，面上の個々の点でのすべりの構成関係を調べることができるようにせん断試験装置を調整・改良する．マクロな変位速度や応力などの測定量と接触状態の関係を調べる．実験室の透過弾性波ではmmオーダーの強度の不均質に敏感であること，自然の地震断層のアスペリティが数 0数十kmオーダーであることを考慮し，実験の時空間スケールを調整する．単純にふたつの試料を接触させるだけでなく，接触面間にガウジ物質をはさんで，アスペリティをより強調した状態での同様の実験を実施する．

（8）実施機関の参加者氏名または部署等名：

担当者：加納靖之（京都大学防災研究所）
＜高速・大変位班＞
担当者：堤　昭人　（京都大学大学院理学研究科），共同研究無
＜アスペリティ班＞
担当者：加納靖之（京都大学防災研究所）・川方裕則（立命館大学）

他機関との共同研究の有無：なし

（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：京都大学防災研究所地震予知研究センター
電話：0774‐38‐4216
e‐mail：kano@rcep.dpri.kyoto‐u.ac.jp
URL：http://www.rcep.dpri.kyoto‐u.ac.jp/