Study on the scale dependence of gouge frictional properties defining fault slip

定义断层滑移的泥沙摩擦特性的尺度依赖性研究

基本信息

批准号：
21K03706
负责人：
山下太
金额：
$ 2.66万
依托单位：
National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03706/
关键词：
岩石摩擦ガウジスケール依存断層ガウジ室内実験

项目摘要

岩石摩擦特性の断層スケール依存性を調べるため，共通の実験条件で実施した2つの異なるスケールにおけるガウジ摩擦実験データを詳細に解析した．対象とした実験は，メートルスケール実験（断層面積：1.5 m長×0.1 m幅）とセンチメートルスケール実験（断層面積：10 cm長×5 cm幅）であり，使用した模擬ガウジ（変はんれい岩の粉末粒子，平均粒径12 μm，最大粒径75 μm），加圧前のガウジ層厚（3 mm），垂直応力（3.4 MPa及び6.7 MPa）は共通である．また，速度-状態依存摩擦則（以下RSF則）のパラメタを推定する解析手法も共通化した（Skarbek and Savage, 2019, Geosphere)．その結果，推定したRSF則パラメタのうちa及びbに関してはスケールによらず同程度であった一方，メートルスケール実験から推定されたDc（最大60 μm程度）はセンチメートルスケール実験から推定されたDc（最大10 μm程度）に比べ明らかに大きい傾向にあることが確認された．その原因を明らかにするため，メートルスケール実験で断層沿いに設置したひずみゲージのデータから局所的な応力状態を調査したところ，断層にかかる応力は不均質であり断層の一部が大きな力を支え，その応答が全体の摩擦変化応答を代表していることが明らかとなった．またメートルスケール実験後に回収したガウジサンプルから薄片を作成し，微細変形構造を確認したところ，応力集中部におけるガウジのせん断帯幅が広いことが明らかとなった．これはDcとせん断帯の幅に正の相関があるという既往研究と調和的である．このことから，断層スケールが大きくなることにより応力不均質が自然発生し，それによりRSF則パラメタDcが見かけ上，スケール依存している可能性が明らかとなった．

为了研究岩石摩擦特性的断层尺度依赖性，我们详细分析了在常见实验条件下进行的两种不同尺度的凿岩摩擦实验数据。目标实验为米级实验（断层面积：1.5 m长×0.1 m宽）和厘米级实验（断层面积：10 cm长×5 cm宽）岩粉颗粒，平均粒径12 μm，最大。晶粒尺寸75μm）、压制前凿层厚度（3mm）和正应力（3.4MPa和6.7MPa）是常见的。此外，速度状态相关摩擦定律（RSF定律）参数估计的分析方法也进行了标准化（Skarbek and Savage，2019，Geosphere）。结果，在估计的RSF定律参数中，无论尺度如何，a和b都是可比的，而从米级实验（高达约60μm）估计的Dc低于从厘米级实验估计的Dc。直径有明显大于平均直径的趋势（高达约10μm）。为了弄清原因，我们利用沿断层安装的应变片进行米级实验，研究了局部应力状态，发现断层上所受的应力是不均匀的，只有部分断层支撑着断层。大的力，很明显该响应代表了总体摩擦变化响应。此外，对米级试验后采集的凿岩样品进行了薄片切片，证实了精细变形结构，揭示了凿岩在应力集中区域的剪切带宽度较宽。这与之前的研究表明Dc与剪切带宽度之间存在正相关关系是一致的。由此可见，随着断层规模的增加，应力不均匀性自然会发生，因此，RSF 定律参数 Dc 似乎与规模相关。