Transient rheology of upper mantle inferred from the postseismic deformation of 2011 Tohoku-oki earthquake

从2011年东北大地震震后形变推断的上地幔瞬态流变学

基本信息

批准号：
21F20016
负责人：
武藤潤
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

巨大地震後の余効変動は、固体地球、特に地殻深部の過渡的な変形を誘発する。特に、上部マントルを構成するカンラン石の遷移流動特性は、余効変動における粘弾性緩和を支配する重要な特性である。そこで、今年度は、マルコフチェーンモンテカルロ法を用いて、これまで得られてきたカンラン石多結晶体の遷移流動挙動を推定した（Masuti and Barbot， 2021）。また、これまで遷移挙動が報告されていなかった地殻岩石に関しても、過去のデータからその検討を行った。上部地殻と下部の変形は、それぞれ石英と長石のレオロジー挙動に主に支配されており、それぞれの定常クリープ状態の力学特性はよく制約されており、実験的な得られた流動則パラメータが知られている。しかし、遷移クリープの基礎となる物理機構は十分に理解されておらず、対応する流動則パラメータも未知である。そこでは、本研究では、実験室での力学データを用いて、遷移クリープと定常クリープを一貫して捉える非線形応力依存性をもつバーガーズモデルを用いる。マルコフ連鎖モンテカルロ法(MCMC)を用いて、石英と長石に対する流動則パラメータを決定した。その結果、石英の遷移クリープの活性化エネルギーは70±20kJ/mol、応力指数は2.0±0.1であることがわかった。長石では、活性化エネルギーは280±30及び220±20kJ/mol、応力指数は1.0±0.2及び0.9±0.1であった。遷移クリープの応力指数と活性化エネルギーは、石英と長石ともに定常クリープのそれよりも小さかった。本研究で決定した遷移挙動の流動則は、大規模な大陸型地震後の変形における遷移挙動の寄与を定量的に評価するために用いることが可能である。

大地震后的后效变形会引起固体地球，特别是地壳深处的瞬态变形。特别是，构成上地幔的橄榄石的过渡流动特性是控制后效应波动期间粘弹性弛豫的重要特性。因此，今年，我们使用马尔可夫链蒙特卡罗方法来估计迄今为止获得的橄榄石多晶的过渡流动行为（Masuti and Barbot，2021）。我们还利用过去的数据研究了地壳岩石的转变行为，迄今为止尚未报道其转变行为。上地壳和下地壳的变形主要分别受石英和长石的流变行为控制，并且各自的稳态蠕变态力学性质受到很好的约束，并且实验获得的流动规律参数未知。然而，过渡蠕变的物理机制尚不清楚，相应的流动规律参数也未知。在本研究中，我们使用 Berger 模型，该模型具有非线性应力依赖性，可以使用实验室获得的机械数据持续捕获过渡蠕变和稳定蠕变。使用马尔可夫链蒙特卡罗方法（MCMC）确定石英和长石的流动定律参数。结果发现石英的转变蠕变活化能为70±20kJ/mol，应力指数为2.0±0.1。对于长石，活化能为 280 ± 30 和 220 ± 20 kJ/mol，应力指数为 1.0 ± 0.2 和 0.9 ± 0.1。石英和长石的过渡蠕变应力指数和活化能均小于稳态蠕变。本研究确定的过渡行为流动规律可用于定量评价大范围大陆地震后过渡行为对变形的贡献。