南海トラフプレート境界断層おける変形－反応－流体移動の動的連成プロセス

南开海槽板块边界断层变形-反应-流体运动动态耦合过程

• 批准号: 20F20786
• 负责人: 廣瀬 丈洋
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-11-13 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20F20786/
• 关键词: 断層; 強度回復; 摩擦発熱; 水; 間隙率

地震発生機構として着目されている現象にThermal Pressurization（TP）がある。TPは、「地震時の断層摩擦発熱による間隙水圧上昇が大地震を誘発する」という物理化学現象である。当初、本研究課題は南海トラフ付加体中の間隙率の異なる岩石試料を用いて地震性の高速すべり実験（TP再現実験）をおこない、地震時に断層内部で進行する「変形－反応－流体移動の動的連成過程」を詳細に調べる予定であった。しかし、コロナ感染拡大の影響で移動を伴う野外調査をおこなうことが困難となり、実験試料を入手することができなかった。そこで、研究室で保管している標準的な花崗岩と斑レイ岩試料を用いて、地震時の断層摩擦発熱による「間隙水の圧力の変化」ではなく、断層摩擦発熱による「間隙水の物性の変化」に着目した室内研究に研究主題をシフトした。昨年度に引き続き、地震性高速すべりを再現した実験をおこない、高速すべり後の断層強度回復過程に断層帯に存在する水（間隙水）の物性がどのように関与しているのかを調べた。その結果、地震直後の断層の強度回復速度は従来考えられてきた速度より2桁以上大きくなることがわかった。このことは、地震時に摩擦強度が著しく小さくなった断層は、地震後すぐに強度を回復し、次の地震のための弾性歪エネルギーを蓄積しはじめることを意味している。さらにこの急激な強度回復は、断層面上の固体接触域における水－鉱物化学結合の熱的変化に起因することが、実験後の回収試料の微細構造観察と顕微ラマン分析から明らかになった。これら一連の成果を学会等で発表するとともに、論文として公表すべく国際誌に投稿した。

以地震生成机制为重点的现象是热加压（TP）。 TP是一种物理化学现象，其中“地震期间断层摩擦产生的孔隙水压的升高会诱发主要地震”。最初，该研究主题计划使用南卡槽加合物中具有不同孔隙率的岩石样品进行地震高速滑移实验（TP繁殖实验），并详细研究“在地震期间内部发生故障内部进展的变形 - 反应流动运动的动态耦合过程”。但是，由于冠状病毒的扩散，很难进行涉及运动的现场调查，并且没有实验样本。因此，使用存储在实验室中的标准花岗岩和加布雷岩石样品，我们将研究转移到了室内研究，重点是“由于地震期间的断层摩擦热量产生过热，而不是“孔隙水压的变化”引起的“孔隙水的物理特性变化”。从去年开始，我们进行了一项实验，该实验再现了地震高速滑动，并研究了断层区域中存在的水的物理特性（孔隙水）如何参与高速滑移后恢复断层强度的过程。结果，发现地震后立即发生断层的强度恢复速率将比以前想象的要大两个以上的数量级。这意味着在地震期间显着降低摩擦强度的断层将在地震后立即恢复其强度，并开始积累下一次地震的弹性应变能。此外，这种强度的突然恢复是由于断层表面固体接触区域的水矿物化学键的热变化，如实验和微拉曼分析后回收样品的微观结构观察结果所揭示。这些结果是在学术会议和其他地方提出的，还提交给国际期刊以将其出版为论文。

项目成果

The stabilizing effect of high pore-fluid pressure on clay-bearing faults: Evidence from friction experiments on Nankai Trough sediments

高孔隙流体压力对含粘土断层的稳定作用：来自南海海槽沉积物摩擦实验的证据

• 发表时间: 2021
• 作者: John D Bedford;Dan Faulkner;Michael John Allen;Takehiro Hirose
• 通讯作者: Takehiro Hirose

Experimental Investigation of Strength Recovery Under Fluid Flow

流体流动下强度恢复的实验研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 濱田 洋平;廣瀬 丈洋
• 通讯作者: 廣瀬 丈洋

南海トラフ・プレート境界先端に拡がるパッチ状の高間隙水圧帯：室戸沖スロー地震の発生源？

南海海槽/板块边界顶端扩展的斑片状高孔隙压力带：室户冲慢震的震源？

• 发表时间: 2021
• 作者: 廣瀬 丈洋;濱田 洋平;谷川 亘;神谷 奈々;山本 由弦;辻 健;木下 正高
• 通讯作者: 木下 正高

High Fluid-Pressure Patches Beneath the Decollement: A Potential Source of Slow Earthquakes in the Nankai Trough off Cape Muroto

滑脱下方的高流体压力斑块：室户岬附近南海海槽慢地震的潜在来源

• DOI: 10.1029/2021jb021831
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of Geophysical Research: Solid Earth
• 作者: T. Hirose;Y. Hamada;W. Tanikawa;N. Kamiya;Y. Yamamoto;T. Tsuji;M. Kinoshita;V. B. Heuer;F. Inagaki;Y. Morono;Y. Kubo
• 通讯作者: Y. Kubo

Rapid fault healing after seismic slip: The role of adsorbed water in fault restrengthening

地震滑动后断层快速愈合：吸附水在断层再加固中的作用

• 发表时间: 2022
• 作者: John D Bedford;Takehiro Hirose;Yohei Hamada
• 通讯作者: Yohei Hamada