スラブ内部の相転移に伴う応力場と深発地震の発生の場との関連性

板体内相变应力场与深部地震发生位置的关系

• 批准号: 09740356
• 负责人: 吉岡 祥一
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09740356/
• 关键词: オリビン; 相転移; 正・負の浮力; スラブ; 温度分布; 有限要素法; 応力場; 深発地震; 物性パラメター

本研究では、物性値の空間分布を考慮して、スラブ内の応力場の数値シミュレーションを行った。スラブ構成物質をオリビン(Mg0.89Fe0.11)2SiO4と仮定し、差分(FD)法を用いてスラブ内の温度分布を計算し、各タイムステップごとに物性値の空間分布を反映させた。スラブ内部の応力場に影響を与える要素として、スラブと周囲のマントルの密度差により生じる正・負の浮力、沈み込むスラブの上面・下面に働く剪断力、スラブ先端がマントルから受ける抵抗力、熱応力及び不均質体積変化により生じる応力を考慮し、有限要素法(FEM)を用いて弾性応力解析を行った。正・負の浮力に起因する応力は、α相内のdown.dip tension、γ相内に卓越するdown-dip compression、γ→Pv+Mw相転移境界付近のdown-dip tensionで特徴づけられ、最大剪断応力はオリビン準安定相境界及びγ相内深部に集中し30MPa程度を示した。剪断力に起因する応力場は、α相内では圧縮場が、γ相内ではdown-dip tensionが現れ、最大剪断応力の大きさは、数MPaと非常に小さかった。スラブ先端が受ける抵抗力に起因する応力場では、down-dip compressionが卓越し、最大剪断応力はスラブ先端部で最大値を示した。熱応力及び不均質体積変化により生じる応力は、各相転移境界で応力集中が見られた。深発地震発生数と解析結果のdown-dip方向の応力を比較した結果、正・負の浮力による応力が深発地震のピークと一致し、700km以深では最大剪断応力がゼロに近づき、サイスミシティが見られないことがうまく説明されることにより、考慮した5つの要素の中で最も良い一致を示すことがわかった。また、正・負の応力に起因する応力場とハーバード大学のグループによるCMT解との比較を試み、これについてもスラブと周囲のマントルの密度差による正・負の浮力が地震学的観測データを最もうまく説明する支配的な要素であると結論づけた。

在本研究中，我们考虑了物理特性的空间分布，对板内的应力场进行了数值模拟。假设板坯构成材料为橄榄石(Mg0.89Fe0.11)2SiO4，采用双重差分法(FD)计算板坯内部的温度分布，物性值的空间分布反映在每个时间步。影响板片内部应力场的因素包括板片与周围地幔密度差引起的正浮力、负浮力、作用在俯冲板片上下表面的剪力、板片尖端受到的阻力等。使用有限元法（FEM）进行弹性应力分析，考虑了应力和不均匀体积变化引起的应力。正负浮力引起的应力表现为α相下倾拉伸、γ相下倾压缩为主、γ→Pv+Mw相变边界附近下倾拉伸最大剪切。应力集中在橄榄石亚稳相界和γ相深处，约为30 MPa。剪切力引起的应力场在α相中表现为压缩场，在γ相中表现为下倾拉伸场，并且最大剪应力的大小很小，只有几MPa。在板片尖端阻力作用引起的应力场中，下倾压缩占主导地位，最大剪应力在板片尖端最高。发现由热应力和不均匀体积变化引起的应力集中在每个相变边界处。对比分析结果中深部地震的次数和下倾方向的应力，正负浮力产生的应力与深部地震的峰值一致，最大剪应力在深度处趋近于零。 700 公里或以上，表明地震活动性 我们发现，对缺失内容的最佳解释显示了所考虑的五个因素之间的最佳一致性。我们还尝试将正应力和负应力引起的应力场与哈佛大学课题组的CMT解进行比较，发现板片与周围地幔密度差引起的正浮力和负浮力也反映在地震观测中我们得出的结论是，这是最能解释问题的主导因素。