数値シミュレーションと室内実験の融合から探る断層帯における不均質構造の成長

通过数值模拟和实验室实验相结合探索断层带中异质结构的生长

基本信息

批准号：
13J08220
负责人：
吉光奈奈
金额：
$ 2.91万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

地殻の不均質性と地震波形の関係を，地震学的パラメタを用いて表現することができれば，地震波形を読み解くことで断層成長に伴う構造変化が推定できるようになるかもしれない．そこで，媒質特性の実測が可能な実験室において取得した波形と，数値計算波形との比較を試みた．昨年度までに，実験室スケールの媒質形状が波形に与える影響を調べるための，差分法を用いた3次元の波動伝播シミュレーションコードの作成・計算と，ステンレス試料の透過波形の取得が完了した．今年度は，コードの改良と計算の実施，岩石試料の圧縮破壊にともなう透過弾性波計測を行った．まず，3D波動伝播シミュレーションに用いる試料モデルの上下端に吸収境界を導入し，円筒軸に平行な方向と垂直な方向に伝播する波を別々に評価することで，反射・変換波の特性をより詳細に調べることができるようにした．その結果，試料の角で次々と表面波への変換が起こり，縦方向に伝播していく様子が観察された．次に，より断層に近い条件での比較を目指して，岩石試料の圧縮破壊試験を実施した．直径50mm高さ100mmの円柱形花崗岩試料を，封圧50MPaの条件下で載荷し，実験中に繰り返し透過させた弾性波を集録した．回収した試料をX線CTスキャンで観察したところ，内部にひとつの大きな亀裂面が生成されていた．このような，破壊面を含む岩石試料内における波動伝播の特性を調べるために，計算コードのさらなる改良をおこない，亀裂面を組み込んだ媒質モデルにおける波動伝播を計算した．その結果，破壊面の先端で回折波が生じる様子や，破壊面に沿うように界面波が生じて伝播していく様子が観察された．

如果地壳非均质性和地震波形之间的关系可以使用地震学参数来表达，则可以通过解释地震波形来估计与断层生长相关的结构变化。因此，我们尝试将实验室中获得的波形与数值计算的波形进行比较，在实验室中可以实际测量介质特性。到去年，我们已经完成了利用有限差分法的三维波传播仿真代码的创建和计算，以研究实验室规模的介质形状对波形的影响，以及不锈钢样品传输波形的采集。今年，我们改进了代码，进行了计算，并测量了与岩石样本压缩断裂相关的透射弹性波。首先，通过在用于3D波传播模拟的样本模型的上端和下端引入吸收边界，并分别评估沿平行和垂直于圆柱轴的方向传播的波，可以改善反射波和转换波的特性。可以详细调查一下。结果，在样品的角部相继发生向表面波的转换，并且观察到波在垂直方向上传播。接下来，我们对岩石样品进行了压缩断裂试验，旨在在更接近断层条件的条件下进行比较。在50 MPa围压条件下加载直径50 mm、高100 mm的圆柱形花岗岩样品，采集实验过程中反复传输的弹性波。当使用X射线CT扫描观察回收的样品时，发现内部形成了一个大的裂纹表面。为了研究包含断裂面的岩石样品中波的传播特性，我们进一步改进了计算代码，计算了包含裂纹面的介质模型中的波传播。其结果，观察到在断裂面的前端产生衍射波，并且产生界面波并沿着断裂面传播。