岩石の組織・破壊シミュレーションから見るプレートテクトニクスの起源

从岩石结构和断裂模拟看板块构造起源

基本信息

批准号：
22J00482
负责人：
澤燦道
金额：
$ 2.83万
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：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-22 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では、プレートテクトニクス開始の起源の一つである低強度の岩石がどのように形成されるかを解明することを目的とする。岩石中の結晶粒径減少による低強度のせん断帯形成メカニズムは未だ不明なところが多い。天然のせん断帯の観察からき裂も粒径減少に寄与していると推察されるが、その後の動的再結晶によってその痕跡は消滅するため、天然や実験における観察でき裂進展と動的再結晶の相互作用を定量的に評価することは難しい。そこで、数値シミュレーションの一つであるフェーズフィールド法により、岩石中に含まれるかんらん石のき裂進展と動的再結晶をモデル化し、き裂と再結晶の粒径減少と岩石強度変化に対する寄与を明らかにすることを試みる。採用期間の途中で採用を辞退したため、計画の一部しか実施できなかったが、下記の成果を得ることができた。動的再結晶は岩石中の塑性変形中に生じるため、まず、かんらん石の塑性変形挙動を結晶塑性有限要素法によりモデル化し、シミュレーションを行った。シミュレーションは有限要素法のオープンソースコードであるMOOSEを用いた。MOOSEのソースコードを改良し、かんらん石の結晶塑性モデルの計算が行えるようにした。先行研究で提示された結晶塑性モデルにおけるパラメータを用いることで、実験的に得られたかんらん石の流動強度をMOOSEにおいて再現可能であることを確認した。動的再結晶のモデル化・シミュレーションはMOOSEにおけるフェーズフィールドモジュールと前述した結晶塑性有限要素法を組み合わせて行った。結晶塑性有限要素法の計算で得られた転位密度の上昇に対応して、再結晶粒を形成するというプロセスを実現することに成功した。

这项研究的目的是阐明低强度岩石是如何形成的，这是板块构造的起源之一。由于岩石颗粒尺寸减小而形成低强度剪切带的机制仍然很大程度上未知。从自然剪切带的观察可以推断，裂纹也有助于晶粒尺寸的减小，但由于随后的动态再结晶，痕迹消失，因此在自然界或实验中很难观察到裂纹扩展和动态再结晶。定量评估之间的相互作用因此，我们使用相场法（一种数值模拟）来模拟岩石中橄榄石的裂纹扩展和动态再结晶，试图阐明这一现象。虽然因为在招聘期间中途拒绝录用而只能实施部分计划，但我还是获得了以下结果。由于岩石塑性变形过程中会发生动态再结晶，我们首先使用晶体塑性有限元方法对橄榄石的塑性变形行为进行建模和模拟。模拟使用 MOOSE，一种有限元方法的开源代码。 MOOSE源代码经过改进，能够计算橄榄石的晶体塑性模型。我们证实，通过使用先前研究中提出的晶体塑性模型中的参数，可以在 MOOSE 中再现实验获得的橄榄石流动强度。结合MOOSE中的相场模块和上述晶体塑性有限元方法，对动态再结晶进行了建模和模拟。我们成功地实现了通过晶体塑性有限元法计算获得的位错密度增加而形成再结晶晶粒的过程。