T3[Topic] Deformation and reaction of rocks and minerals

entryECS: Early Career Scientist

[T3-P-7] Friction Experiments on Sediment Core Samples from Input Sites along the Japan Trench: Toward a North–South Comparison of Frictional Properties

*Seito NISHIMURA¹, Keishi OKAZAKI¹, Hanaya OKUDA² (1. Graduate School of Advanced Science and Engineering, 2. Kochi Institute for Core Sample Research, Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology)

Keywords:

Japan Trench,input sediments,friction experiment,rate-and-state friction constitutive law,slow earthquakes

　今世紀に入り、スロー地震と海溝型巨大地震との関連に注目が集まり、スロー地震についての理論、シミュレーション、実験研究が盛んに行われるようになった。その中でも実験岩石学においては地震発生帯を構成する鉱物・岩石・堆積物の性質を評価し、断層すべりの挙動を理解・モデル化しようとしてきた。そのため、南海トラフや日本海溝などといった海溝型巨大地震が発生しやすい地域については以前から掘削調査が行われ、沈み込む直前、あるいは沈み込み帯浅部まで沈み込んだ堆積物試料の物性が調べられてきた。例えばFujioka et al. (2022)では南海トラフでの掘削試料を用いて、深度別の摩擦特性を評価する研究も行われている。このような掘削試料を用いた研究では、沈み込む堆積物試料の摩擦特性を調べることで、沈み込んだ後や付加した後のすべり挙動に与える影響を検討できるという意義がある。本研究で用いる試料は、1977年に実施されたDeep Sea Drilling Project Leg 56で採取されたDSDP Site 436（Shipboard Scientific Party, 1980）と、2024年に実施されたIODP Expedition 405 JTRACK: Tracking Tsunamigenic Slip Across the Japan Trenchで採取されたIODP Site C0026（Conin et al., 2025）から採取された堆積物試料である。本研究では、日本海溝沿いのプレート境界でスロー地震活動や巨大地震時すべりの特徴が異なる領域に対応する、二地点での沈み込み前の堆積物試料を比較する。DSDP Site 436の堆積物は日本海溝北部側に沈み込むインプット堆積物であり、IODP Expedition 405 Site C0026の堆積物は 2011年東北地方太平洋沖地震の大すべり域の海側に位置するインプット堆積物である。先行研究では、日本海溝沿いの地震学的スロー地震活動は、テクトニック微動や超低周波地震を中心に北部・南部で活発である一方、2011年東北地方太平洋沖地震の主破壊域に対応する中央部では低調であることが示されている(Nishikawa et al., 2023)。したがって、これらのインプット堆積物の摩擦特性を比較することは、沈み込む直前の堆積物の物性差が、その後のプレート境界におけるスロー地震活動や巨大地震時のすべり挙動の地域差に関係し得るかを検討するうえで意義がある。本研究では、これらの堆積物試料を用いて原位置有効垂直応力・塩水条件下・室温で摩擦実験を行い、定常摩擦係数やすべり速度変化に対する摩擦応答を評価する。特に、速度状態依存摩擦構成則(Dieterich, 1979)に基づいて摩擦の不安定性を支配するパラメータを求めることで、各試料が速度強化的な安定すべりを示しやすいのか、あるいは速度弱化的で不安定すべりへ移行しやすい性質を示すのかを検討する。これにより、沈み込み前の堆積物の物性差が、沈み込み後のプレート境界浅部におけるすべり挙動の違いにどのように関係し得るのかを明らかにすることを目指す。
参考文献
[1] Fujioka et al. (2022) Progress in Earth and Planetary Science, 9, 31.
[2] Shipboard Scientific Party (1980) Site 436: Japan Trench Outer Rise, Leg 56. Initial Reports of the Deep Sea Drilling Project, 56/57.
[3] Conin et al. (2025) Site C0026. Proceedings of the International Ocean Discovery Program, 405.
[4] Nishikawa et al. (2023) Progress in Earth and Planetary Science, 10, 1.
[5] Dieterich (1979) Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 84(B5), 2161–2168.