Presentation Information
[T3-O-19]Density decrease and frictional heating in the latest slip zone of the Neodani Fault Zone
*Tomoyuki OHTANI1, Tsuyoshi Maeda2, Yusei Yamada2 (1. Gifu University, 2. Graduate School, Gifu University)
Keywords:
latest slip zone,density decrease,frictional heating,Neodani Fault
断層破砕帯浅部で高速すべりに伴って生じる現象を明らかにするために、根尾谷断層破砕帯を対象としたX線CT観察、帯磁率測定、SEM観察を行い、断層ガウジ帯の密度低下と摩擦発熱の関係について考察する。用いた試料は原子力規制庁が岐阜県本巣市根尾水鳥と根尾長嶺で掘削したボーリングコアである。根尾谷断層は1891年濃尾地震に伴って根尾水鳥では6 mの鉛直変位、根尾長嶺では6.2 mの左横ずれ変位を生じている。それぞれの地点で各2本のボーリング孔が掘削され、前者では深度382 mと84 m、後者は深度64 mと14 mで最新すべり面を貫いている。断層ガウジ帯の原岩は美濃帯付加コンプレックスの泥岩基質メランジュであり、最新すべり面は前者では玄武岩起源、後者では泥岩起源の断層ガウジ内に発達すると推定される。
最新すべり面のX線CT観察では、根尾水鳥の深度382 mでは厚さ1 cmの領域で近傍の断層ガウジに比べてきわめて低いCT値、84 mでは厚さ1 cmの2本の領域でやや低いCT値を示す。一方で、根尾長嶺の深度64 mでは低いCT値を示す領域が局所的に現れ、14 mでは近傍の断層ガウジとのCT値の違いは不明瞭である。帯磁率測定では、深度382 mと84 mでは最新すべり面とその近傍を含む領域で高い値を示すのに対して、深度64 mと14 mでは最新すべり面に沿って局所的に高い値を示す。SEM観察では、全深度で自形から他形のバライトが分布するとともに、深度382 mでは最新すべり面の近傍でやや自形を示す細粒方解石集合体の帯状の分布や泥岩基質断層ガウジへの珪質断層角礫岩の貫入が認められる。
最新すべり面における低CT値領域は、地震時の高速すべりに伴う断層ガウジの密度低下を反映していると考えられる。これはダイラタンシーによる間隙率の増加や粘土鉱物の含有率の増加を示唆している。近傍の断層ガウジと比べて最新すべり面では深度382 mできわめて低いCT値であるのに対して84 mではやや低いCT値となるのは、前者では低CT領域が1本であるのに対して、後者では2本であり、すべり面の分岐により1本のすべり面あたりのダイラタンシーの影響が緩和したことが考えられる。深度64 mと14 mでは最新すべり面におけるCT値の違いは不明瞭であり、これは地表付近の低封圧条件下では断層のフラワー構造によりすべり面が地表に近づくにつれて分岐したためである可能性がある。根尾長嶺の掘削地点の近傍では濃尾地震の際に5.5-7.0 mの地表変位が生じたことが茶の木の列の左横ずれ屈曲に残されており、その分布から15-25 mの幅の断層帯を見積もることができる（粟田ほか, 1999）。ただし、明瞭にクランク上に屈曲した茶の木の列は1本の直線上のみであり、またボーリングコアには明瞭な最新すべり面は1ヶ所のみであることから、濃尾地震及びそれ以前における断層変位は1本のすべり面にある程度は集中していたとみなすことができる。
浅部ほど封圧が低いにもかかわらず深部ほどダイラタンシーが生じている理由として、断層の高速すべりに伴うthermal pressurizationが考えられる。深度382 mに認められるやや自形の細粒方解石と貫入を示す構造は断層の摩擦発熱に伴う間隙水の温度・圧力の急激な上昇とその後の低下を示唆している。また、全深度で見いだされている高帯磁率異常は摩擦発熱による磁性鉱物の生成（Yang et al., 2020）、自形から他形のバライトの存在はバライトの溶解度が約100 ℃で最大となる（Shi et al., 2023）ことから、これらも温度上昇とその後の低下を示している。摩擦発熱による温度上昇ΔTをCardwell et al.（1978）に基づくとともに、未知のパラメータをHirono et al.（2007）を参考にして求めると、濃尾地震のときの摩擦発熱による到達温度は深度382 m, 84 mでそれぞれT = 426 ℃, 106 ℃であったと見積もることができる。よって、深度382 mでは間隙水圧の上昇がより大きく、両者における最新すべり面の近傍の断層ガウジと比べたときのCT値の相違は高速すべりに伴う間隙水圧の上昇によるダイラタンシーの違いを表している可能性がある。
本研究の一部は高知大学海洋コア国際研究所共同利用・共同研究（24B078）のもとで実施されました。ここに記して感謝の意を表します。
参考文献：
粟田ほか (1999) 地質調査所速報, EQ/99/3, 115-130.
Cardwell et al. (1978) Geophys. J. R. Astron. Soc., 52, 525–530.
Hirono et al. (2007) Geophys. Res. Let., 34, L19308.
Shi et al. (2023) ACS Omega 2023, 8, 20440–20449.
Yang et al. (2020) Rev. Geophys., 58, e2019RG000690.
最新すべり面のX線CT観察では、根尾水鳥の深度382 mでは厚さ1 cmの領域で近傍の断層ガウジに比べてきわめて低いCT値、84 mでは厚さ1 cmの2本の領域でやや低いCT値を示す。一方で、根尾長嶺の深度64 mでは低いCT値を示す領域が局所的に現れ、14 mでは近傍の断層ガウジとのCT値の違いは不明瞭である。帯磁率測定では、深度382 mと84 mでは最新すべり面とその近傍を含む領域で高い値を示すのに対して、深度64 mと14 mでは最新すべり面に沿って局所的に高い値を示す。SEM観察では、全深度で自形から他形のバライトが分布するとともに、深度382 mでは最新すべり面の近傍でやや自形を示す細粒方解石集合体の帯状の分布や泥岩基質断層ガウジへの珪質断層角礫岩の貫入が認められる。
最新すべり面における低CT値領域は、地震時の高速すべりに伴う断層ガウジの密度低下を反映していると考えられる。これはダイラタンシーによる間隙率の増加や粘土鉱物の含有率の増加を示唆している。近傍の断層ガウジと比べて最新すべり面では深度382 mできわめて低いCT値であるのに対して84 mではやや低いCT値となるのは、前者では低CT領域が1本であるのに対して、後者では2本であり、すべり面の分岐により1本のすべり面あたりのダイラタンシーの影響が緩和したことが考えられる。深度64 mと14 mでは最新すべり面におけるCT値の違いは不明瞭であり、これは地表付近の低封圧条件下では断層のフラワー構造によりすべり面が地表に近づくにつれて分岐したためである可能性がある。根尾長嶺の掘削地点の近傍では濃尾地震の際に5.5-7.0 mの地表変位が生じたことが茶の木の列の左横ずれ屈曲に残されており、その分布から15-25 mの幅の断層帯を見積もることができる（粟田ほか, 1999）。ただし、明瞭にクランク上に屈曲した茶の木の列は1本の直線上のみであり、またボーリングコアには明瞭な最新すべり面は1ヶ所のみであることから、濃尾地震及びそれ以前における断層変位は1本のすべり面にある程度は集中していたとみなすことができる。
浅部ほど封圧が低いにもかかわらず深部ほどダイラタンシーが生じている理由として、断層の高速すべりに伴うthermal pressurizationが考えられる。深度382 mに認められるやや自形の細粒方解石と貫入を示す構造は断層の摩擦発熱に伴う間隙水の温度・圧力の急激な上昇とその後の低下を示唆している。また、全深度で見いだされている高帯磁率異常は摩擦発熱による磁性鉱物の生成（Yang et al., 2020）、自形から他形のバライトの存在はバライトの溶解度が約100 ℃で最大となる（Shi et al., 2023）ことから、これらも温度上昇とその後の低下を示している。摩擦発熱による温度上昇ΔTをCardwell et al.（1978）に基づくとともに、未知のパラメータをHirono et al.（2007）を参考にして求めると、濃尾地震のときの摩擦発熱による到達温度は深度382 m, 84 mでそれぞれT = 426 ℃, 106 ℃であったと見積もることができる。よって、深度382 mでは間隙水圧の上昇がより大きく、両者における最新すべり面の近傍の断層ガウジと比べたときのCT値の相違は高速すべりに伴う間隙水圧の上昇によるダイラタンシーの違いを表している可能性がある。
本研究の一部は高知大学海洋コア国際研究所共同利用・共同研究（24B078）のもとで実施されました。ここに記して感謝の意を表します。
参考文献：
粟田ほか (1999) 地質調査所速報, EQ/99/3, 115-130.
Cardwell et al. (1978) Geophys. J. R. Astron. Soc., 52, 525–530.
Hirono et al. (2007) Geophys. Res. Let., 34, L19308.
Shi et al. (2023) ACS Omega 2023, 8, 20440–20449.
Yang et al. (2020) Rev. Geophys., 58, e2019RG000690.
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