Presentation Information
[S12P-04]Velocity-dependent friction of rocks distributed in the 2016 Kumamoto earthquake region
*Kazuo MIZOGUCHI1, Takahiro IIda2, Sachiko Iizuka2 (1. Central Research Institute of Electric Power Industry, 2. CERES)
2016年に発生した熊本地震では，阿蘇から南西方向に延びる布田川断層全域と，益城町から南南西方向に延びる日奈久断層の北端部5km区間において断層変位が生じた．今回の地震の破壊域の北東端に関しては，阿蘇火山のマグマだまりが破壊のバリアーになったと考えられている（Yue et al., 2017, JGR）一方で，地震破壊が日奈久断層北端部分で停止した原因に関しては，Aoyagi et al.(2020)により高Vp/Vsゾーンとの関連性が議論されているものの未だ明らかにされていない．またこの破壊南端域では，地震後に顕著な余効すべりが発生しているが知られている（Hashimoto, 2020, EPS; 遠田ほか, 2012, 活断層研究）が，このような非地震性の挙動は，断層の摩擦特性が破壊中央部とは異なる可能性が示唆される．そこで我々は，熊本断層の破壊南端付近に分布する岩石を用いた摩擦実験を行い，それらの摩擦特性から今回の熊本地震時の断層挙動を説明できるかどうかを検討したい．
摩擦実験には，熊本地震の破壊南端部周辺に分布する，①前期白亜紀の肥後変成岩の変成砂岩，②三畳紀-ジュラ紀の低温高圧型の間の谷変成岩の緑色片岩及び泥質片岩，③前期白亜紀の肥後深成岩の花崗閃緑岩を用いた．各岩石を粉砕した後に篩掛けし，100μm以下の粉末試料を模擬断層ガウジとして準備した．縦50mm横50mm長さ80mm（中央は長さ100mm）の閃緑岩健岩ブロックを３段積み重ねて，各ブロックが接する50mm×80mmの２面に厚さ3mmのガウジ試料を敷き詰めた後に，電力中央研究所が所有する２軸剪断摩擦試験装置にセットし，中央部の岩石ブロックを変位させることで，各ガウジ層へせん断変位を与えた．実験中は垂直応力40MPaで一定に保持し，摩擦強度が定常状態に達する約0.3mm程度変位させた後に，変位速度0.3 μm/sから100 μm/sまで3.33倍ずつ速度を上げていくサイクルを3回繰り返し行い，速度急変時における摩擦係数の変化（摩擦強度のすべり速度依存性: a-b）を調べた．また今回の実験で用いたガウジ試料に対しては，炉乾燥を行っておらず，湿潤状態のものとなっている．このa-bが負の摩擦特性を断層が持つ場合には，地震発生につながるような断層の不安定滑りが生じるのに対して，a-bが正では，地震のような動的な破壊が発生するのを抑制し，断層クリープのような安定した断層滑りを促進させることが知られる（Scholz, 1998, Nature）．
実験結果により各試料で得られたa-bについての全体の傾向として，変位の増加に伴いa-bは減少する変位依存性が見られるとともに，変位量10mm以上においては，①変成砂岩及び③閃緑岩ではa-bは負を示す一方で，②の緑色片岩及び泥質片岩ではそれぞれ-0.001 ~ 0.0005，-0.0008 ~ 0.0006と幅広い値が得られている．また②の泥質片岩では，速度を急変させる速度が大きいほど，a-bが負から正へ変化する傾向が見られた．今回測定した試料の中で，唯一②の間の谷変成岩を構成する岩石においては，大きく変位させた後であってもa-bが正を示したことから，今回の熊本地震において，日奈久断層北端から以南へ断層すべり破壊が進展しなかった原因として，破壊南端付近に分布する間の谷変成岩がバリアーとして働いた可能性が示唆された．ただし今回の検討は，湿潤状態での実験結果に基づいたものであり，実際の地下環境とは大きく異なるため，今後は水飽和条件下での摩擦試験を実施していく予定である．
摩擦実験には，熊本地震の破壊南端部周辺に分布する，①前期白亜紀の肥後変成岩の変成砂岩，②三畳紀-ジュラ紀の低温高圧型の間の谷変成岩の緑色片岩及び泥質片岩，③前期白亜紀の肥後深成岩の花崗閃緑岩を用いた．各岩石を粉砕した後に篩掛けし，100μm以下の粉末試料を模擬断層ガウジとして準備した．縦50mm横50mm長さ80mm（中央は長さ100mm）の閃緑岩健岩ブロックを３段積み重ねて，各ブロックが接する50mm×80mmの２面に厚さ3mmのガウジ試料を敷き詰めた後に，電力中央研究所が所有する２軸剪断摩擦試験装置にセットし，中央部の岩石ブロックを変位させることで，各ガウジ層へせん断変位を与えた．実験中は垂直応力40MPaで一定に保持し，摩擦強度が定常状態に達する約0.3mm程度変位させた後に，変位速度0.3 μm/sから100 μm/sまで3.33倍ずつ速度を上げていくサイクルを3回繰り返し行い，速度急変時における摩擦係数の変化（摩擦強度のすべり速度依存性: a-b）を調べた．また今回の実験で用いたガウジ試料に対しては，炉乾燥を行っておらず，湿潤状態のものとなっている．このa-bが負の摩擦特性を断層が持つ場合には，地震発生につながるような断層の不安定滑りが生じるのに対して，a-bが正では，地震のような動的な破壊が発生するのを抑制し，断層クリープのような安定した断層滑りを促進させることが知られる（Scholz, 1998, Nature）．
実験結果により各試料で得られたa-bについての全体の傾向として，変位の増加に伴いa-bは減少する変位依存性が見られるとともに，変位量10mm以上においては，①変成砂岩及び③閃緑岩ではa-bは負を示す一方で，②の緑色片岩及び泥質片岩ではそれぞれ-0.001 ~ 0.0005，-0.0008 ~ 0.0006と幅広い値が得られている．また②の泥質片岩では，速度を急変させる速度が大きいほど，a-bが負から正へ変化する傾向が見られた．今回測定した試料の中で，唯一②の間の谷変成岩を構成する岩石においては，大きく変位させた後であってもa-bが正を示したことから，今回の熊本地震において，日奈久断層北端から以南へ断層すべり破壊が進展しなかった原因として，破壊南端付近に分布する間の谷変成岩がバリアーとして働いた可能性が示唆された．ただし今回の検討は，湿潤状態での実験結果に基づいたものであり，実際の地下環境とは大きく異なるため，今後は水飽和条件下での摩擦試験を実施していく予定である．