【研究分野】地球化学

【研究領域課題番号】14740312 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

地震 / 岩石破壊 / ガス放出 / 地下水 / 微小亀裂 / アコースティックエミッション

【研究成果の概要】

本研究では、岩石の一軸圧縮に伴うガス放出の過程を調べた。岩石破壊の直前に大量にガスが放出されることから、地震発生前のガス濃度増加にかなり関与していることが示唆される。
地球化学的地震予知研究では、地下水に溶けているガスやイオンの濃度の時間変化が時間に応答するという観測結果に基づいて、そのメカニズムモデルの構築や的確なシグナル観測の技術開発を行ってきている。そこで本研究では、メカニズムモデル構築のための基礎データを得ることを目標とした。
使用した試料は、稲田花崗岩でφ50、L100の円柱である。この形状の花崗岩の場合およそ25tの荷重、約2mmの軸方向の変形の後破壊に至る。試料は真空容器内に入れ、4.2kg/sの荷重速度で圧縮した。このときの荷重はロードセルを使用して同時にモニターした。また同時に、破壊に至るまでの亀裂生成率はアコースティックエミッションでモニターした。アコースティックエミッションセンサーは真空容器内で岩石に貼り付けられている。亀裂生成に伴って放出されるガスを精密に分析するために、英国HIDEN社の四重極質量分析計HAL201を使用した。測定をした質量数は、時間分解能を上げるために2,4,5,16,18,28,32,36,40,44とした。これらの質量数をスキャンするのに要した時間は10秒であった。
アコースティックエミッションの頻度は、破壊に至る時間の80%程度の時間から指数関数的に増加した。測定されるアコースティックエミッションのシグナルの強さとガスの放出パターンに相関が確実に見られるのは指数関数的な増加が始まってからと判断された。放出されるガスの組成には系統性があるとは言い難く、指標とできるガス種についてはさらに詳細な実験が必要である。一方、当初目標としていた亀裂生成の三次元可視化は、使用したシグナル解析装置の不備により実現できなかったが、解析装置の改良を行うことで可能になると考えられ、ガス発生を引き起こすアコースティックエミッションを特定が可能になることが期待される。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2002 - 2003

【配分額】3,500千円 (直接経費: 3,500千円)

【研究分野】広領域

【研究領域課題番号】62300007 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

フラクタル / 地震 / 震源過程 / 岩石破壊 / カオス / パターン形成

【研究成果の概要】

フラクタルは最近急速に発展しつつある非整数次元の形を取り扱う幾何学であり、破壊、パターン形成、ランダム媒質中の波動電播等の現象を通じて、地震学とも密接に関連している。本研究の目的はフラクタルの最新の知識を地震学に導入すると同時に、地震学固有の問題をフラクタルを専門とする数学者、物理学者に理解してもらい、それによってフラクタル科学の発展と地震学の発展を期待するものである。具体的には、分担者を中心とするいくつかのワーキング・グループを発足させ、グループ毎に問題のレビューと研究を行い、これらの成果をシンポジウムで発表、討論するという形態をとった。昭和62年度においては計3回のシンポジウムを開催した。これらのシンポジウムにおいては、先ず地震学に限らず広く地球科学、天文学、物理学、化学の分野におけるフラクタル並びにカオスの現象を総括し、これらの現象と地震現象との類似点、相違点についての共通の認識を深めた。フラクタルは元来幾何学的な概念であるために、静的な現象を記述するのには威力を発揮する。したがって現象そのものを見る限りにおいては各分野に見られるフラクタル現象には共通点が多い。しかしこのことがそれらの現象を支配している物理、化学的な過程に共通性があるわけではない。そこで本研究の後半では現象の記述だけではなく、ダイナミックな側面にも注意を払うことにした。すなわち、化学反応、流体運動の非平衡非定常現象、岩石などの破壊過程のダイナミックス等が取り上げられた。昭和63年度においては2回のシンポジウムがこの線に沿って開催され、震源の階層性、フラクタル構造中の波動電播、断層の相互作用等が議論された。これらの成果は既に「数理地震学(III)」として公刊されており、63年度の成果は「数理地震学(IV)」として公刊される予定である。

【研究種目】総合研究(A)

【研究期間】1988 - 1989

【配分額】5,000千円 (直接経費: 5,000千円)