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Progress in Earth and Planetary Science

日本語Abstract

Research

Solid earth sciences

201510201510

沈み込みプレート境界面での非アスペリティの正体は粘土鉱物?

片山 郁夫,久保 達郎,佐久間 博,河合 研志

Can clay minerals account for the behavior of non-asperity on the subducting plate interface?

Katayama I, Kubo T, Sakuma H, Kawai K

Frictional healing, Clay minerals, Seismic asperity, Subducting plate interface

沈み込みプレート境界面の模式図.熱水変質によって粘土鉱物が分布する領域は固着が弱いのに対し,変質を免れた領域は固着が強くアスペリティに対応する.

沈み込みプレート境界面には,プレート間同士がしっかり固着している領域(アスペリティ)と普段から安定的にすべる領域(非アスペリティ)が分布し,プレート間地震はおもに前者のアスペリティで発生する.では,プレート境界面でアスペリティと非アスペリティを生み出す原因はなんだろうか?アスペリティは空間的に不均質に分布するため温度圧力による鉱物の相転移を想定することは難しく,これまでは海山などの沈み込みによるプレート境界面での凸凹が有力視されていた(例えばCloors, 1992).しかし,海山などの沈み込みが見られない地域や陸源性の堆積物によってプレート境界面が平滑にされている地域にもアスペリティがみられ,その実体についてはまだ不明な点が多い.私たちは,アスペリティと非アスペリティの違いはプレート境界面上に分布する物質の違いが原因であるとの仮説をたて,粘土鉱物の摩擦ヒーリング特性に関する実験を行った.

摩擦の性質としては,速度を急変させた際の応答(速度依存性)から地震性すべりか非地震性すべりかが議論されることが多いが,断層運動が静止(固着)した際に強度がどの程度回復するかを表すヒーリング効果も断層の強度や地震の周期を決める重要なパラメーターの一つである.本論文では粘土鉱物の摩擦ヒーリング効果を調べた結果,スメクタイトや緑泥石などの粘土鉱物ではヒーリング効果は石英などに比べ明らかに小さいことが分かった.このことは,摩擦面に石英などの無水鉱物が存在する状態では固着強度が時間とともに回復するのに対し,粘土鉱物が分布すると固着力が弱く強度の上昇が遅れることを示唆している.プレート境界面では,沈み込むプレートから絞り出される水溶液により粘土鉱物が不均質に分布していることが考えられるため,アスペリティを囲う非アスペリティはそのような変質による粘土鉱物の存在によって生じているのかもしれない.

日本語原稿執筆者:片山郁夫(広島大学 大学院 理学研究科 地球惑星システム学専攻)
(敬称略)