2015年4月 - 2017年3月
岩石ー水反応による地殻応力発生機構とその時間発展の解明
日本学術振興会 科学研究費助成事業 新学術領域研究(研究領域提案型) 新学術領域研究(研究領域提案型)
本年度は岩石ー水反応における反応誘起歪のモデル化をするために,多結晶体の反応誘起歪と反応速度,空隙閉塞の時系列変化を実験的に探索した.その結果,反応誘起歪の律速過程が明らかになり,反応誘起歪の時系列変化をモデル化することができた.
差応力下での反応誘起歪は,高差応力ほど反応誘起歪が抑制されることが観察された.この歪みー時間変化は,静水圧下での膨張と溶解沈殿クリープのたし合わせで表されることが分かった.一方,静水圧下での反応誘起歪は,反応速度に一定の比で比例することが観察され,反応誘起歪は反応速度に決定されることが分かった.
多結晶体の反応速度は,単結晶の反応速度より有意に遅いことが観察された.これは,反応ともなう空隙閉塞により,実効的な反応表面積が減少することで律速されていると考えられる.様々な初期空隙率のサンプルに対して実験を行うと,反応表面積ー空隙率に一定の関係が見出され,ある臨界空隙率で急激に反応表面積が減少することが明らかになった.
以上の結果から,反応表面積ー空隙率をシグモイド関数で表現することで,静水圧下での反応誘起歪・反応速度・空隙率の時系列変化をモデル化することができた.さらに,差応力化での反応誘起歪は,静水圧下での反応誘起歪みと溶解沈殿クリープのたし合わせでモデル化することができた.
以上より,吸水反応による岩石の力学挙動は,反応速度と変形速度の競合に支配されること,反応速度は反応表面積ー空隙率関係に支配されることが明らかになった.天然のマントルや地殻における吸水反応では,表面反応速度は非常に早く,反応表面への流体のアクセスが十分な系では,測地学的歪み速度より有意に早い反応誘起歪み速度が予測される.従って,マントル・地殻岩石における反応表面積ー空隙率関係が,岩石ー水反応時の力学挙動に重要である.
差応力下での反応誘起歪は,高差応力ほど反応誘起歪が抑制されることが観察された.この歪みー時間変化は,静水圧下での膨張と溶解沈殿クリープのたし合わせで表されることが分かった.一方,静水圧下での反応誘起歪は,反応速度に一定の比で比例することが観察され,反応誘起歪は反応速度に決定されることが分かった.
多結晶体の反応速度は,単結晶の反応速度より有意に遅いことが観察された.これは,反応ともなう空隙閉塞により,実効的な反応表面積が減少することで律速されていると考えられる.様々な初期空隙率のサンプルに対して実験を行うと,反応表面積ー空隙率に一定の関係が見出され,ある臨界空隙率で急激に反応表面積が減少することが明らかになった.
以上の結果から,反応表面積ー空隙率をシグモイド関数で表現することで,静水圧下での反応誘起歪・反応速度・空隙率の時系列変化をモデル化することができた.さらに,差応力化での反応誘起歪は,静水圧下での反応誘起歪みと溶解沈殿クリープのたし合わせでモデル化することができた.
以上より,吸水反応による岩石の力学挙動は,反応速度と変形速度の競合に支配されること,反応速度は反応表面積ー空隙率関係に支配されることが明らかになった.天然のマントルや地殻における吸水反応では,表面反応速度は非常に早く,反応表面への流体のアクセスが十分な系では,測地学的歪み速度より有意に早い反応誘起歪み速度が予測される.従って,マントル・地殻岩石における反応表面積ー空隙率関係が,岩石ー水反応時の力学挙動に重要である.
- ID情報
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- 課題番号 : 15H01136
この研究課題の成果一覧
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受賞
1論文
1-
Proceedings of the National Academy of Sciences 119(3) e2110776118 2022年1月18日 査読有り筆頭著者責任著者
メディア報道
3-
日本経済新聞社 日経産業新聞 7面 2022年2月7日 新聞・雑誌
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日刊工業新聞 日刊工業新聞 21面 2022年1月21日 新聞・雑誌
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東北大学 日本経済新聞 2022年1月18日 インターネットメディア