2-3 地殻の表層から深部における変形様式の時空間的特徴についての研究●代表者

鵜川元雄（地球科学科・教授）●分担者

竹内真司（地球科学科・教授）
安井真也（地球科学科・教授）
竹村貴人（地球科学科・教授）
中尾有利子（地球科学科・准教授）
金丸龍夫（地球科学科・准教授）
村瀬雅之（地球科学科・准教授）【研究の目的および概要】
地殻は火山活動，地震・断層運動，風化などのさまざまな様式で変形する場である。本研究は地殻を変形の場として考え，火山深部のマグマの移動・蓄積から火山体形成に至る過程，地震活動や断層運動，亀裂や破砕帯，岩石の生成から破壊における酸化還元といった多面的な視点で研究を進め，地殻の多様な変形様式の時空間的特徴を把握することが目的である。次のような異なった視点による具体的な目的を設定して研究を進める。
①

測地測量データに基づいて，火山の静穏期の地殻変動から，噴火につながるマグマの供給や蓄積の過程を明らかにする。

②

安山岩質火山において地質単位として認識される規模の堆積物をもたらす噴火の間隔を高精度で明確にし，火山体形成の時空的な様式の実態を知る。

③

巨大地震の震源域の周辺地域において地殻浅部の地震活動の変化を明らかにする。

④

地球表層を構成する岩石に存在する既存断層が，遠方の地震動や化学反応あるいは掘削影響などをトリガーとして再活動するかどうかを摩擦係数の環境依存性の観点から明らかにする。また，間隙水圧や間隙水の水質が見かけの摩擦係数など内部摩擦係数に与える影響についても，動的挙動やクリープ挙動などを考慮した時間依存性の観点から考察する。

⑤

岩盤中の亀裂や断層破砕帯は地下深部から表層をつなぐ地下水や物質の移行経路となり得ることから，亀裂や断層破砕帯を対象に物質移行上の特徴を把握し，深部から浅部にかけての空間的な変化の特徴を明らかにする。

⑥

岩石の生成から破壊までのすべての過程に関連している酸化還元状態で重要な役割を果たす酸化度の定量的見積もり方法を開発する。
これらの研究を通して，総合的に地殻の変形の時空間的特徴を理解する。

【研究の結果】
各項目について以下の成果が得られた。各項目の番号は目的及び概要の番号に対応している。
（火山に関連する研究項目）①

箱根火山では 2001 年以降，火山活動の活発化がたびたび認められるため，2020 年 12 月 6 日〜 12 月 10 日の期間に GNSS 測量調査と水準測量調査を実施した。2019 年 12 月―2020 年 12 月の 1 年間の上下変動として，大涌谷で 20mm の沈降を，二ノ平にある GEONET 箱根観測点を参照点とし検出した。また二ノ平から桃源台に向かう路線に有意な変動は検出されなかった。

②

浅間前掛火山の歴史時代の大規模噴火の堆積物を対象として，南山腹で採取した火砕流堆積物中の炭化木片

23の放射性炭素年代測定を実施した結果，18 世紀の天明噴火の頃の年代値を得た。
（地震・断層・亀裂・破砕帯に関する研究項目）③

東北地方太平洋沖地震後に関東地方の地震活動は深さ 80 ㎞以浅で活発化し，80 ㎞以深では静穏化していたことを明らかにした。活発化した地震発生原因を推定するうえで震源は重要なパラメータである。今回，遺伝的アルゴリズムを使って地震波速度と震源を同時に決める方法を開発した。また表面波の励起により震源の深さを判別するため，予察的に有限差分法による解析を実施した。

④

断層運動のメカニズムを力学的に解明するためには断層内物質の摩擦係数が重要である。本研究では沈み込み帯における分岐断層を想定して，新たに開発した摩擦試験機により泥岩と石灰質岩の摩擦係数の測定を行った。その結果，泥岩，石灰質岩ともに文献値に近い摩擦係数値が得られ，摩擦試験機の妥当性を確認した。また水のある環境下での実験が行えるように試験機を改良し，石灰質岩石において，水の pH を変化させた条件で固体同士での摩擦試験を行った。その結果，接触面の溶解による摩擦係数の変化を捉える予察的な結果を得ることができた。

⑤

新第三紀付加体（葉山層群）中の砂岩や泥岩とジュラ紀付加体（秩父帯）中の混在岩を対象に試料を採取し，種々の室内試験等を実施した結果，葉山層群中の岩石に特徴的にみられる「面なし断層」は，薄片や電子顕微鏡観察により，母岩部よりも粒子サイズが小さく，空隙率も低いことが判明した。一方，秩父帯中の混在岩に発達する「鱗片状へき開」をなす断層部は，空隙が見られる部分と黒色物質で充填されている部分から構成され，充填物については，薄片観察やＸ線回折および元素分析により，粘土鉱物や鉄鉱物であることが推定された。

（岩石の酸化度に関する研究）⑥

電子線マイクロアナライザー（EPMA）による鉱物および火山ガラスの酸化度定量の開発を試みた。本研究では，鉱物学的ストイキオメトリーから酸化度が推定可能なチタン磁鉄鉱およびチタン赤鉄鉱粒子について，Fe の L a 線および L b 線の強度比 を EPMA の定性分析により求め，L 線強度比を用いた酸化度の定量のための検量線作成を試みた。その結果，チタン磁鉄鉱を用いた検量線およびチタン赤鉄鉱を用いた検量線の相関係数はそれぞれ約 0.7 と約 0.3 であり，チタン磁鉄鉱を用いる方法がより定量に適していることを明らかにした。

【研究の考察・反省】
各項目について考察と反省を下記に示す。各項目の番号は目的及び概要の番号に対応している。
（火山に関連する研究項目）①

二ノ平から桃源台に向かう路線は，2015 年− 2018 年の期間では沈降が検出され，2015 年噴火時に開口したクラックが収縮していると解釈されていた。2018 年以降，2020 年 12 月まで有意な変動が検出されておらず，クラックの収縮は 2018 年 12 月以前に停止し，静穏な状況が 2020 年 12 月まで継続したと示唆される。

②

前掛火山の南山腹には 12 世紀の天仁噴火の追分火砕流堆積物が広く分布し，今回の試料採取地点でも厚さ数メートルの同堆積物がみられ，その上位に黒色土壌を挟んで 火砕流堆積物があることを確認した。上位の堆積物に含まれる炭化材の年代値は，天明噴火でも小規模な火砕流が南山腹を流下したことを示している。防災・減災の上でも，今後，南山腹での天明噴火による火砕流の影響範囲をさらに調査する必要がある。

24

（地震・断層・亀裂・破砕帯に関する研究項目）③

関東地方にはフィリピン海プレートと太平洋プレートが沈み込んでいるために深さ 80 ㎞以浅と以深で地震活動の変化に大きな違いが出たと考えられる。具体的なメカニズムの考察が必要である。地殻浅部の震源再決定について，今回は手法開発に終わったので，今後，実際のデータに適用しなければならない。

④

本研究での摩擦試験の条件は，圧力と水環境という点では地下の断層の状態を再現しているが，温度に関しては考慮されていない。今後，高温環境下での実験を行えるよう試験機を改良し実験を行っていくべきであろう。しかしながら，水・温度を同時に考えることは試験機の技術的な問題から難しいため，そのことを考慮した断層運動モデルを開発していくべきである。

⑤

新第三紀と先新第三紀付加体中に発達する断層を比較すると，前者に特徴的な「面なし断層」は，細粒でかつ空隙率も低いことから選択的な物質移行経路として機能せず，むしろ，移動を抑制する効果が期待される。
一方，後者に特徴的な「鱗片状へき開」は場所によって高い空隙率を示すことから，有意な物質移行経路となり得るものと考えられる。これらの違いは，プレート収束境界におけるそれぞれの地質体の埋没深度や変形様式に起因するものと考えられる。

（岩石の酸化度に関する研究）⑥

今回の検討結果は，定性的または半定量的には，本学設置の EPMA により鉱物の酸化度を見積もることが可能であることを示している。しかしチタン磁鉄鉱とチタン赤鉄鉱で，大きく異なる結果が得られたことは，結晶学的な検討が必要であることを示唆する。また分析条件の検討も必要である等，多くの課題が残る。ザ
クロ石類など，酸化度的に端成分から幅広い化学組成を示す試料を用いた検討や分析条件の再検討などによりこれらの課題解決に取り組みたい。

【研究発表】
竹村貴人，Tenthorey, E.，細野日向子，佐藤稔，朝比奈大輔 (2020) 真三軸透水試験による Otway 地域の堆積岩の断層形成に伴う透水特性の変化，JpGU-AGU Joint Meeting 2020, HSC07-P02.
村瀬雅之，木股文昭，山中佳子，松島健，森廣健二郎，田ノ上和志，内田和也，吉川済，佐藤大介，國友孝洋，前田裕太，堀川信一郎，奥田隆，松慎，井上寛之，簗田高広，加古考範，石森啓之，精密水準測量データから推定する 2017 年御嶽山東山麓での M5.6 地震の断層モデル 2，地球惑星科学連合 2020 年大会，2020 年 7 月 12日
村田航大，鵜川元雄，GA を活用した震源・地震波速度構造同時決定法による四国地域の P 波・S 波速度構造，日本地震学会 2020 年度秋季大会，S06-09，2020 年 10 月 29 日
【研究成果物】
なし25