Scientific and Educational Reports of the Facultyof Science and Technology, Kochi University
Vol. 4 (2021), No. 1

砂層の剪断帯に与える粒径の影響：砂箱実験の例
Influences of grain size on shear zones of sand layers: An example ofsandbox experiments
藤内智士*・清水 知**Satoshi Tonai* and Tomo Shimizu***〒 780-8520 高知県高知市曙町 2-5-1 高知大学理工学部地球環境防災学科**〒 790-8571 愛媛県松山市二番町 4-7-2 松山市役所*Department of Global Environment and Disaster Prevention, Faculty of Science and Technology, Kochi
University, Kochi 780-8520, Japan**Matsuyama City Hall, Matsuyama 790-8571, Japan
要旨：厚さが同じで粒径の異なる砂層に発達する剪断帯群の違いについて調べた．その結果，剪断帯は移動量の増大とともに剪断ひずみ（移動量と幅の比）が大きくなっていくこと，粒径の大きい砂層の剪断帯ほど幅が大きくなりひずみ量は小さくなることがわかった．また，今回行ったクーロンウェッジの形成実験では，全体の変形の進行にともなって新たな剪断帯ができていった．粒径が大きいほど新たな剪断帯ができていく間隔は大きいが，その影響は粒径が剪断帯の幅に及ぼす影響に比べると小さかった．このことも，粒径の大きな砂層にできる剪断帯
ほどひずみ量が大きくならない要因と考えられる．

Abstract: We investigated influences of grain size on shear zones developed in sand layers of the same thickness.
The results show that the shear strain rates, which are defined by the ratio of the displacement to the width of
the shear zones, increase with increasing the displacement and the shear zones in the coarser grain sand layers
have the smaller shear strain rates because of their wider widths. In addition, the Coulomb’s wedge experimentsin this study developed multiple shear zones during their deformation. Although the coarser sand layers show
larger interval of the shear zones, the influence is smaller than that on the width of the shear zones. Suchdeformation pattern also contributes to the suppression of the shear strain rates of the shear zones.
キーワード：剪断帯，断層，褶曲，スラスト–褶曲帯，砂層，模型実験，砂箱

Keywords: shear zone, fault, fold, fold-and-thrust belt, sand layer, analogue experiment, sandbox1

例えば，粒子の形が剪断帯の構造や挙動に影響を与える

はじめにことが，形の異なる種子を用いた実験から報告されてい地層に見られる変形構造の代表的なものとして断層る（Mueth et al., 2000）．また，粒子接触点での転がりと褶曲がある．どちらも天然の地層中に普遍的に見ら抵抗の違いが剪断帯内の空隙や粒子回転に影響を与える

れ，乾燥砂などの粉粒体を用いた実験でも比較的簡単

ことが自然砂を用いた実験（Oda and Kazama, 1998）に作ることができる．地層が未固結，すなわち粉粒体

や数値シミュレーション（Iwashita and Oda, 2000）か層の場合には，断層や褶曲は主に粒子間のすべりが局ら指摘されている．実際の粉粒体層の挙動はこれらの所化することでできる．そこで，本論文では，粉粒体因子が複雑に組み合わさっており，剪断帯の形成過程層にできる断層と褶曲をまとめて剪断帯と呼ぶことにについては現在も未解明の部分がある．現状では，個々する．

の因子が与える影響を明らかにしていくことが重要で粉粒体層にできる剪断帯の形成過程には，単一粒子のある．

粒径・形・力学特性，粉粒体層の大きさ・形・応力状態・充填率など，複数の因子が関わっている（例えば，Mühlhaus

本研究では，粒径の違いが剪断帯に与える影響について，粒径の異なる砂層からクーロンウェッジを作る模and Vardoulakis, 1987; Desrues and Viggiani, 2004）．
Received: September 10, 2020
Reviewed by anonymous referee(s), and accepted: January 4, 2021
Published: February 3, 2021

1

PC

Power
supply693 mmUppersand layer

Back stop

Glass side walls

Controller

10 - 24 mm
Lower
sand layer

Movingsheet

5 - 10 mm

Electric actuator

Rigid base

図 1: 実験装置の概念図．スケールは無視している．
型実験を行って調べた．粒径が粉粒体層の変形に与える

内側に厚さ 5 mm のガラス板を取り付けて，砂層と容影響については，離散要素法（DEM）シミュレーショ

器側面の間に発生する摩擦の影響を小さくした．
砂 層 は ，基 底 に 敷 い た シ ー ト を ア ク チュエ ー タンを用いた研究（小早川ほか，2019）や，異なる粒径のマイクロビーズを用いた模型実験の研究（山田ほか， （RSD302B, Misumi）の可動部と繋いで水平に引っ張ることで移動させた．このアクチュエータは，最大推

2006）がある．しかし，これらの先行研究では粉粒体層全体の変形についての議論が中心で，個別の剪断帯についての詳しい議論はされていない．後述するように，本研究では写真データに加えて X 線 CT 画像デー
タを使うことで，剪断帯の発達過程を詳しく議論する．
また，乾燥砂を用いたクーロンウェッジ形成では，変形とともに複数の剪断帯ができていくことが知られている（例えば，Huiqi et al., 1992; 山田，2006）．天然の地層でも産状の似た複数の断層や褶曲がしばしば発達しており，そのことが個々の剪断帯に与える影響について考えることも重要である．このような複数の剪断帯ができる条件での粒径の影響を考える点は，本研究のもう一つの特徴である．

力 900 N で，可動部の最大伸縮距離は 250 mm，伸縮速度を 0.5–50.0 mm/sec の間で調節でき，専用のアプ
リケーションを使って PC 上で動きを制御できる．
砂層の下に敷くシートには，壁紙用のカッティング
シート（711M/ホワイト M，中川ケミカル）を用いた．
これ以降，単にシートと呼ぶことにする．このシートは片面が粘着質でその上に乾燥砂を敷き詰めて実験を行った．粘着質の面は摩擦抵抗が大きいため，実験でできるクーロンウェッジの基底部では，シートと接した
砂粒子とその上の砂粒子との間で剪断がおこる．その様子は実験中の観察でも確認できた．
実験には，粒径の異なる 4 種類の乾燥砂（珪砂 2 号，
珪砂 3 号，珪砂 4 号，珪砂 6 号）を用いた（図 2）．実体顕微鏡による観察では，いずれの乾燥砂も石英と長

手法

2
2.1

石を主体として雲母などの有色鉱物や岩片をわずかに含み，球形度は中程度で円磨度は低い（図 2）．粒径装置と実験材料

は，珪砂 2 号が 3.6–6.0 mm，珪砂 3 号が 2.3–3.9 mm，粉粒体層を水平短縮させてクーロンウェッジを作る実

珪砂 4 号が 1.3–1.9 mm，珪砂 6 号が 0.3–0.5 mm 程度

験装置には，壁を移動させて粒子層を短縮させる可動である．実験で生じる変形を見やすくするために，砂壁モデル（moving-wall model）と，粒子層を移動させ粒子を万年筆用の水性インキ（iroshizuku, PILOT）でて壁に衝突させる固定壁モデル（fixed-wall model）が赤（INK-50-MO）あるいは青（INK-50-KJ）に着色し，あり，両者の実験結果はほぼ同じになるとされる（例

着色していない粒子と一緒に使った．

えば，Schreurs et al., 2006）．本研究では，固定壁モデルによる実験装置を作成した（図 1）．装置の容器は，厚さ 5 mm のアクリル板からなり，高さ 158 mm，奥行き 118 mm，長さ 693 mm である．また，両側面の

2

a

c

2 mm

2 mm

b

d

2 mm

2 mm

図 2: 実験に使った乾燥砂．
（a）珪砂 2 号，（b）珪砂 3 号，（c）珪砂 4 号，（d）珪砂 6 号．

2.2

前と変形後の砂層の長さをそれぞれ l0 および l として

実験手順

水平短縮 E = 100 × (l0 − l)/l0 を定義すると E = 36%

まず，容器の底にシートを敷き，それを固定壁の底ににあたる（表 1）．ただし，Exp2024 は剪断帯のデータ

あけた高さ 2 mm のスリットから取り出してアクチュをより多く取得するために変位量を 300 mm（水平短エータの可動部と繋ぐ．次に，シートの上に乾燥砂を縮で 43%）まで変形した（表 1）．アクチュエータの発敷く．その際，一定の高さから砂粒子を自由落下させ進時および停止時の加速度は十分小さく，これによるることで，できるだけ均質に敷き詰めるように注意し実験の影響は無視できるとした．

た．砂層の厚さは全部で 19–34 mm にし，そのうち下変形の様子は写真で連続撮影して記録した．写真は，部層は粒径の大きな粒子がスリットに引っ掛かること

デジタル一眼レフカメラ（本体：NIKON D5600，レンによるクーロンウェッジの変形の乱れを避けるため珪砂

ズ：AF-S DX Nikkor 18-140mm f/3.5-5.6G ED VR）

6 号とし，上部層を実験ごとに粒径の異なる珪砂を使って敷き詰めた．試行の結果，下部層を層厚 5–10 mm にすると上部層粒子のスリットへの引っ掛かりを完全に取り除くことができた（表 1）．また，実験中の変形を観察しやすいように，上部層は着色した砂粒子としていないものとを交互に敷き詰めて厚さ 5 mm 程度の層模様を作った．砂粒子を敷き詰め終わったら，アクチュ
エータによってシートを水平方向に引っ張り，容器内の砂粒子を固定壁に衝突させてクーロンウェッジを作る．本研究では，シートの水平変位速度を 0.5 mm/sec
で統一し，総変位量は 250 mm とした．これは，変形を砂箱側面から 90 cm の距離に固定して，シートの引張方向に平行する鉛直断面を撮影した．撮影間隔は，シー
ト変位量で 0.6 mm ごとあるいは 50 mm ごととした（表 1）．一枚の写真データのサイズは，縦が 2000 pixel
で横が 2992 pixel である．
実験の一部は，写真の撮影と並行して X 線 CT を測定した（表 1）．高知大学海洋コア総合研究センターに設置されている X 線 CT スキャナ（PRIME Aquilion,

TOSHIBA）を用いて，シートの引張方向に直交する
0.5 mm 間隔のヘリカル型式で測定した．1 回の実験に対して，シート変位量で 50 mm ごとに複数回の測定を

3

Exp.
No.

Upper
Lower
Total (upper + lower)
sand layer
sand layer
layer thickness(Quartz sand) (Quartz sand)
(mm)

Sheet
displacement(mm)

Shortening
(%)

Photo
interval(mm)

X-ray CT
interval
(mm)
−

2017

No. 2

No. 6

30 (20 + 10)

250

36

0.6

2019

No. 2

No. 6

26 (16 + 10)

250

36

0.6

−

2021

No. 2

No. 6

34 (24 + 10)

250

36

50

50

2016

No. 3

No. 6

23 (15 + 8)

250

36

0.6

2018

No. 3

No. 6

24 (15 + 9)

250

36

0.6

−

2024

No. 3

No. 6

22 (17 + 5)

300

43

50

50

2011

No. 4

No. 6

23 (14 + 9)

250

36

0.6

2014

No. 4

No. 6

20 (12 + 8)

250

36

0.6

−

2022

No. 4

No. 4

29 (19 + 10)

250

36

50

50

1956

No. 6

No. 6

22 (14 + 8)

250

36

0.6

2013

No. 6

No. 6

19 (11 + 8)

250

36

0.6

−

2020

No. 6

No. 6

20 (10 + 10)

250

36

50

50

−

−

−

表 1: 実験データ．
行った．得られた CT データからシート引張方向に直これをフロンタルスラスト帯（frontal thrust zone．以交するスライス画像を 512 × 512 voxel のサイズで再下，FT）と呼ぶことにする．3 つ目の剪断帯は，FT と構成した DICOM ファイルを作った．本研究では測定は反対方向（図 3 の左方向）に傾斜しているもので，こ範囲を 169.5 × 169.5 mm としたため，画像表示した際れをバックスラスト帯（back thrust zone．以下，BT）の 1 pixel は約 0.33 mm 四方に相当する．再構成したと呼ぶことにする．
それぞれの剪断帯ができて発達していく過程は，粒CT 画像の画素値は，あらかじめ測定しておいた標準試料の CT 値にもとづき，空気の値を-1000，水の値を 0として正規化した HU（Hounsfield Unit）単位の整数値を用いた．画像処理ソフトである OsiriX（ニュートン・グラフィックス）を用いて DICOM ファイルから 3
次元データを作成し，観察および解析を行った．

径の違いに関係なくほぼ共通していた．デタッチメント
は，クーロンウェッジの形成開始とほぼ同時にできて，シートの移動とともにクーロンウェッジの先端方向に延びていった．FT と BT は，クーロンウェッジの成長とともに新しいものができていった．一つの FT ができてから次の FT ができるまでのシート移動量は変形の3後期ほど長い．新しい FT と BT はクーロンウェッジの結果先端部にでき，両者に挟まれた部分が隆起した．また，

本研究では，それぞれの珪砂を用いて 3 回ずつ計 12

一つの FT に対して複数の BT ができることもあった．

回の実験を行った（表 1）．その結果，同じ珪砂を用い

図 3 の右列は，同左列とほぼ同じ領域の X 線 CT 画

た実験はほぼ同じ変形が観察されたことから実験の再像である．X 線の吸収率を表す CT 値がクーロンウェッ

現性があると判断した．以下，実験結果をまとめる．

ジ内で不均質に分布しているのがわかる．CT 値の違い

全ての条件で，シートを水平方向に引っ張り，砂層の原因は，剪断帯で起こるダイレーションによるかさを固定壁に押し付けるとクーロンウェッジができた（図密度の変化である．剪断帯でダイレーションが起こっ

3）．また，変形の進行とともにウェッジが大きくなっていく様子がみられた．図 3 の左列は，シートを 250
mm 引っ張った後の写真画像である．色の異なる砂層を目印として変形の様子を観察できる．目視および連続写真で観察された主な変形機構は，砂粒子間で起こる摩擦すべりと転がりすべりであった．これらの変形
はウェッジ内部の限られた場所に集中して起こり，その結果，複数の剪断帯ができていく様子がみられた．これらの剪断帯を，主に傾斜の方向と角度にもとづいて 3
種類に分類した（図 3e, j）．ひとつは，シートの直上に見られるシートとほぼ平行の剪断帯で，デタッチメント（detachment）と呼ぶことにする．2 つ目は，シートを引っ張る方向（図 3 の右方向）に傾いているもので，ていることは，珪砂 2 号および珪砂 3 号の層では目視で確認できた．また，全ての実験において，変形とともにクーロンウェッジ部を含む砂層全体の体積の増加が認められた．さらに，実験の前後で砂粒子自身の破壊や摩耗は認められなかった．以上のことより，周囲に比べて CT 値が低い部分は，ダイレーションが起こった剪断帯だと判断した．

4

a

10 cm

f
CT value
2200

-600

b

g

c

h

d

i

e

j

Detachment
Frontal thrust zone
Back thrust zone

Detachment
Frontal thrust zone
Back thrust zone（a）珪砂 2 号（Exp2021），（b）珪砂 3 号（Exp2024），（c）珪砂 4 号（Exp2022），（d）珪砂
図 3: （左列）実験結果の写真．

6 号（Exp2020）．
（e）珪砂 6 号の結果に剪断帯を描き込んだもの．
（右列）X 線 CT 画像．CT 値が相対的に低い部分が剪断帯に対応する．
（f）珪砂 2 号（Exp2021），（g）珪砂 3 号（Exp2024），（h）珪砂 4 号（Exp2022），（i）珪砂 6 号（Exp2020）．
（j）
珪砂 6 号の結果に剪断帯を描き込んだもの．

以下の考察では，まず，一つの FT の変形過程に注

考察

4
4.1

目する．次に，粒径の違いが FT に与える影響に注目

先行研究との比較する．

実験の結果をもとに，粒径の違いが剪断帯の変形に与える影響について考えていく．前述したように，今回4.2の実験で見られる剪断帯は，デタッチメント，フロンタ

一つのフロンタルスラスト帯（FT）の変形過程

FT の形状の特徴を調べるために， FT の幅 w（以下，幅 w とする）と FT 沿いの砂粒子の移動量 d（以下，移動量 d とする）を測定した．写真と CT 画像を重ねた画像を作ることで，着色した砂粒子で作った層を目印として変形の様子がわかり，同時に CT 画像より剪断帯の分布がわかる（図 4）．幅 w は，低 CT 値領域で認定した FT の幅について最大値と最小値を測り，その平均値とした（図 5，6，7，8）．移動量 d は，色を付けた砂層の底面部で FT 沿いの砂粒子の移動量をルスラスト帯（FT），およびバックスラスト帯（BT）の３種類がある（図 3）．この特徴は，先行研究で報告されている乾燥砂を用いたクーロンウェッジと共通している（例えば，山田，2006；Schreurs et al., 2006）．
また，それぞれの剪断帯ができていく大局的な流れも，
これらの先行研究が報告しているものとほぼ同じである．一方で，個別の剪断帯では，粒径による変化が見られた．そこでこの論文では，変化が最も顕著であった FT の形成過程に絞って考察を進めることにする．

5

a

10 cm

粒径の比が小さいが，これは今回の実験で砂層の下部bを珪砂 6 号に統一したことと，FT が底部のデタッチ
メントから伝播してできていくことが影響しているのかもしれない．あるいは，平均粒径以外の因子，例えbば，粒径分布，粒子の形，砂層の間隙率が影響してい2 cm

る可能性もある．粒径以外の因子が剪断帯の幅に与える影響については今後より詳しい研究が必要であるものの，今回の実験において粒径が大きいほど剪断帯の幅が大きいという定性的な結果は変わらない．この傾d向は，山田ほか（2006）の粒径の異なるマイクロビー
ズを用いて作ったクーロンウェッジの図でも確認できる．また，幅 w の大きな剪断帯ほど剪断ひずみ γ を大w

きくするために必要な移動量 d は大きくなり，これが粒径の大きな砂層ほど剪断ひずみ γ が小さくなる要因

図 4: （a）デジタル写真と CT 画像を重ねた図．赤い部分はの一つと考えられる．

インキで色付けした砂層，青い部分は低 CT 領域（剪断帯）に，それぞれ対応する．
（b）剪断帯の幅 w と移動量 d の定義．

粒径が大きく剪断帯の幅 w が相対的に大きな砂層であっても，変形とともに剪断ひずみ γ は増していくので，短縮量が大きくなれば剪断ひずみの大きな剪断帯

測った（図 4b）．
今回の一連の実験で観察された FT について，活動ができそうである．しかし，そうはならなかった．そ初期と新しい FT ができた後の 2 つの時期で幅 w と移の主な原因は，今回の実験では複数の剪断帯ができる

動量 d を測り，それぞれ横軸と縦軸にとってプロット変形が起こったためと考えた．FT は形成後，変形ととしたのが図 9 である．ここで剪断ひずみ γ = d/w を定もに剪断ひずみ γ が大きくなっていったが，新たな FT

義すると，全ての FT はできた直後は剪断ひずみ γ がができた後はほとんど変形しなくなった．一つの実験

小さく，移動量 d が増えるにつれて幅 w と剪断ひずみ

では，後からできる FT ほど移動量 d が大きくなり，最γ がともに大きくなっていく（図 9）．言い換えると，今回の実験でできた FT について，幅 w は移動量 d に比べて増える割合が小さいという特徴が認められた．

終的な剪断ひずみ γ も大きくなった（図 9）．本研究では，珪砂 6 号と珪砂 4 号で行った実験でできた FT の
多くは剪断ひずみ γ が 5 を超えた（図 9）．一方で，珪砂 2 号および珪砂 3 号の層では，γ が 5 を超える FTはできなかった（図 9）．粒径が大きな層ほど剪断帯が4.3

粒径の違いが FT に与える影響

厚くなることは，その剪断帯が大きな剪断ひずみを達次に粒径による違いを考える．写真や CT 画像を見る

成するのに必要な移動量が大きくなることを意味する．

と，粗粒な砂層ほど幅 w は厚い傾向がある（図 3，9）．

それに対して，FT ごとの移動量 d は粒径による変化

粒径の違いによるクーロンウェッジ内にできる剪断

がそれほどない．その結果，粗粒の砂層は今回の実験

帯の変化については，山田ほか（2006）が指摘していにおけるシート引張量の範囲では，FT の剪断ひずみ γ

る．彼らは，層厚が同じ場合は大きな粒径の粉粒体層が大きくなる前に新たな FT ができたのである．つまほど変形に関与する粒子数が減少するため，ひずみがり，今回行ったような砂層の厚さを一定にしたクーロ

局所化しにくくなり，断層数が減ると考えた．また，こンウェッジを作る実験では，一つの FT がある程度変形の際に，剪断帯（彼らの論文では）の幅はした段階で新たな FT ができていく変形様式が，個別粒径の数倍から 10 倍程度であるとしている．今回の実の剪断帯のひずみ量に制約を与えたと言える．一つの験で求めた剪断帯の形成時の幅と粒径の比は，珪砂 2

剪断帯のひずみが蓄積して新たな剪断帯の形成へと移号（平均粒径 4.8 mm）で 3.8–4.3 倍，珪砂 3 号（平均行していく仕組みや，その仕組みにおける粒径の効果

粒径 3.1 mm）で 3.3–5.5 倍，珪砂 4 号（平均粒径 1.6についてより詳しく明らかにすることは今後の課題でmm）で 5.1–6.8 倍，珪砂 6 号（平均粒径 0.4 mm）で4.8–16.5 倍であり，先行研究で示されている範囲にほぼおさまっている．粒径が大きな層ほど形成時の幅と

ある．

剪断面

6

Exp2021: quartz sand No. 2 (upper, 24 mm) and No. 6 (lower, 10 mm)
0 mm (0%)

CT value

10 cm

2200

-600

50 mm (7%)

f2 a

100 mm (14%)

f2 a

f2 b

150 mm (22%)

f2 b

f2 c

200 mm (29%)

f2 c

250 mm (36%)

図 5: 珪砂 2 号を用いた実験結果の例（Exp2021）．左列は写真，中列は CT 画像，右列は CT 画像にデータをとった剪断帯
をトレースしたもの，をそれぞれ示す．写真の左上にはシート変位量と水平短縮率を示している．

7

Exp2024: quartz sand No. 3 (upper, 17 mm) and No. 6 (lower, 5 mm)
0 mm (0%)

CT value

10 cm

2200

-600

50 mm (7%)

f3 a
100 mm (14%)

f3 b

150 mm (22%)

f3 c
200 mm (29%)

f3 c

250 mm (36%)

f3 d
300 mm (43%)

f3 d’

図 6: 珪砂 3 号を用いた実験結果の例（Exp2024）．見方は図 5 と同じである．

8

f3 b

f3 a

Exp2022: quartz sand No. 4 (upper, 19 mm) and No. 6 (lower, 10 mm)
0 mm (0%)

CT value

10 cm

2200

-600

50 mm (7%)

f4 a

100 mm (14%)

f4 a

f4 b

150 mm (22%)

f4 b

200 mm (29%)

f4 c

250 mm (36%)

f4 c

図 7: 珪砂 4 号を用いた実験結果の例（Exp2022）．見方は図 5 と同じである．

9

Exp2020: quartz sand No. 6 (upper, 10 mm) and No. 6 (lower, 10 mm)
0 mm (0%)

CT value

10 cm

2200

-600

50 mm (7%)

f6 b

f6 a

100 mm (14%)

f6 b

f6 c
150 mm (22%)

f6 c

f6 d
200 mm (29%)

f6 e

f6 d

250 mm (36%)

f6 e

図 8: 珪砂 6 号を用いた実験結果の例（Exp2020）．見方は図 5 と同じである．

10

γ=5

A

1 cm

100

B

60

80

γ=2

A
B

20

40

γ=1

0

Displacement of shear zone d (mm)γ = 10
C

0

10

20

30

40

Width of shear zone w (mm)C

Quartz sand No. 2 (Exp2021)
Quartz sand No. 3 (Exp2024)
Quartz sand No. 4 (Exp2022)
Quartz sand No. 6 (Exp2020)

図 9: 剪断帯の幅 w と移動量 d．各プロットの横に伸びる棒は，測定した剪断帯幅の最大値と最小値を示す．右の写真はプロッ
ト A, B, C のデータを取った剪断帯である．

5

響も調べる必要がある．２．一つの剪断帯のひずみにまとめと今後の課題

ついて，空間変化および時間変化を詳しく調べる必要
厚さが同じで粒径の異なる砂層に発達する剪断帯のがある．この論文では剪断帯内部のひずみは均質とし分布と様子を調べた．その結果，剪断帯は移動量の増て議論を進めたが，厳密にはそうではない．また実験

大とともに剪断ひずみが大きくなっていくことがわかっの連続写真からは，剪断帯は移動量が増えるのに伴った．このとき，粒径の大きい砂層では剪断帯の幅が大てひずみが起こる領域が局所化していくように見える

きくなるため，剪断帯ごとのひずみ量は小さくなる．ま（図 10）．３．新しい剪断帯ができる過程や仕組みを理た，今回行ったクーロンウェッジの形成実験では，全体解することも重要である．

の変形の進行にともなって新たな剪断帯ができていっ

上記した課題に答えを出していくことは，粉粒体層

た．粒径が大きいほど，新たな剪断帯ができる間隔はの変形に関する普遍的な理解につながる．また，地質大きいが，その影響は粒径が剪断帯の幅に及ぼす影響学の分野では，堆積層や未固結物体で起こる剪断過程に比べると小さい．このことも，粒径の大きな砂層にの理解への貢献や，粉粒体を用いた模型実験におけるできる剪断帯のひずみ量を小さくする効果を与えるこ

適切な実験材料の選定や地質学的解釈の向上に活かさとがわかった．

れると期待する．

今回の実験を通して得られた知見は，砂層にできる
剪断帯の断片的な性質である上に定性的でもある．よ
謝辞

り詳しく，そして定量的な理解に向けての課題をいく
つかあげる．１．粒径が剪断帯の幅に影響する仕組みを理解する必要がある．経験的に数倍から 10 倍と言われているが，その仕組みはよくわかっていない．また，粒子の粒径以外の性質が剪断帯の変形過程に与える影

11

X 線 CT 画像の撮影には，高知大学海洋コア総合研究センターの松崎琢也氏，岡林 徹氏，柳本志津氏をはじめ技術職員の方々にお世話になりました．本研究を進めるにあたり，海洋研究開発機構の廣瀬丈洋博士，

aThrust tectonics, Chapman and Hall, London, 71–
81.

5 cm

[3] Iwashita, K., and Oda, M., 2000, Microdeformation mechanism of shear banding process
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図 10: 剪断帯のひずみが進行していく過程．本論の他の図とシート引張方向を揃えるために写真を垂直軸に反転させている．
（a）剪断帯形成の初期段階．剪断帯の幅に対して移動量が小さいため褶曲に見える．
（b）剪断帯形成の中期段階．剪
断帯の幅と移動量の比（剪断ひずみ γ ）が増している．また，ひずみが剪断帯の下部に集中している．
（c）剪断帯形成の後期段階．剪断ひずみがさらに大きくなっている．

高知大学海洋コア総合研究センターの新井和乃博士，矢生晋介博士に有益な議論をしていただきました．また，匿名の査読者と担当編集委員の津江保彦氏のご指摘により本稿は改善されました．以上の方々に感謝いたし
ます．

参考文献

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