(1) 課題番号：0109
(2) 実施機関名：東京大学地震研究所
(3) 課題名：震源核に関する実験的研究
(4) 対応する新建議の項目
１．(3) 直前過程における地殻活動
(5)「3. 具体的な課題提案の背景」の項目：
(4) 地震発生に対する地殻流体の役割
(4)-1. 地殻流体の実体の解明
(4)-2. 断層面の破壊強度に対する地殻流体の役割
(5) 断層面上の強度と応力の時空間分布
(5)-1. すべり発生の条件
(5)-2. 不均一な強度場での破壊核成長過程
(5)-3. すべり分布の再現性の検証
(5)-4. 応力・強度分布推定法の開発
(6) 関連する建議の項目
1．(3)ウ，(1．(2)エ，ウ，1．(3)ア，イ，1．(4)ア，3．(1)ア も関連する)
(7) 平成12年度までの研究成果と13年度計画の概要
震源核に関する実験的研究は，次の四つの小研究課題：
(I)「せん断破壊過程を支配する構成法則の地震発生場環境要因依存性と歪速度依存性の定量的評価 」
(II)「間隙水流動と破壊核の相互作用に着目した，破壊に伴う電磁気シグナル発生のメカニズムの解明」
(III)「すべり破壊核形成過程のモニタリング手法の開発」
(IV)「大型剪断試験機によるアスペリティの相互作用の研究」
に大別される．
(I) 破壊現象という本来的にスケールに依存する現象を記述する物理法則が存在するなら，その物理法則は，スケール依存性を内包し，破壊現象固有のスケール依存性物理量を自ずと統一的に説明するはずのものであり，またそうでなければ破壊現象を記述する構成法則と呼ぶに相応しくない．また，地震破壊は，所謂摩擦すべり破損と岩体の破壊がミックスした不均質断層の破壊過程であるから，地震破壊過程を支配する物理法則は岩体の破壊と摩擦すべり破損の両者を統一的に説明するよう定式化する必要がある．摩擦すべり破損と破壊の室内実験データから，このような定式化が可能であることを示し，しかも構成法則パラメターを拘束するスケーリング関係式を得た．以上の結果と理論的研究から，破壊現象固有のスケール依存性物理量のスケール則を導出し，実験室規模の摩擦すべり破損と破壊のデータおよび大地震データが定量的かつ統一的に説明されること示した(Ohnaka
and Shen, 1999; Ohnaka, 2000, 2001)．これによって震源核のサイズもスケール依存性を示すことが実証された．以上によって定式化された構成法則が,地震発生場における温度，封圧力，間隙水圧力などの環境要因の影響をどのように受けるのかを実験的に詳しく調べ，その依存性を定量的に明らかにした(Odedra
et al., 2000; Kato et al., 2001)．平成13年度は脆性−塑性遷移領域における構成関係とその地震発生場環境要因依存性および歪速度依存性の評価を進める．
(II) 破壊核と流体との相互作用と，その相互作用に付随して生ずる電磁気現象発生のメカニズムを明らかにするための室内実験を行い，流動電流(電位)係数，透水率，ダイラタンシーなどが，岩石の種類，封圧・間隙圧などの環境条件にどのように依存するのかを明らかにした(Yoshida,
2001)．測定された電磁気信号から破壊過程がどこまで進行しているかなどの情報を引き出せるような定量的モデルを構築することを目指している．13年度からは流動電流(電位)係数などの温度依存性を調べるため中高温実験を行うが，現設備で可能な達成温度は100℃程度である．
(III) 平成12年までに行った実験では，模擬断層面に弾性波を照射し，透過波動を観測することにより，最終的な動的破壊に至る過程で，前兆的なすべりに伴う透過波動の変化が検出されることが分った．平成１３年度は，観測されたデータをより詳細に検討し，前兆的なすべりのメカニズムを解明するとともに，この手法をガウジを挟んだ断層に応用するための準備実験を行う．具体的には，ガウジを挟む層の波動透過率を確認すること，またガウジの粒度分布，含水率，などの構成要素と波動透過率との関係を調べる．
(IV)不均質な法線応力を与えられる大型剪断試験機を用い，断層面上に複数個のアスペリティを生成させて固着すべり実験を行い，ひとつのアスペリティの破壊で終わるイベントと，ふたつのアスペリティが同時に破壊するイベントとの力学的条件の違いを明らかにした(Yoshida
and Kato, 2001)．また，破壊核の成長は強度の低い領域で起こるが，隣接する強度の高いアスペリティに応力が蓄積しているときの方が破壊核のサイズが大きくなり，結果的に破壊核のサイズと最終的な破壊領域とに相関関係が生ずるのを見いだした．13年度は，室内実験および数値実験によりその相関関係をさらに詳しく調べ，その結果がどの程度一般化できるかを明らかにする．
(8) 平成14年度の実施計画概要 (予算・人員規模を含む)
(I) 高圧高温岩石破壊装置により構成法則の地震発生場環境依存性の定量的評価のため実験を継続する．平成14年度は，特に間隙水存在下での歪速度依存性やヒーリング過程を明らかにすることを目指す。
(II) 流動電流(電位)係数などの温度依存性を調べるために，できるだけ高温で実験
が行えるよう，装置の整備をする．
(III) ガウジを挟む層の滑り実験と波動透過実験．スティックスリップが起きる条件をまず調べる．この条件下で実験を繰り返し，前兆的すべりが起こっていることの確認とガウジのミクロな挙動の観察．ならびに波動透過実験．
(IV) 大型試料による室内実験と数値実験により，破壊核のサイズと最終的な破壊領域とに相関関係が生ずるための条件を明らかにし，破壊核形成から動的破壊の停止までの過程のモデリングを行う．
人員規模3名．
(I)の大型高圧高温岩石破壊装置の維持経費など主たる経費は特殊装置維持費による．(II)は理化学研究所の地震国際フロンティア研究プログラムの一環として行われてきた．(III)は横浜市立大学との共同研究．
(9)
5ヶ年の到達目標に対する平成14年度の計画の位置づけ
(I) 今後，計算機によるシミュレーションが活発化するけはいだが，地震発生場における不均質断層上の構成法則（関係）の空間分布を物理的・地学的に正しくとおさえないシミュレーションは予測能力を持ち得ない．そのため，脆性−塑性遷移領域における構成関係とその地震発生場環境要因依存性および歪速度依存性の評価を完成させることが重要である．平成14年度も極めて注意深い実験を継続し評価の完成に努める．
(II) 電磁気信号の観測から，地殻中で進行中の震源核に関する情報を引き出せるような定量的モデルを構築することが到達目標であり，平成14年度は実際の震源域の温度条件に近い条件下で実験を行う．
(III) 実際の断層面に弾性波を照射し，透過波動を観測することにより，破壊核を検出する手法を開発することを長期的目標として研究を進めている．平成14年度はより現実的と思われるガウジを挟む層について透過波動の変化が検出されるかどうか明らかにする．
(IV) (I)は破壊の素過程を実験的に明らかにすることが目標であるのに対し，本小課題では不均質な場でのアスペリティの相互作用を実験によって調べることを目標としている．平成14年度までに破壊核のサイズと最終破壊領域のサイズに相関関係があるのかどうか，あるとしたらどのようなメカニズムで生ずるのかを明らかにする．
(10)
この計画の実施担当連絡者
氏名：吉田真吾
電話：03-5841-5814
FAX ：03-5689-7234
e-mail:shingo@eri.u-tokyo.ac.jp