Descriptions of meso- and microscopic structures of fault zone rocks obtained from tunnel penetrated across the Mozumi-Sukenobe fault, central Japan

茂住-祐延断層掘削トンネルから採取された断層岩類の記載

田中 秀実*; 伊藤 谷生*; 野原 壯   ; 安藤 雅孝*

Tanaka, Hidemi*; Ito, Tanio*; Nohara, Tsuyoshi; Ando, Masataka*

茂住-祐延断層は、西北西-東南東走向、ほぼ垂直の姿勢を持つ跡津川断層系に属する右横ずれ断層である。地震フロンティアプロジェクトによって、この断層を垂直に横切るトンネルが掘削され、露出した壁面及び床面から直接活断層の断層岩類が採取された。その結果、断層帯の分布及び活断層帯のアーキテクチャについて次の知見が得られた。(1)茂住-祐延断層は2つの大きな破砕帯からなる。それぞれA、及びB破砕帯と呼ぶ。A破砕帯は幅15m、B破砕帯は幅50mであり、いずれも断層角礫からなる厚いダメージゾーンと葉理を持つ断層ガウジからなる断層コアからなる。断層コアはA破砕帯では8cmの厚さで一枚、B破砕帯では10cmのものが複数枚認められる。(2)断層角礫,断層ガウジともに面構造が卓越することから、変形は脆性流動を主要な機構としていることがわかる。断層コア中軸部には、高速度の変形を示す超微粒カタクレーサイトが分布し、葉理を持つ断層ガウジと共切断の関係にある。このことは流動と高速すべりの繰り返しを現している。(3)断層岩類の鉱物組合せの解析の結果、いずれの断層岩類も、スメクタイト,雲母系粘土鉱物、及び緑泥石に富んでいる。これらの鉱物は断層帯に安定滑りをもたらすと考えられている。以上の結果から、茂住-祐延断層の東部で想定されている年間1-2mmの超低速クリープは滑り面の粘土鉱物のレオロジー的な性質によるものと考えられる。

The Mozumi-Sukenobe fault, running ENE-WSW and dipping almost vertically, is one of the Atotsugawa right-lateral active faults in central Japan. A 500 m long horizontal tunnel was excavated across the Mozumi-Sukenobe fault, utilizing the pre-existing tunnel of the Kamioka Mine for geological and geophysical integrated research of the fault zones. In order to clarify the fault zone architecture and rock distribution, we have investigated the distribution across the tunnel and obtained samples directly from the tunnel. The following results were obtained by meso-and microscopic observations and mineralogical examination of fault rocks; (1) Two fracture zones (referred to as zones A and B) are distinguished. They are 15 and 50 m in thickness, respectively, composed of foliated fault breccia in a damaged zone and foliated fault gouge in the fault cores. The core-zones contain an 8 cm slip layer for zone A and several thin (10 cm) slip layers for zone B. (2) Most of the fault rocks obtained from the fault cores of the two fracture zones show a distinct foliated texture, which is clearly a product of cataclastic flow deformation. Very thin, ultra-fine grained slip layers, generated by seismic rapid slip, are also detected from fault core of zones A and B. The cross-cutting relationship between foliated and rapid slip textures indicate a repeated process of slow and rapid slips in zones A and B. (3) The results of mineral assemblage analysis show that these fault rocks are dominated by smectite clay minerals as well as by mica minerals and chlorite, all of which could be potential candidates for the main reason of the stable slip. Combining all these data, we conclude that the Mozumi-Sukenobe fault is activated by extremely slow frictional-viscous creep which releases crustal strain energy. However, stress would also be released by earthquakes based on the existence of earthquake slip surfaces in the fault cores of the Mozumi-Sukenobe fault.