Relationship between fault growth mechanism and permeability variations with depth of siliceous mudstones in northern Hokkaido, Japan

北海道北部の珪質泥岩中に認められる透水性の深度依存性と断層の発達メカニズムの関係

石井 英一   ; 舟木 泰智 ; 常盤 哲也; 太田 久仁雄 

Ishii, Eiichi; Funaki, Hironori; Tokiwa, Tetsuya; Ota, Kunio

岩質的にほぼ均質な岩盤(例えば泥岩)中において荷重圧(もしくは深度)が断層運動に伴う二次破砕の変形様式に与える影響を評価するために、幌延地域の珪質泥岩(埋没深度:1km以上)中に発達する露頭スケールの横ずれ断層の発達モデルを検討した。露頭記載とコア観察による割れ目調査,室内試験による岩石の物性把握、及びグリフィス理論とクーロン理論に基づく理論計算を行い、それらを統合した結果、(1)上記の変形様式は岩石の強度のみならず荷重圧(もしくは深度)も重要なファクターであること、及び(2)岩盤の隆起浸食の間もしくは後に、深度約400m以浅では断層は多数の引張割れ目の形成を伴って連結し成長していくのに対して、深度約400m以深では剪断割れ目の形成を伴って発達することがわかった。このような深度による断層の発達メカニズムの違いは、水理試験により把握された本岩盤中の高透水領域(透水量係数:10m/sec.)が深度約400m以浅に限られることと整合する。

In order to assess influences of a remote mean stress on a principal mode of failure near fault tips due to fault slip in a lithologically homogeneous, fractured rock mass, the growth mechanisms of strike-slip faults on outcrop-scale in the siliceous mudstones of northern Hokkaido, Japan, have been studied. A multifaceted approach combining geological characterizations of fractures, rock mechanical characterizations, and theoretical analyses have been done, which suggested (1) the principal mode of failure depend on not only the rock strengths, but also the remote mean stresses, (2) during and/or after uplift and erosion the faults grew mainly by linking with adjacent faults via many splay cracks which are formed by tensile failure above roughly 400 m depth, while, below the depth, the faults predominantly grew by shear failure. Such growth mechanisms are consistent with the fact that highly permeable sections are restricted to depths of less than 400 m.