Effect of high-velocity friction on ESR signal in quartz

石英のESR信号に対する高速摩擦の影響

田中 桐葉*; 武藤 潤*; 高橋 美紀*; 岡 壽崇   ; 長濱 裕幸*

Tanaka, Kiriha*; Muto, Jun*; Takahashi, Miki*; Oka, Toshitaka; Nagahama, Hiroyuki*

電子スピン共鳴法(ESR)による断層年代測定は、最後に地震が発生した断層活動の年代を推定する方法である。この方法では、自然放射線によって生成した欠陥にトラップされた電子に由来するESRシグナルが、断層すべりによって消滅(ゼロ化)することを利用しており、高速摩擦試験によってこの現象を模擬可能である。しかし、今までの模擬実験で使用していたチタン合金が実験中に破損して混入すると、チタン合金が高誘電率のためにESR感度を低下させ、見かけ上のゼロ化が起きる可能性があることがわかった。そこで、低誘電率なアルミナ-シリカ化合物を利用することでこの問題を解決し、模擬実験により地表付近の地震性断層すべりによるゼロ化を検討した。石英のラジカルは断層すべり量が増加すると熱摩擦によって減少すると予想していたが、地表付近の地震性断層すべりによる結晶粒破壊によってラジカル量が増える可能性があることが初めてわかった。

A fault dating using electron spin resonance (ESR) is a method to estimate the age of the last seismic fault activity. This method assumes that natural radiation-induced ESR intensity, which is proportional to trapped charge concentration in the interseismic period, was annihilated by fracture, stress, and frictional heating during the fault slip. However, the sensitivity of ESR can be reduced by high-dielectric materials, we have re-examined the zeroing by seismic fault slips near the surface by performing high-velocity friction experiments and ESR measurements for simulated-fault gouges. Although the decreasing effect of frictional heating on the E centre is expected, grain fracture affected the centre enough to surpass it, resulting in the increase in the centre with displacements. On the contrary to previous consensus, this implies that seismic fault slips near the surface can increase the E centre due to grain fracture.