Behavior of a trapped charge at the E' center to seismic fault slips with various frictional power densities

様々な摩擦仕事率を持つ地震性断層すべりに対するE'中心の捕獲電子の挙動

田中 桐葉 ; 大橋 聖和*; 武藤 潤*; 岡 壽崇   

Tanaka, Kiriha; Ohashi, Kiyokazu*; Muto, Jun*; Oka, Toshitaka

ESR断層年代測定法は、断層破砕物中の石英に含まれる捕獲電子が、最新の地震性断層すべりによって解放された(ESR信号のゼロイング)と仮定して最新活動年代を推定する手法である。しかしながら、ゼロイングの物理条件とそのメカニズムは不明なままである。我々は、単位面積あたりの摩擦仕事率(FPD)がとなる高速摩擦実験をセラミックス製変形治具を用いて行った結果、E'中心の捕獲電子はゼロイングには至らないことを示した。そこで、より大きな摩擦仕事率での高速摩擦実験を試みたが、実験中に変形治具が破損してしまい、摩擦実験自体が成功しなかった。本研究では、模擬石英ガウジに対して、すべり速度、変位量、垂直応力の高速摩擦実験を、破損しにくいチタン合金製変形治具を用いて実施した。実験中、断層すべりに伴う摩擦発熱の影響を評価するため、摩擦面近傍の温度を熱電対を用いて計測した。E'中心の捕獲電子数の変化を調べるため、摩擦実験前後にガウジに対してESR測定を行った。これらの実験・分析の結果、E'中心の捕獲電子のESR信号強度は、FPDがの範囲では、FPDとともに大きくなり、の範囲ではFPDが増大するにつれて小さくなった。摩擦面近傍の最高到達温度は、FPDがの範囲では、FPDとともに約からまで上昇し、でもFPDとともに増大し、最大でまで到達した。先行研究の結果も考慮すると、E'中心の捕獲電子数は、FPDがでは粒子破砕により増加し、では、次第に大きくなった摩擦発熱により減少したと考えられる。本研究ではゼロイングを実証することはできなかった。しかし、FPDを用いることで最新の地震性断層すべりによる捕獲電子数の変化量を定量化することができ、不完全なゼロイングを前提とした最新活動年代の推定は可能であることが示唆された。

ESR fault dating assumes that trapped charges in quartz in a fault material have been released by the last seismic fault slip (ESR signal zeroing). However, the physical condition and the underlying mechanism of the signal zeroing remain unclear. We have performed HVF experiments using ceramic host blocks with frictional power densities (FPDs) of , resulting in the incomplete signal zeroing for a trapped charge at the E' center. Moreover, HVF experiments with higher FPD were unsuccessful due to failures of the host blocks during the experiments. This study performed HVF experiments using tough titanium alloy host blocks for simulated quartz gouges with a slip rate of , a displacement of , and normal stresses of . During the experiment, temperature near a sliding surface was measured with thermocouples. ESR measurements to detect the trapped charge were conducted for gouges before and after the experiments. HVF experiments showed that the ESR intensity for the trapped charge increased with an increase in FPD of , followed by a decrease with a further increase of . The maximum temperature increased from approximately to with an increase in FPD of , followed by an increase up to with a further increase of . Based on previous results, it is likely that the number of the trapped charge increased due to grain fracturing, and then decreased due to larger frictional heating with increasing FPD. This study was unable to demonstrate the signal zeroing. However, the change in the number of a trapped charge by the last seismic fault slip can be quantified using FPD, suggesting that the age of the fault slip can be estimated with an assumption of incomplete signal zeroing.