研究: 岩石+水系の物性(地震波速度,電気伝導度) - 岡山大学

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研究: 岩石+水系の物性(地震波速度,電気伝導度) - 岡山大学

研 究 : 岩 石 + 水 系 の 物 性 ( 地 震 波 速 度 , 電 気 伝 導 度 )

火 山 活 動

地 震 活 動

海 洋 プレートの

含 水 化

マントルの

部 分 融 解

蛇 紋 岩 化

脱 水

観 測 による 水 のマ ピングの

観 測 による 水 のマッピングの

基 礎

脱 水


共 同 利 用 研 究 による 研 究 成 果

(スピネル)と 交 流 成 果 のいろいろ

富 山 大 学 ・ 院 ・ 理 工

渡 辺 了


内 容

1) 共 振 法 への 道

2) 高 周 波 共 振 法 によるクロムスピネルの

弾 性 定 数 の 推 定 ( 原 田 卒 論 ,2011)


蛇 紋 岩 の 役 割

・ 水 の 輸 送

⇒ 火 山 活 動 ・ 地 震 活 動

・マントルースラブの 力 学 的 カップリング

⇒ 流 れ・ 熱 構 造

⇒ プレート 境 界 地 震

蛇 紋 岩 化

海 洋 プレートの

含 水 化

マントルの

部 分 融 解

含 水 鉱 物 の

脱 水 (スラブ)

蛇 紋 石 の

脱 水


岩 石 組 織 の 薄 片 イメージ

カンラン 岩 ( 北 海 道 幌 満 ) 蛇 紋 岩 化 したカンラン 岩 ( 長 野 県 白 馬 )

6 mm

マントル

水 が 加 えられたマントル


室 温 封 圧 下 での 弾 性 波 速 度 測 定 @ 富 山

Pulse Transmission Technique

P, S (fc=2 MHz)

Rock sample

Function

Generator

Trigger

sample

Digital

Oscilloscope

Pressure Vessel

transducer

t=t 0 L

t=t 1

V=

L

t 1 ‐t 0


蛇 紋 石 という 鉱 物

四 面 体 シート

SiO 4

八 面 体 シート

Mg(OH) 2

Lizardite

陽 イオンを 置 換 して 解 消

11L 1:1 Layer

1:1 Layer

Hydrogen

Bond

1:1 Layer

Chrysotile 解 消 しない

1:1 Layer

Antigorite 反 転 を 繰 り 返 す

Si‐O Bond

四 面 体 シートと 八 面 体 シートの

格 子 定 数 の 違 い(ミスフィット)

⇒ 湾 曲


蛇 紋 石 鉱 物 による 違 い

High‐T: antigorite

Low‐T: lizardite

カンラン 岩

蛇 紋 石 の 割 合 大

Watanabe et al. (2007)


高 温 高 圧 での 弾 性 波 速 度 測 定 @ 三 朝

パルス 反 射 法

ピストンシリンダー 型 高 圧 発 生 装 置

@ 岡 山 大 学 地 球 物 質 科 学 センター

P=1 GPa (d~30 km), T


波 形 例

from Top

from Bottom

Transducer

Ni

L

Sample

W

T

V

2L

T


HKB‐B B (Atg: 83%)

dV/dT (10 -4 km/s·K)

P x - (0.9 ± 0.2)

P y - (2.2 ± 0.2)

P z - (3.2 ± 02) 0.2)

S yx - (1.4 ± 0.1)

S zy - (3.6 ± 0.1)

S yz - (3.1 ± 0.1)

P=1GPa P1GPa (Depth=30 km )

矢 野 修 論 (2009)


岩 石 ( 多 結 晶 体 )の 性 質

・ 鉱 物 組 成

・ 鉱 物 の 物 性

・ 鉱 物 粒 子 の 向 き, 形 状 , 配 列


岩 石 組 織 の 薄 片 イメージ

カンラン 岩 ( 北 海 道 幌 満 ) 蛇 紋 岩 化 したカンラン 岩 ( 長 野 県 白 馬 )

6 mm


岩 石 ( 多 結 晶 体 )の 性 質

・ 鉱 物 組 成 ...オリビン, 蛇 紋 石 (アンチゴライト)

・ 鉱 物 の 物 性

・ 鉱 物 粒 子 の 向 き, 形 状 , 配 列


オリビン・・・ペリドット(8 月 の 誕 生 石 )


アンチゴライト ( 愛 媛 県 東 赤 石 岩 体 )


11.02.18 卒 業 論 文 発 表

共 振 法 による 鉱 物 の 弾 性 的 性 質 の 研 究

―クロムスピネル―

富 山 大 学 理 学 部 地 球 科 学 科 4 年

10740428 原 田 裕 也


1.なぜクロムスピネルかな ク マントル 捕 獲 岩

Thickness : 0.804 [mm]

Yamamoto et al.,2009. Fig.1

1.272

[mm]

流 体 包 有 物 の 残 留 圧 力 ( 流 体 密 度 )

1.344 [mm]

クロムスピネル

ホスト 鉱 物 の

捕 獲 岩 の 由 来 深 度

弾 性 ・ 塑 性 変 形 の 影 響

10µm

流 体 包 有 物 CO2


2. 測 定 試 料

・ 試 料 :クロムスピネル

・ 結 晶 系 : 等 軸 晶 系

a=b=c, α=β=γ=90°

・ 化 学 式 :

(Mg0.7742Fe²+0.2258)(Al0.9003Cr0.0832Fe³+0.0165)2O4

結 晶 構 造

Al2O3: 59.16%

Cr2O3: 8.15%

FeO : 11.99%

MgO : 20.11%

1.674

[mm]

・ 独 立 な 弾 性 定 数 :C11,C12,C44C C

・ 採 取 地 : 極 東 ロシア,Sveyagin

( 京 都 大 学 山 本 順 司 助 教 より)

2.042 [mm]

Thickness : 1.008 [mm]


2. 測 定 試 料

SEM‐EBSD( 電 子 後 方 散 乱 回 折 )

‐ 単 結 晶 性 の 評 価 ‐

・ 試 料 を 研 磨 して

研 磨 面 に 電 子 線

を 照 射

・ 解 析 ポイントは

計 15ヶ 所

各 ポイントの 回 折

像 が 同 じ

単 結 晶 の 可 能 性

単 結 晶 の 可 能 性

が 高 い


2. 測 定 試 料

X‐ray Diffraction

‐ 結 晶 軸 の 特 定 ‐

第 1 軸 方 向 第 2 軸 方 向 第 3 軸 方 向

結 晶 軸 に 沿 った 方 向 にX 線 を 照 射 できていれば、 回 折 像 は4 回 の 対 称 性

を 示 し、 軸 の 特 定 ができたことを 意 味 する


2. 測 定 試 料

測 定 試 料 の 整 形

Thickness : 1.008 [mm]

1.674

[mm]

・ 直 方 体 に 整 形

・ 各 面 は {100} 面 に 平 行 または 垂 直

・クラックや 細 かな 傷 は 最 小 限 に 抑 える

[ 整 形 後 の 試 料 ]

[ 整 形 前 の 試 料 ]

2.042 [mm]

Thickness : 0.50 (0.01) [mm]

Density : 43(0 4.3 (0.3) ×10³ [kg/m³]

0.41

(0.01)[mm]

結 晶 軸 の 特 定 と

6 面 の 研 磨

0.41 (0.01) [mm]


4. 実 験 装 置 概 要

信 号 の 流 れ

振 幅 ・ 位 相 差

の 検 出


5. 結 果 ・ 考 察

観 測 された 共 振 ピーク 3~6 [MHz]

* 各 スペクトルが 重 ならないよう

にするため、obs‐2は0.5×10−⁶

[V] 、obs‐3は1.0×10−⁶ [V]を 差 し

引 いた 値 で 示 している。

Obs‐1

Obs‐2

5.7

Obs‐3

49 4.9

5.0 5.4


5. 結 果 ・ 考 察

観 測 された 共 振 ピーク 6~9 [MHz]

Obs‐1

Obs‐2

* 各 スペクトルが 重 ならないように

するため、obs‐2は0.5×10−⁶ [V] 、

obs‐3は1.0×10 0×10−⁶ ⁶ [V]を 差 し 引 いた

値 で 示 している。

7.7

Obs‐3

8.23

8.9

6.15


5. 結 果 ・ 考 察

観 測 された 共 振 ピーク 9~11 [MHz]

* 各 スペクトルが 重 ならないよ

うにするため、obs‐2は0.5×10−⁶

[V] 、obs‐3は1.0×10−⁶ [V]を 差

し 引 いた 値 で 示 している。

Obs‐1

Obs‐2

10.9

Obs‐3

10.0

10.3

9.44 9.57 9.7

9.8


5. 結 果 ・ 考 察

観 測 値 と 理 論 値

の 比 較

求 めた 弾 性 定 数

C11=2.6×10² [GPa]

C12=1.4×10² [GPa]

C44=1.2×10² [GPa]


5. 結 果 ・ 考 察

観 測 値 と 理 論 値

の 比 較

求 めた 弾 性 定 数

C11=2.6×10² [GPa]

C12=1.4×10² [GPa]

C44=1.2×10² [GPa]

共 振 周 波 数 はほぼ 一 致

観 測 値 と 理 論 値 の 差

観 測 値 と 理 論 値 の 差

は 最 大 で 約 2.5%


5. 結 果 ・ 考 察

弾 性 定 数 の 比 較

C11 [GPa] C12[GPa] C44 [GPa] ρ [kg/m³]

Chromian Spinel (This study)

(Mg0.7742Fe²+0.2258)

(Al0.9003Cr0.0832Fe³+0.0165)2O4

Spinel (Bass.1995)

MgAl2O4

2.6×10² 1.4×10² 1.2×10² 4.3 (0.3)×10³

2.829×10² 1.554×10² 1.548×10² 3.578×10³

Chromite

(Bass.1995)

322×10² 3.22×10 144×10² 1.44×10 117×10² 1.17×10 509×10³ 5.09×10

FeCr2O4

Pleonaste (Bass.1995)

Mg075Fe036Al1 Mg0.75Fe0.36Al1.90O4

2.695×10² 1.633×10² 1.435×10² 3.826×10²

☆ 弾 性 定 数 は3 種 の 鉱 物 よりも 全 体 的 に 低 い

クロムスピネルはスピネルとクロマイトの 固

溶 体 となっていることが とが 原 因


5. 結 果 ・ 考 察

結 晶 構 造

スピネル

プレオナスト

2 価 と3 価 には 入 り

得 る 元 素 が2 種 存

在 する

乱 れた 構 造

クロマイト

2 価 と3 価 の 枠 に 入 る 元 素 はそれぞ

れ1 種 に 固 定 されている

規 則 正 しい 構 造

クロムスピネル

入 り 得 る 元 素 は2 価

には2 種 、3 価 には3

種 存 在 する

より 乱 れた 構 造

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