ç ”ç©¶ï¼š 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