東北大学 研究岩石亀裂内でのシリカ析出による流体圧振動を発見
―流体が引き起こす地震発生モデルを実験室で再現―
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2025年2月28日 11:00 |プレスリリース・研究成果
研究者情報
〇大学院環境科学研究科 教授 岡本敦研究室ウェブサイト
発表のポイント
発表概要
地震発生のサイクルは地殻内の流体の圧力（流体圧）と関係があると考えられてきました。また、地殻の主要成分であるシリカの析出は断層強度を回復させ、流体圧を上昇させると考えられてきましたが、観測でも実験でも証明されていませんでした。東北大学大学院環境科学研究科の岡本敦教授らは、高温の地殻環境を模擬した水熱実験により、地殻岩石の亀裂内部で流体からのシリカ析出により亀裂を閉塞させる挙動を調べました。その結果、岩石基盤からのシリカの結晶である石英の成長だけでなく、流体からアモルファスシリカや石英粒子が生成・移動・付着することで、亀裂を効果的に閉塞することがわかりました。亀裂の目詰まりにより上流の流体圧がゆっくり上昇しては、短時間で降下するという特徴的な振動を繰り返すことを見出しました。この流体圧振動は、シリカによる目詰まりとシール層の破壊の繰り返しによるものと考えられます。本実験で作成した人工石英脈（注1）の組織は天然の地震発生帯のものとよく似ており、自然界でも地震サイクルに関連した流体圧の振動が石英に記録されている可能性があります。
今後、地震発生と流体圧サイクルに対する化学反応の効果についての新たな研究が期待されます。
本成果は2025年2月20日、科学誌Nature Communicationsに掲載されました。
図1. (a) シリカの析出実験（流量0.2mL/min）で観測された上流と下流の差圧の振動。実験から24.5時間後に差圧の上昇が観察され、最大9MPaの差圧の振動を繰り返しながら、最終的に高い差圧で安定化している。(b) 実験の反応管内部でのシリカのシール層と流体圧の概念図。シリカによるシール層の形成によって目詰まりし、上流の流体圧が上昇する。
用語解説
注1. 石英脈：岩石の亀裂に流体が流れ、石英が析出して充填したもの。論文情報
タイトル：Oscillations in fluid pressure caused by silica precipitation in a fracture著者：Atsushi Okamoto*, Edward Vinis
*責任著者：東北大学大学院環境科学研究科 教授 岡本 敦
掲載誌：Nature Communications
DOI：10.1038/s41467-025-57199-6
詳細（プレスリリース本文）
問い合わせ先
（研究に関すること）東北大学大学院環境科学研究科
教授 岡本 敦
TEL: 022-795-6334
Email: atsushi.okamoto.d4*tohoku.ac.jp
（*を@に置き換えてください）
（報道に関すること）
東北大学大学院環境科学研究科
情報広報室
TEL: 022-752-2241
Email: kankyo.koho*grp.tohoku.ac.jp
（*を@に置き換えてください）
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