松代産岩石の高圧変形実験（第1報）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　星野一男

       防災科学技術儘合研究遠竈第5号 1967年3月

      550．25：5501541 （521．52）

         松代産岩石の高圧変形実験（第1報）

      星野一男        地質調査所燃料部        南雲昭三郎       東京大学地震研究所

    Experimenta1Deformation of the Rocks of Matsushim Ama（Report I）

      By        K．HOSHlNO

       Ge・ ・81・α1S〃oε〃・∫Jαρ帆τ・〜o

       and        S．NAGUMO

      Eα・伽・α加月㈹〃・パπ・t1刎ε，τ・伽び舳州吻       Abst『act

  Five representative rocks of Matsushiro 肚ea，basa1t（from Hoshina，

Wakaho），sha1e（Miocene，Bessho formation），diorite（intruding into Bessho for−

mation），Kimyδsan tuff（P1iocene）and Minakamiyama andesite （P1eistocene）。

were experimenta11y deformed under confining pressures of up to2，000bars．

The sp㏄imens were carefu11y prepared in cy1in曲ica1form，19．5mm in diame−

ter，39．O mm in1ength．The dry specimens were deformed at room temperatures and at a strain rate of3．5×10−5sec・1．Specimens of basaユt，sha1e and diorite are britt1e even at the pressure of2，000bars，whi1e those of tuff and andesite t・md・・ti1・・t500t・1．OOgb・… R・1・ti…b・tw…th・…fi・i・gP・・・…e・nd the maximum strength，ducti1ity，Young s modu1us．and vu1k modu1us are given

in the figures．

  sh出，di。。it。。。db。。。1・w・・1dh・・・・・…敏h・・f4，ooo・・1o，oo0kg／㎝2・t the depth of2or6km，which is estimated a scope of epicenters of Matsushiro

e arthquakes． Stre ss differenc e is so1arge tha．t it is difficu1t to consider probab1e existence of such stress difference during the ea．rthquakes． Therefore．earth−

q・・k・・i・M・t…hi・・・…thi・tim・…p…ib1y・・1・t・dt・mi…f・i1・…whi・h occ㎜from the stress difference1ess than the yie1d stress．

 1．実験試料・実験方法       頁岩（XIL）：松代町南部，西条より南流する 松代付近の代表的岩石として5種をえらんだ．

玄武岩（試料記号XIu）：若穂町態窪山南の沢，

 高度720m付近にて採取，お そらく守屋層に  属する．

閃緑岩（XI O）：松代町白石にて採取，松代町周  辺に占在するこれら閃緑岩は別所層を貫いて  おり，石英斑岩としぱしぱ漸移する．

 沢，680m付近にて採取，黒色，硬質，別所  眉に属する，中新世．

奇妙山凝灰岩（xIN）：松代町柴採石場にて採  取，粗粒ラピリ質，鮮新世．

皆神山安山岩（X I P）1皆神山北麓における防  災セソター試験井より深度約100m付近にて  採取（図一10参照）．

松代群発地反に囚する特別研究 防災科学技術公合研兜遠竈 第5号 1967

 これらの試料を高さ39．Omm，直崔19．5mmの 円筒形に整形した．これらを長時間大気中に放置 し，自然状態のまま実験に供した．各岩種の湿潤

密度，乾燥密度，空げき率，粒子密度，湿潤P波 速度，乾燥P波速度を地質調査所物探部井波和夫 技官が測定した値を表一1に示す．

Tab1e

P波速度（自然乾燥） P波速度（湿潤）

湿渇密度 乾燥密度 空げき率 粒子密度

S．No．

Na仙mld町 Vr

WetV

ρWet ^{ρd・y π（％） ρg・・i・}

XIL

XIM

XIN

XI0

XIP

l OOOO

9000

800C

一 4000

3000

l ooo

4α⊃o

2000

X［M

 8oSOユt  3rd G80r

＼

慧

0      20D0    4000    6000    8000   10000   12000

23456709101I12ほ1415

Fig．1．

囲o

口

Stress−strain cur▽e㎜d Mohr enve1ope of Wak出o basaユt．

松代産岩石の高圧変形実臓（第1報） 星野・南婁  実験は地質調査所にある軸圧容量50トン，測圧

容■4，OOOkg／cm2の岩石用三軸試験後を使つて 行庄つた、ひずみ速度は歯車加速により降伏点ま ではほぼ一定で約3．5×10−5sec−1である．

 2．実噴桔果

 図一1，2，3，4，、5に玄武岩，閃緑岩，頁岩，

5000

奇妙山凝灰岩，皆神山安山岩の応力ひずみ曲像 とモール包絡線を示ナ．玄武岩の1，500，2，Ooo bars・閃緑岩の1，000，1，500，2，000bars は玄武岩の強度が予想よりも大きく，ピストンが 破壊したため実験不能とをった．

X［O  Diorite  3rd Geor

4000 E

 3000

ω o 2∞o

o l∞o 亀

2000 1000

O   lOO0 2000     4000     0000     8000

Fig．2．

a ooo

7000

0    2 3 4 5 6 7 8 9 10

      Stroin｛％）

口 凪

Stres s＿strain curve and Mohr enve1ope of diorite．

Xl L

 Sho1e ｛86ssho form．〕

3rd Geor

E

oo

o 6000

50CO

4000

3000

2000

2000

O   lOO0 2000     4000     8000     8000     10000

l OOO も §

23456789101j121ヨ14

Fig．3．

H囚 ^口

        1   5   10       7

Stress−strain curve and Mohr enve1ope of shaユe，Bessho formation．

松代群発地震に関する特男1慨究 防災科学技術総合研究速報 第5号 1967

E

＼

ω

0 6000

5000

4000

3000

2000

l OOO

500  3

    500      61

1000   1   7     1

  1  1      1000

       0

    1              

2000

  0

Xl N

 Kimyδson  TUff   3rd Geor

2000 4000 60C0     8000

0    2 3 4 5 6 7

囲1

8 9 1011 12 13 14 15

日、囹、図、

16

回．︒

17

StrO1n 〔％〕

Fig．4． Stress−strain curve and］Vilohr enve1ope of Kimyδsa皿tuff・

5000

X［P M−NAK舳1Y州＾ Andesite

  3rd Geor

Eo

＼

ω 吻 ω

ω

Φ Φ

o

4000

3000

2000

l OOO

lOO0  6

2000   9

500

500

 3

ア

O   1OOO

0   2 3 4 5 6

囚

7 8

日

  3 9 10 11

囲

  6

12 13

口

14 15 1617

口

  9

Stroin〔％〕

Fig．5． Stress−strain curve and Mohr enve1ope of Minakamiyama andesite．

松代産岩石の高圧変形実験（第1報）一星野・南雲

 l l OOO

 lOOO0  9000

冊  8000E 呈・OOO

oo 6000

oo 5000

・一 4000 Σ

 ヨOOC  2000  1000

Fig．6．

3

ψ

         ■ 今         也○ ♂

0  500  1∞O 1500 2000

   C㎝肺inOPr6S6ur引bO困〕

  Confining Presきure ys．

  m跳imum strength．

E

＼

O

ω

D₀

Σ

○つ

2

O，9 0．8

06

O．4

  ・紬

．〆

L Sho［e〕

。φ

Nltuff〕

Fig．8．

500     10CO    1500     2000 Conining PreSSurε〔borS）

Confining Pressure vs．

YoungIs modu1us．

ざ

O

Q

l O

氾P

      8

 ÷_令

      苅L       珊M

   Xl0

   500     1000     1500     2000     Confjni ng PreSsUre（bors〕

Fig．7．  Confining pressure．

      vs． ducti1ity．

 図一6〜9は以上に得られた結果をもとに作成 されたものである．図一6は横軸に封圧，縦軸に 最大差応力，すなわち実験中到達された最大軸圧

と封圧との差を取ったものである．これを最大強 度と呼ぶ・玄武岩は非常に硬く常圧で2，g50kg／

  6E

＼

  4₀

2

・o  l Σo

…03〔o

Q6

O，4

9

Fig．9．

500     1000     1500     2000 Confining PreSsurb ｛b（lrS〕

 Confining Pressure vs・

 bu1k modu1us．

松代群発地竈に関する特別研究 防災科学技術総合研究速竈 第5号 1967

一「

堆表 板 物眉

皆 神 山 火 山 岩 眉

21．5

40

60

80

100

120

130

150．00

     154．95      140

＋

      164．25       165．25

別 所 層

一L

150

260．30

．△・

．△・

1△一一

・△1

一一・．1

∫，

ノ1

1△一、

，△i 一、。1・

一△ 一

 一△．

△．  ・

1グニ

ー・｛∴、一．

△、1・

二・1λ

△一1

、△．

十

十

→ 十

十

丁

土，礫

十

表土化眉

海抜約372m

角閃石安山岩（黒色）

多酸化帯（赤色）

㌦割れ目帯

XIP採取箇所

一1一

ヤヤ白色

スライム

凝灰岩．全体に黒色，火山灰，火山礫を

丁

含む．また2枚の炭質頁岩をはさむ棺物

丁イム破片を含む

硬質黒色頁岩拾よぴヒソ岩（一部アプラ イト様） 割れ目多く，石英脈と庄り，

あるいは食銅鉱物が付着する．

十

Fig．10． Co1umnar section of the test ho1e of lMlinakamiyama．

XIP was t出en from a depth of around100m．

Samp1e

松代産岩石の高圧変形実験（第1報）

cm2であり，封圧1，000barsですでに10，000 kg／cm2をこえる強度を有する．閑緑岩，1貞岩は これに琢ぎ常圧で1，300から2，000kg／cm2，

1，O00barsで5ρOOkg／じm2．2000barsで 7，000kg／cm！の強度をイゴする．奇妙山凝灰岩，

皆神山安山岩はほぼ同様の強度を有し，常圧て 200から500kg／㎝12，2，000barsで約 4，OOOkg／cm2である．一般に封圧とともに強度 は増大するが，奇妙山凝灰岩のみは1，000bars から1，500barsにうつるところで強度が減少する1  図一7は横軸に封圧，縦軸に延性（d・ct i1i ty）

をとったものである．延性とは岩石がもろさ

（bri ttle）から延性（ducti1e）に移る程度を 表現するもので巨視的割れ目が作られたときのひ ずみ％をもってこれを示す（星野，1966）．奇妙 山凝灰岩，皆神山安山岩は常圧ではもろいのであ るが，500barsで延性が約3％に達しやや延性 状態になる．1500，2，000barsではかなり延び る（ducti1e）ように在りducti1efau1tsに 近し（破壊様式をとる．これに対して玄武岩，閃緑 岩，頁岩は高封圧下でももろくて（bri tt1e）延性は 常圧時から2P00barsに至るまでほとんど増加せず 1から2％の値をとっている．延性は一般に封圧に 応じて増大するが，ここでも奇妙山凝灰岩は例外 的で500bar sから1，000ba r sの問で延性は低下する．

 図一8は横軸に封圧，縦軸にヤング率をとった ものである．頁岩，奇妙山凝灰岩は，封圧の増加 に対してもほぼ1x105から4×105kg／cm2の 値をとるが，玄武岩，閃緑岩は500barsで，す でに著しい増加傾向をとり，玄武岩は1，000bars で9x105kg／cm2の値をとる．一方，皆神山安 山岩は常圧で4x105kg／cm2と特に小さい値を

とつている．

 図一9は横軸に封圧・縦軸に体積弾性率をとっ たものである．体積弾性率は実験機で，封圧と軸 圧がバラソスして静水圧状態になったときを確認 して，そのときの縦ひずみを読取り，横方向にも 同様のひずみで圧縮されたと考えて，これを求め た．玄武岩が最も大きく6x105から3×105

星野・南雲

k g／cm2の値をとる．以■ド，貞岩，凝灰宕，川緑 札皆神山安山岩の順に小さいf直を1−1；，皆抑川 安山岩は5×104kg／cm2（τ狛をと 一ていろ．

 3．考  察

 松代僻発地震（り震源深腰1はOか ・ユO kIパ左でに 分布し，ほとんどが2から6km（り轟1州に集一1一し

ている．表一1によれぱ員お，玄八岩， 緑讐む 密度（湿潤）は2，64，2．91，2．68て平均2．74て ある．これをもって自荷重を考えると1㎞nにつき 約260barsである．したがつて，松代地震地帯 の考慮すぺき自荷重ぱ最大2，600ba rs，多発部で は500ないし1，500barsと考えられる．側方圧 力が自荷重に等しいとすれぱ，封圧は500から

1，500barsを通常考えれぱよいということにな ろう．この範囲では上記の実験結果によれば，貰 岩，閃緑岩，玄武岩ぱ4，000から10、（川Okg／㎝12 以上の強度を有し，非常にもろし（（brittlcであ る）．松代地震に際して，地殻中の差応力がこの ように大きくなったとは考えがたい．最近の研究 によれぱ，岩石は応力ひずみ曲線のかなり初期の 段階から徴小割れ目を発生し，その際微小片を発 する．松代群発地震の群小地震は加そらく，この 徴小破壌に相当するものではないかと考えられる．

このような微小破壌の発生は岩盤応力の周期的な 反復やたとえぱ熱水溶液圧のごとき間げき流体圧 の周期的変動があればとくに起こり㌻けい状態に なるであろう、

1．

2．

3．

   参  考  文  献

長野県地学会編，1962 120刀 分の1長野  県地質図説明書．内外地図株式会社．

星野一男，1966 1岩石変形の基礎理論と  地質構造要素．地質学雑誌，72巻，P．

 105 − 116．

小出 仁・星野一一男，19671三軸変形下の  岩石中の徴小割れ目の発達について（地  震，印刷中）