本研究では,三宅島2000年噴火活動時に観測された自然電位変動から,水の流動に関する定量的な見積もりを行うため,三宅島の岩石を用いて,流動電位を決定するゼータ電位の性質を実験的に明らかにした.初年度に実験装置の整備改良を行い,三宅島にて各噴出年代の火山岩試料の採取を行った.試料を採取する際に立ち寄った神津島において自然電位マッピングを実施した結果,神津島での地形効果が約10mV/m(高度1m上昇につき10mV電位が下降する)と三宅島に比べて約10倍であることが判明したため,この違いが,両島で採取した岩石のゼータ電位の違いによって説明可能であるかを実験的に検証することも目標の一つに加えた.まず,HCl-KCl-KOH系における,ゼータ電位のpH依存性に関する実験を行った.その結果,各年代の三宅島玄武岩,神津島流紋岩共に,pH3-10の範囲ではゼータ電位が-10〜-20mVに決定され,さらに塩基性が強くなると共にゼータ電位は大きくなった.また,三宅島玄武岩がpH2付近でゼータ電位がゼロから(さらに酸性の強いところで)正に転ずるのに対し,神津島流紋岩ではゼータ電位はマイナスに留まった.従って,三宅島と神津島の地形効果の相違は,地下水のpHの相違か,比抵抗など他のパラメタの相違によるものと考えられる.Ishido&Mizutani(1981)の実験では,花崗岩,安山岩,斑レイ岩ともに,ゼータ電位がpH6以上で-80〜-100mVに決定され,今回の結果は約1桁小さい値を得た.岩右試料の表面状態の差異が,このような実験結果の相違を生む要因として考えられたため,岩石の破砕粒度を変えた実験を行った.その結果,新鮮な表面の割合が多いと考えられる,より粒径の小さな試料ほど絶対値として高いゼータ電位になっているという実験結果を得,ゼータ電位を考える上で新たな要因を考える必要性が明らかとなった.
1 0 0 0 高温高圧下における岩石の電気特性と力学特性の同時測定
最近,種々の構造探査により,縦波速度(Vp),横波速度(Vs),電気比抵抗などが同一断面上にマッピングされるようになってきた.それら観測可能なVp, Vs,電気伝導度,Qなどから,どのような物質がどのような状態にあり,どのような破壊・摩擦特性をもっているのか推定できるようになることを目指し,室内実験によりVp, Vs,電気伝導度などと,破壊・摩擦特性を様々な条件下で同時測定できる装置を開発した.同時測定が必要なのは,間隙の形状や連結性に依存する物性パラメターは,(特に高温で間隙水が存在する場合,化学反応が活発なので,)温度・圧力を与えても一意に定まるとは限らないからである.高温高圧下で岩石の電気伝導度を測定する場合,金属ジャケットで岩石試料を覆うことになる.そのような状態で岩石試料の伝導度を求めるのに,金属ジャケットを主に流れてきた電流と試料中心部を流れてきた電流を分離し,それぞれガードリングとセンター電極で測定するガードリング法を用いる.ガードリングに流れ込む電流とセンター電極に流れ込む電流を計算し,適切な配置を検討し,昨年度,ガードリングモジュールを設計・製作した.さらにその測定システムを用い,日高変成帯主帯の泥質変成岩類などの測定を行った.ガードリングを用いても金属ジャケットを用いる影響を完全には取り除けないので,見かけ抵抗から試料の真の電気伝導度を算出する補正係数を数値解から求めた.温度は室温から25℃ごと250℃まで,圧力は10MPaから250MPaまで,周波数は周波数1Hz~1MHzまで変化させて測定した.日高変成帯泥質ホルンフェルスの電気伝導度は黒雲母片岩などに比べ非常に高い.一定圧力のもとで,このホルンフェルスの比抵抗は温度上昇とともに増加し,75℃近傍で最大値をとり,その後減少することがわかった.
