研究： 岩石＋水系の物性（地震波速度，電気伝導度）

海洋プレートの含水化

地震活動

蛇紋岩化

含水化火山活動

脱水

蛇紋岩化

マントルの部分融解 脱水部分融解

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

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（スピネル）と交流成果のいろいろ

富山大学・院・理工 渡辺 了富山大学 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）

蛇紋岩の役割蛇紋岩の役割

・水の輸送・水の輸送⇒ 火山活動・地震活動

マントル スラブの力学的カップリング海洋プレートの含水化

蛇紋岩化

・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

含水化

含水鉱物の

蛇紋岩化

マントルの含水鉱物の脱水（スラブ）

マントルの部分融解

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 Rock sampleP, S (fc=2 MHz)

FunctionGenerator

DigitalOscilloscope

sample

Trigger Pressure Vessel

sample

transducert=t0 t=t1L

V=L

t1‐t0

蛇紋石という鉱物四面体シート

SiO4

八面体シートMg(OH)2

Lizardite1 1 L

陽イオンを置換して解消

1:1 Layer

1:1 Layer

HydrogenBond

1:1 Layer

Chrysotile 解消しない

1:1 Layer

Si‐O Bond

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⇒ 湾曲

蛇紋石鉱物による違い

High‐T: antigorite

Low‐T: lizardite

カンラン岩

Watanabe et al. (2007)蛇紋石の割合大

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@岡山大学地球物質科学センター

P=1 GPa (d~30 km), T<550 C

波形例

from Top from Bottom

Transducer

Ni

SampleL

W

T

TLV 2

T

dV/dT (10 4 k / K)HKB B (At 83%) dV/dT (10-4 km/s·K)

Px - (0.9 ± 0.2)

HKB‐B (Atg: 83%)

Py - (2.2 ± 0.2)

P (3 2 ± 0 2)Pz - (3.2 ± 0.2)

Syx - (1.4 ± 0.1)

Szy - (3.6 ± 0.1)

Syz - (3.1 ± 0.1)Syz (3.1 ± 0.1)

P=1GPa (Depth=30 km )矢野修論 (2009)

P 1GPa (Depth 30 km )

岩石（多結晶体）の性質

鉱物組成・鉱物組成

・鉱物の物性

・鉱物粒子の向き 形状 配列鉱物粒子の向き，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 ビ 蛇紋 ゴ・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10740428 原田裕也

1.なぜクロムスピネルかな ク ネル

Yamamoto et al.,2009. Fig.1

マントル捕獲岩

Thickness : 0 804 [mm]

1.272[mm]

Thickness : 0.804 [mm]

クロムスピネル

1.344 [mm]

[mm]

流体包有物の残留圧力(流体密度)

ホスト鉱物の

クロムスピネル

流体包有物CO2

10µm

捕獲岩の由来深度

ホスト鉱物の弾性・塑性変形の影響

2.測定試料

結晶系 等軸晶系

・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

結晶構造・化学式：

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

Al O : 59 16%

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：C C C

・採取地：極東ロシア,Sveyagin2 042 [mm]

・独立な弾性定数：C11,C12,C44

（京都大学山本順司助教より）Thickness : 1.008 [mm]

2.042 [mm]

SEM‐EBSD（電子後方散乱回折）2.測定試料

・試料を研磨して

‐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

X‐ray Diffraction2.測定試料

y ff‐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

測定試料の整形2.測定試料

Thickness : 1 008 [mm] 直方体に整形Thickness : 1.008 [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

1.674[mm]

[整形後の試料]

Thickness : 0.50 (0.01) [mm]Density : 4 3 (0 3)×10³ [kg/m³]2.042 [mm]

0.41(0.01)[mm]

Density : 4.3 (0.3) ×10  [kg/m ][ ]

[整形前の試料]( )[ ]

0.41 (0.01) [mm]

結晶軸 特定と結晶軸の特定と6面の研磨

4.実験装置概要

信 流れ

振幅・位相差

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]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[V] 、obs 3は1.0×10  [V]を差し引いた値で示している。

Obs‐1

Obs‐2 5.7

Obs‐3

4 95.0

5.4

5.7

4.9

観測された共振ピーク 6~9 [MHz]5.結果・考察

観測された共振ピーク 6~9 [MHz]

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 0×10⁻⁶ [V]を差し引いた

Obs‐1

7.7

obs‐3は1.0×10 ⁶ [V]を差し引いた値で示している。

Obs‐38.23

8.9Obs 3

6.15

観測された共振ピーク 9~11 [MHz]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

Obs‐1

し引いた値で示している。

Obs‐2 10.9

Obs‐3

10.0

10.3

9.44 9.57 9.7 9.8

観測値と理論値

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]

² [ ]C12=1.4×10²  [GPa]C44=1.2×10²  [GPa]

観測値と理論値

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]

² [ ]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%

弾性定数の比較5.結果・考察

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

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

2.6×10² 1.4×10² 1.2×10² 4.3 (0.3)×10³

Spinel (Bass.1995)MgAl2O4

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

Chromite (Bass 1995) 3 22×10² 1 44×10² 1 17×10² 5 09×10³Chromite (Bass.1995) FeCr2O4

3.22×10 1.44×10 1.17×10 5.09×10

Pleonaste (Bass.1995)Mg0 75Fe0 36Al1 90O4

2.695×10² 1.633×10² 1.435×10² 3.826×10²Mg0.75Fe0.36Al1.90O4

☆弾性定数は 種 鉱物よりも全体的に低☆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 る とが原因溶体となっていることが原因

結晶構造5.結果・考察

価 価2価と3価には入り得る元素が2種存在する

スピネル

プレオナスト 乱れた構造

クロマイト

入り得る元素は2価には2種、3価には3種存在する

ク イ

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

種存在する

クロムスピネル

規則正しい構造

クロムスピネル

より乱れた構造