科学研究 - 日本东北大学在活断层中发现润滑物质“氧化石墨烯”，或与慢地震有关

日本东北大学等研究团队，在横跨岐阜县与富山县的迹津川断层系中，发现了润滑物质“氧化石墨烯”。氧化石墨烯的摩擦系数比普通岩石低一个数量级，更容易滑动。迹津川断层系属于活断层，其浅部区域地震活动较少的原因被认为是氧化石墨烯发挥了作用，能够使断层缓慢滑动所致。研究认为，这一机制或许与板块边界等处的能量被分阶段地释放的“慢地震”有关。

迹津川断层系示意图。圆圈内为氧化石墨烯的结构。（供图：东北大学岛田知弥）

有报告称，迹津川断层系地下7～8公里的浅部区域存在地震活动较少、断层缓慢滑动的“断层蠕滑”现象。据东北大学研究生院理学研究科地学专业的长滨裕幸教授（断层力学）介绍，学界长期以来认为，具有碳原子片状堆叠晶体结构的石墨与地下深部流体发挥了类似润滑剂的作用，减小了断层摩擦，从而引发断层蠕滑。

沿迹津川断层系的地震震源分布图。据信，在地下流体上涌的区域，断层缓慢滑动使应变无法持续积累，因此地震活动较少。（供图：东北大学岛田知弥）

长滨教授研究室成员、研究生院博士2年级学生岛田知弥（构造地质学），着眼于可从石墨中提取的、由单层碳原子构成的二维晶体“石墨烯”，通过组合分析激光照射的散射光解析物质结构的拉曼光谱法、通过测量光电子能量分析物质表面元素组成与化学键合状态的X射线光电子能谱法，再结合可在原子层面观测物质的透射电子显微镜（TEM）三种方法，最终从断层滑动面发现了氧化石墨烯。

透射电子显微镜图像。将断层黏土化部分（左图圆圈区域）放大显示的右图中可见，虚线包围处排列着氧化石墨烯纳米粒子。（供图：东北大学岛田知弥）

氧化石墨烯的摩擦系数在0.01以下，较普通岩石的约0.6，石墨的约0.1相比，低了一个数量级，因此更容易滑动。此次研究调查了迹津川断层系的地下温度，结果显示，氧化石墨烯可稳定存在的温度区间（200摄氏度以下）与地震较少的区域相吻合。因此，研究团队认为，具备超低摩擦特性的氧化石墨烯有效使断层更易滑动，有可能对低地震活动区域产生了影响。