沈み込む堆積物における間隙流体圧の時空間変化の解明

• Project Area: Science of slow earthquakes
• Project/Area Number: 17H05419
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
• Principal Investigator: 森重 学 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 数理科学・先端技術研究分野, ポストドクトラル研究員 (70746544)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2018: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2017: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
• Keywords: 沈み込み帯 / スロー地震 / 水の移動 / 固体地球物理学 / 地震 / 地殻・マントル物質 / 流体

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、沈み込むスラブから放出された水がプレート境界付近に沿って上昇し、スロー地震発生領域にまで到達するというアイデアの物理的な妥当性を検討することである。手法として固体とその隙間に存在する液体の運動を同時に取り扱う固液2相流理論に基づく物理モデリングを用いた。
本年度は沈み込むスラブ直上に存在する低粘性層内部の水の移動を考え、岩石抵抗と動圧力(物質の変形に伴い生じる余分な圧力)勾配の効果の組み合わせによって、スラブから放出された水が低粘性層内部を素早く上昇しスロー地震発生領域にまで到達する可能性を示した。また水はその量が多い場所と少ない場所とを交互に作りながら移動することも明らかにした。これはスロー地震の繰り返し間隔に関連する可能性がある。沈み込み帯に対する温度モデリングで得られた結果に基づくと、今回新たに提唱したメカニズムによる水の移動は、東北地方のような冷たい沈み込み帯よりも、西南日本やカスカディアなど熱い沈み込み帯で見られる可能性が高い。更に3次元のモデリングを行い、スラブが海溝から離れるように折れ曲がる場所では、水の移動の駆動力の1つである低粘性層内部における動圧力勾配が小さくなることが分かった。これは西南日本やカスカディアで見られるスラブの形状と短期的スロースリップによるすべり量との対応関係を理解する際に重要な情報となる。
これらの内容に関する発表を日本地球惑星科学連合大会、アメリカ地球物理学連合秋季大会などで行い、投稿論文を現在執筆中である。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] カーネギー研究所(米国)
• [Journal Article] Subduction Zone Dynamics Constrained from Numerical Models and Observations (2018)
  • Author(s): 森重学
  • Journal Title: Zisin (Journal of the Seismological Society of Japan. 2nd ser.) Volume: 71 Issue: 0 Pages: 1-11
  • DOI: 10.4294/zisin.2017-10
  • NAID: 130007411512
  • ISSN: 0037-1114, 1883-9029, 2186-599X
  • Year and Date: 2018-05-10
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fluid migration in a subducting viscoelastic slab (2018)
  • Author(s): Morishige, M., and P.E. van Keken
  • Journal Title: Geochemistry, Geophysics, Geosystems Volume: 19 Issue: 2 Pages: 337-355
  • DOI: 10.1002/2017gc007236
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Mechanism of fluid flow near the plate interface: the importance of a thin, low-viscosity layer (2018)
  • Author(s): Morishige, M.
  • Organizer: AGU fall meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Importance of a thin, low viscosity layer on top of the slab for rock deformation and fluid migration in subduction zones (2018)
  • Author(s): Morishige, M.
  • Organizer: 日本地球惑星科学 連合2018 年大会
• [Presentation] Fluid migration in poro-viscoelastic slab (2017)
  • Author(s): Morishige, M., & van Keken, P. E.
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
• [Presentation] Fluid behavior in viscoelastic slab (2017)
  • Author(s): Morishige, M.
  • Organizer: Joint Workshop on Slow Earthquakes 2017
• [Presentation] スラブ起源流体の多様な振る舞い (2017)
  • Author(s): Morishige, M., & van Keken, P. E.
  • Organizer: 日本地震学会秋季大会
• [Presentation] 数値モデルと観測との比較に基づく沈み込み帯ダイナミクスの研究 (2017)
  • Author(s): 森重 学
  • Organizer: 日本地震学会秋季大会
  • Invited
• [Presentation] Temporal and spatial variation in porosity and compaction pressure for the viscoelastic slab (2017)
  • Author(s): Morishige, M., & van Keken, P. E.
  • Organizer: AGU fall meeting
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 森重 学 (Manabu Morishige)
  • URL: https://sites.google.com/site/manabumorishige/