Formation processes of quartz veins in deep slow earthquake regions

• Project Area: Science of slow earthquakes
• Project/Area Number: 19H04621
• 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: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 山口 飛鳥 東京大学, 大気海洋研究所, 准教授 (30570634)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2020: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2019: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: スロー地震 / マイロナイト / 脆性-延性遷移 / 慶良間諸島 / 付加体 / 石英脈 / プレート境界 / 断層岩 / 南海トラフ / 四万十帯 / 三波川帯

Outline of Research at the Start

本研究では、沈み込み帯におけるスロー地震群の発生と流体移動・鉱物沈殿の関係を理解するために、深部スロー地震域の陸上アナログとみなされる付加体・変成帯中に認められる石英脈の形成過程の解析を行う。まず、石英脈の地質構造的特徴、組織、形成温度の解明を行う。その上で、石英の酸素安定同位体分析に基づく、石英沈殿時の水/岩石比と過飽和度の推定を行う。得られた結果と現在の南海トラフ深部の速度・減衰構造とを比較し、現在の南海トラフ深部で観測されるスロー地震域の地球物理学的性質が石英脈形成で説明可能かどうか検討する。

Outline of Annual Research Achievements

沈み込み帯におけるスロー地震の発生を規定する環境要因として、流体の存在、脆性-延性遷移、パッチ状の構造など複数の仮説が提唱されている。白亜紀～古第三紀の付加体である四万十帯は約150~350℃の被熱を受けたことが知られているが、その分布の南西端に位置する沖縄県慶良間諸島には非常に高温の被熱を受けたと考えられる地質体が分布しており、沈み込み帯における脆性-塑性遷移を記録していると期待されることから調査を行った。
慶良間諸島の砂岩中のジルコンU-Pb年代の最若値は約104 Ma, 白雲母K-Ar年代は約90 Maであり、付加体の形成と上昇は約100 Ma前後の短期間に生じたことが判明した。ラマン分光分析から最高被熱温度は約500℃と見積もられ、これは緑色岩の鉱物組み合わせと調和的であった。緑色岩と砂質/泥質変成岩の境界は初生的には貫入境界を示しており、この高い被熱は海嶺沈み込みに伴う高い地温勾配によるものと推定した。
砂岩中に四万十帯で初となるマイロナイトを発見した。マイロナイトは礫岩を原岩とする部分に特徴的に発達し、EBSD分析の結果から、石英のc軸ファブリックはtype-IIクロスガードルを示し、変形時の温度は最高被熱時とほぼ一致することが示された。北西側が衝上する剪断センスは泥質変成岩中の石英脈集中帯など脆性変形部にも観察され、沈み込み時の温度上昇を伴う一連の変形を記録すると考えた。
慶良間諸島では石英脈を多く含む泥質変成岩中に見られる溶解-析出クリープから礫質マイロナイトに見られる延性変形まで、変形機構の変化と脆性-延性遷移の痕跡が産することを明らかにし、石英脈の形成が脆性-延性遷移の直前に生じたことを考察した。今後マイロナイトの詳細な解析を継続することにより、地温勾配・流体圧と沈み込み帯のレオロジーとの関係に天然から制約を与えることが期待される。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Rejuvenated extension of the Philippine Sea plate and its effect on subduction dynamics in the Nankai Trough (2021)
  • Author(s): Kimura Gaku、Nakamura Yasuyuki、Shiraishi Kazuya、Fujie Gou、Kodaira Shuichi、Yamaguchi Asuka、Fukuchi Rina、Hashimoto Yoshitaka
  • Journal Title: Island Arc Volume: 30 Issue: 1 Pages: 1-17
  • DOI: 10.1111/iar.12402
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Localized fluid discharge by tensile cracking during the post-seismic period in subduction zones (2020)
  • Author(s): Otsubo Makoto, Hardebeck Jeanne L., Miyakawa Ayumu, Yamaguchi Asuka, Kimura Gaku
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Issue: 1 Pages: 12281-12281
  • DOI: 10.1038/s41598-020-68418-z
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Deformation Structures From Splay and Decollement Faults in the Nankai Accretionary Prism, SW Japan (IODP NanTroSEIZE Expedition 316): Evidence for Slow and Rapid Slip in Fault Rocks (2020)
  • Author(s): Fabbri, O., Goldsby, D.L., Chester, F., Karpoff, A.M., Morvan, G., Ujiie, K., Yamaguchi, A., Sakaguchi, A., Li, C.-F., Kimura, G., Tsutsumi, A., Screaton, E., and Curewitz, D.
  • Journal Title: Geochemistry, Geophysics, Geosystems Volume: 21 Issue: 6
  • DOI: 10.1029/2019gc008786
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Structural-morphological and sedimentary features of forearc slope off Miyagi, NE Japan: implications for development of forearc basins and plumbing systems (2020)
  • Author(s): Chang, Jih-Hsin, Park, Jin-Oh, Chen, Tzu-Ting, Yamaguchi, Asuka, Tsuru, Tetsuro, Sano, Yuji, Hsu, Ho-Han, Shirai, Kotaro, Kagoshima, Takanori, Tanaka, Kentaro, Tamura, Chiori
  • Journal Title: Geo-Marine Letters Volume: - Issue: 3 Pages: 309-324
  • DOI: 10.1007/s00367-020-00636-w
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Origin of the early Cenozoic belt boundary thrust and Izanagi?Pacific ridge subduction in the western Pacific margin (2019)
  • Author(s): Kimura Gaku, Kitamura Yujin, Yamaguchi Asuka, Kameda Jun, Hashimoto Yoshitaka, Hamahashi Mari
  • Journal Title: Island Arc Volume: 28 Issue: 5 Pages: 1-15
  • DOI: 10.1111/iar.12320
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Kinetic Models for Healing of the Subduction Interface Based on Observations of Ancient Accretionary Complexes (2019)
  • Author(s): Fisher D. M., Smye A. J., Marone C., Keken P. E., Yamaguchi A.
  • Journal Title: Geochemistry, Geophysics, Geosystems Volume: 20 Issue: 7 Pages: 3431-3449
  • DOI: 10.1029/2019gc008256
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Postseismic fluid discharge chemically recorded in altered pseudotachylyte discovered from an ancient megasplay fault: an example from the Nobeoka Thrust in the Shimanto accretionary complex, SW Japan (2019)
  • Author(s): Hasegawa Ryota, Yamaguchi Asuka, Fukuchi Rina, Hamada Yohei, Ogawa Nobuhiro, Kitamura Yujin, Kimura Gaku, Ashi Juichiro, Ishikawa Tsuyoshi
  • Journal Title: Progress in Earth and Planetary Science Volume: 6 Issue: 1 Pages: 36-36
  • DOI: 10.1186/s40645-019-0281-2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Distributed deformation along the subduction plate interface: The role of tectonic m?langes (2019)
  • Author(s): Raimbourg Hugues、Famin Vincent、Palazzin Giulia、Yamaguchi Asuka、Augier Romain、Kitamura Yujin、Sakaguchi Arito
  • Journal Title: Lithos Volume: 334-335 Pages: 69-87
  • DOI: 10.1016/j.lithos.2019.01.033
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] コディアック付加体のプレート境界断層岩の形成に寄与した流体の組成的特徴と起源 (2020)
  • Author(s): 石川 剛志、山口 飛鳥
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2020年大会
  • Invited
• [Presentation] Two steps of onset of the modern geodynamic framework; ~6Ma and ~2.5Ma in east Asia and western Pacific margin (2020)
  • Author(s): 木村 学、辻 健、山口 飛鳥
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2020年大会
• [Presentation] Mid-Cretaceous Tectonics of the Ryukyu arc reconstructed by geology of Kerama Islands, Okinawa (2020)
  • Author(s): 山本 一平、谷 健一郎、纐纈 佑衣、山口 飛鳥
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2020年大会
• [Presentation] Detecting the seismo-turbidites of off Kumano, the Nankai Trough using ITRAX profile (2020)
  • Author(s): 奥津 なつみ、芦 寿一郎、福地 里菜、山口 飛鳥
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2020年大会
• [Presentation] Spatiotemporal variation in frictional behavior within the Nankai accretionary prism (2020)
  • Author(s): 奥田 花也、Matt Ikari、Alexander Roesner、Katja Stanislowski、Andre Hupers、山口 飛鳥、Achim Kopf
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2020年大会
• [Presentation] 3He/4He ratios in pore fluids and bottom seawater around the Japan Trench (2020)
  • Author(s): 鹿児島 渉悟、高畑 直人、山野 誠、山口 飛鳥、朴 進午、佐野 有司
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2020年大会
  • Invited
• [Presentation] 沖縄県慶良間諸島に見られる高変成度四万十帯付加体の地質と変形・変成作用 (2020)
  • Author(s): 山本 一平、谷 健一郎、纐纈 佑衣、福地 里菜、高下 裕章、山口 飛鳥
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2020年大会
• [Presentation] Effects of surface friction of subducting seamount on topographic evolution of the overriding accretionary prism: insights from sandbox experiment (2020)
  • Author(s): 大熊 祐一、高下 裕章、山田 泰広、芦 寿一郎、山口 飛鳥
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2020年大会
• [Presentation] Structure across the South Shetland Trench from the incoming plate to the back-arc basin (2020)
  • Author(s): 高下 裕章、藤井 昌和、周 錦煜、沖野 郷子、池原 実、山口 飛鳥、佐藤 太一
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2020年大会
• [Presentation] Riserless contingency operations during IODP NanTroSEIZE Expedition 358 (2020)
  • Author(s): 山口 飛鳥、Ikari Matt、木村 学、前田 玲奈、Sean Toczko、IODP第358次航海 乗船研究者
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2020年大会
• [Presentation] 日本海溝アウターライズにおけるグラーベン充填堆積物中のイベント層 (2020)
  • Author(s): 山口 飛鳥、倉野 紘彰、福地 里菜、新井 和乃、池原 研、金松 敏也、鹿児島 渉悟、羽入 朋子、芦 寿一郎、朴 進午
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2020年大会
• [Presentation] 古い海洋プレート沈み込み直前の屈曲断層に伴う加水に関連するCHIKYUを使った 国際海洋掘削申請提案：科学目標と掘削戦略 (2020)
  • Author(s): 森下 知晃、藤江 剛、小野 重明、山野 誠、氏家 恒太郎、山口飛鳥、井尻 暁、 土岐 知弘、鹿児島 渉悟、石川 正弘、片山 郁夫、黒田潤一郎、鈴木 庸平
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2020年大会
• [Presentation] 沖縄県慶良間諸島の地質から復元する琉球弧における白亜紀テクトニクス (2020)
  • Author(s): 山本一平・谷健一郎・纐纈佑衣・高下裕章・福地里菜・山口飛鳥
  • Organizer: 日本地質学会構造地質部会2020年オンライン例会
• [Presentation] 南海トラフ付加体を構成する堆積物の摩擦特性の時空間変化 (2020)
  • Author(s): 奥田花也・Matt Ikari・Alexander Roesner・Katja Stanislowski・Andre Hupers・山口飛鳥・Achim Kopf
  • Organizer: 日本地質学会構造地質部会2020年オンライン例会
• [Presentation] アナログモデル実験による海山沈み込みに伴う付加体内部の変形過程の観察 (2020)
  • Author(s): 大熊祐一・高下裕章・山田泰広・野田篤・山口飛鳥・芦寿一郎
  • Organizer: 日本地質学会構造地質部会2020年オンライン例会
• [Presentation] Kodiak付加体のアルバイトを伴う黒色断層岩の起源：地球化学分析からの制約 (2019)
  • Author(s): 石川 剛志、山口 飛鳥
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [Presentation] 半遠洋性堆積物の続成作用に伴う摩擦・透水特性の変化 (2019)
  • Author(s): 岡崎 啓史、片山 郁夫、山口 飛鳥
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [Presentation] 白鳳丸によるサウスサンドイッチ弧観測計画：世界最南端島弧-海溝系の成立・進化過程の解明にむけて (2019)
  • Author(s): 山口 飛鳥、谷 健一郎、池原 実
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [Presentation] 細粒タービダイトによる南海トラフ地震履歴解明に向けた基礎的研究 (2019)
  • Author(s): 奥津 なつみ、芦 寿一郎、山口 飛鳥
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [Presentation] Microfabric analysis of damaged zone of principal shear zone in the frontal megathrust in the Nankai Trough (2019)
  • Author(s): 木村 学、山口 飛鳥、濱田 洋平、矢部 優
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [Presentation] The spatial-temporal patterns of Indian monsoonal variations during the past 80 kyr recorded in NGHP-02 Hole 19B, western Bay of Bengal: Implications from chemical and mineral properties (2019)
  • Author(s): 太田 雄貴、川幡 穂高、黒田 潤一郎、鈴木 淳、荒岡 大輔、山口 飛鳥、阿部 彩子
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [Presentation] 高分解能浅部構造探査と精密照準採泥による相模湾断層の活構造 (2019)
  • Author(s): 芦 寿一郎、山口 飛鳥、奥津 なつみ、三澤 文慶
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [Presentation] 高分解能SBPから得られた付加体斜面堆積盆の堆積構造とその形成過程の検討：室戸沖南海付加体の例 (2019)
  • Author(s): 大熊 祐一、山口 飛鳥、高下 裕章、福地 里菜、芦 寿一郎
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [Presentation] Deep Drilling at the Nankai Trough: IODP NanTroSEIZE Expedition 358 Summary and First Results (2019)
  • Author(s): Harold Tobin、Takehiro Hirose、Matt Ikari、Kyuichi Kanagawa、Gaku Kimura、Masataka Kinoshita、Hiroko Kitajima、Demian M Saffer、Asuka Yamaguchi、Lena Maeda、Nobu Eguchi、Sean Toczko
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2019年大会
  • Invited
• [Presentation] 南海トラフ地震発生帯掘削計画（IODP 358次航海）における プレート境界断層に向けた超深度ライザー掘削：達成と今後 (2019)
  • Author(s): 廣瀬丈洋・木下正高・木村 学・山口飛鳥・金川久一・Tobin Harold・Ikari Matt・Kitajima Hiroko・Saffer Demian・前田玲奈・江口暢久・Tockzo Sean
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [Presentation] IODP第358次航海におけるライザーレス掘削 (2019)
  • Author(s): 山口飛鳥・Ikari Matt・木村 学・前田玲奈・Toczko Sean・IODP第358次航海乗船研究者
  • Organizer: 日本地質学会第126年学術大会
• [Presentation] 半遠洋性堆積物の摩擦特性：続成作用の影響 (2019)
  • Author(s): 岡崎啓史・片山郁夫・山口飛鳥
  • Organizer: 日本地質学会第126年学術大会
• [Presentation] Physical properties of the Nankai Trough at IODP Expedition 358 (2019)
  • Author(s): 北村真奈美・Bedford John・Jin Zirou・Stanislowski Katja・曽根大貴・北島弘子・Ikari Matt・木村 学・山口飛鳥・廣瀬丈洋・金川久一・木下正高・Saffer Demian・Tobin Harold・江口暢久・Toczko Sean・久保雄介・前田玲奈・IODP Expedition 358 Scientists
  • Organizer: 日本地質学会第126年学術大会
• [Presentation] 三陸沖アウターライズにおけるイベント堆積物の認定 (2019)
  • Author(s): 倉野紘彰・山口飛鳥・新井和乃・芦寿一郎
  • Organizer: 日本地質学会第126年学術大会
• [Presentation] アナログ実験による海山沈み込みに伴う付加体表層の変形とその時空間変化の観察 (2019)
  • Author(s): 大熊祐一・山田泰広・高下裕章・山口飛鳥・芦寿一郎
  • Organizer: 日本地質学会第126年学術大会
• [Presentation] Revisit of a tectonics linkage in the western Pacific margin since ~6Ma (2019)
  • Author(s): Gaku Kimura, Takeshi Tsuji, Asuka Yamaguchi, Yuzuru Yamamoto
  • Organizer: AGU Fall Meeting 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Attempted Ultradeep Drilling to the Nankai Trough Subduction Zone Plate Boundary: The Saga of IODP NanTroSEIZE Expedition 358 (2019)
  • Author(s): Harold J Tobin, Takehiro Hirose, Matt Ikari, Kyuichi Kanagawa, Gaku Kimura, Masataka Kinoshita, Hiroko Kitajima, Demian M Saffer, Asuka Yamaguchi, Lena Maeda, Sean Toczko, Nobu Eguchi and IODP Expedition 358 Shipboard Scientific Party
  • Organizer: AGU Fall Meeting 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ages of Faulting and the Nature of Fluid-Rock Interactions in the Deep Nankai Accretionary Prism, IODP Site C0002, Japan (2019)
  • Author(s): James C Sample, Armin Dielforder, Barbara E John, Christine Regalla, Aradhna K Tripati, Asuka Yamaguchi, Yuzuru Yamamoto, Matt Ikari, Gaku Kimura, Masataka Kinoshita, Hiroko Kitajima, Lena Maeda, Demian M Saffer, Sean Toczko and IODP Expedition 358 Science Party
  • Organizer: AGU Fall Meeting 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Insight on the physical properties of sediments within the Nankai inner accretionary prism, from repeated borehole geophysics of NanTroSEIZE IODP expeditions 348 and 358. (2019)
  • Author(s): M.L. Doan, Y. Hamada, T. Jeppson, G. Guerin, T. Tsuji, S. Yabe, M. Conin, G.F Moore, Y. Sanada, Y.N. Kido, S. Saito, E. Le Ber, A. Yamaguchi, M. Ikari, H.J Tobin, D.M. Saffer, H. Kitajima, M. Kinoshita, G. Kimura, T. Hirose, L. Maeda, S. Toczko, N. Eguchi, Y. Kubo and the IODP Expedition 358 Shipboard Scientific Party
  • Organizer: AGU Fall Meeting 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Physical properties of the Nankai Trough at Sites C0002, C0024 and C0025, IODP Expedition 358 (2019)
  • Author(s): Z. Jin, J.D. Bedford, M. Kitamura, H. Sone, K. Stanislowski, Y. Hamada, A. Kopf, J. Zhang, H. Kitajima, D.M. Saffer, T. Hirose, M. Ikari, K. Kanagawa, G. Kimura, M. Kinoshita, H.J. Tobin, A. Yamaguchi, N. Eguchi, Y. Kubo, L. Maeda, S. Toczko and IODP Expedition 358 Shipboard Scientific Party
  • Organizer: AGU Fall Meeting 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Stress state at the toe of the Nankai accretionary margin, with implications for characterization of the decollement (2019)
  • Author(s): M. Conin, Y. Hamada, G. Guerin, G.F. Moore, M. Otsubo, K. Ujiie, A. Dielforder, C. Regalla, B.E. John, D. Faulkner, A. Yamaguchi, M. Ikari, G. Kimura, H. Kitajima, D.M. Saffer, T. Harold, M. Kinoshita, S. Toczko, L. Maeda, N. Eguchi and IODP Expedition 358 Shipboard Scientific Party
  • Organizer: AGU Fall Meeting 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The Value Of Real-Time Geomechanics During Riser Drilling Operations In Complex Environments: NanTroSEIZE IODP Exp 358 Case Study (2019)
  • Author(s): S.Toczko, K.Aoike, D.A.Castillo, T.Colson, M.Conin, M.-L.Doan, T.Finkbeiner, G.Guerin, T.Jeppson, Z.Jin, M.Otsubo, H.Sone, T.Toki, E.Wisbey, A.Wspanialy, T.Hirose, M.Ikari, K.Kanagawa, G.Kimura, M.Kinoshita, H.Kitajima, D.M.Saffer, H.J.Tobin, A.Yamaguchi, N.Eguchi, L.Maeda, IODP Exp. 358 Shipboard Scientific Party
  • Organizer: AGU Fall Meeting 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Structural observations across the Nankai accretionary prism, IODP Expedition 358 (NanTroSEIZE) (2019)
  • Author(s): C. Regalla, Y. Yamamoto, K. Ujiie, A. Dielforder, J. Dutilleul, D.R. Faulkner, B.E. John, M. Otsubo, G. Kimura, M. Ikari, H. Kitajima, A. Yamaguchi, K. Kanagawa, M. Kinoshita, H.J. Tobin, D.M. Saffer, L. Maeda, S. Toczko and IODP Expedition 358 Shipboard Scientific Party
  • Organizer: AGU Fall Meeting 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Heat flow and thermal regime in frontal region of Nankai accretionary prism off Kumano revealed from borehole APCT and observatory thermal data (2019)
  • Author(s): Masataka Kinoshita, Yohei Hamada, Hiroko Kitajima, Hiroki Sone, Demian M Saffer, Harold J Tobin, Gaku Kimura, Matt Ikari, Takehiro Hirose, Asuka Yamaguchi, Kyuichi Kanagawa, Toshinori Kimura, Lena Maeda, Sean Toczkoand IODP Exp358 Science Party
  • Organizer: AGU Fall Meeting 2019
  • Int'l Joint Research