稠密構造探査によるプレート境界浅部の断層構造・流体分布とスロー地震活動の関係解明

• Project Area: Science of slow earthquakes
• Project/Area Number: 19H04629
• 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: 新井 隆太 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海域地震火山部門(地震発生帯研究センター), 副主任研究員 (20738752)
• 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: 波形インバージョン解析 / プレート境界浅部 / 海山 / 3次元地震探査 / 3次元地震波探査 / ヒクランギ沈み込み帯 / スロー地震

Outline of Research at the Start

巨大地震の発生域の周囲では,スロー地震と呼ばれるゆっくりとした断層すべりが起こる.最近の研究で,こうした現象がプレートが沈み込み始める海溝に近いプレート境界浅部で多く見つかってきたが,そこでの岩石の物性や摩擦の特性はよくわかっていない.本研究はプレート境界浅部でスロー地震が頻発するニュージーランドヒクランギ沈み込み帯を対象として,海底地震計を用いた大規模探査のデータと波形インバージョン解析という先端的な解析手法を用いてプレート境界浅部の詳細な構造を解明する.

Outline of Annual Research Achievements

地震発生の物理過程を理解するためには, 地震発生帯の摩擦特性と密接に関連する岩石物性および断層構造の詳細を明らかにすることが重要である。本研究では、スロースリップや低周波微動が多発するニュージーランドヒクランギ沈み込み帯北部において、日米英NZの国際共同研究の一環として取得した3次元地震波探査データに波形インバージョン解析を適用し、プレート境界浅部の詳細な3次元P波速度構造を推定し、その地質学的な解釈を行った。
調査海域では先行研究（Barker et al., 2018）によって幅20km、比高1kmほどの海山が沈み込んでいると考えられていたが、本研究では海山は従来よりも沈み込み方向に約10km深い側に位置する結果を得た。この海山は周囲よりP波速度が高速度となっており、また比抵抗構造探査（Chesley et al., 2021）で明らかとなった高比抵抗体の位置とよく一致することから、海山内部に貫入した深部岩体と解釈できる。これ以外にも海山と解釈できる複数の起伏がプレート境界断層上に存在することを確認した。これら海山が沈み込むことに伴い、その背後に流体を多く含む堆積岩がプレート境界断層に沿って沈み込み地震発生帯へ取り込まれると考えられる。さらに、主に火山砕屑岩からなるヒクランギ海台の上部地殻は通常の海洋性地殻より低速度を示すことから大量の流体を保有していることもわかった。この結果は、固結度の低い堆積物だけでなく海台の上部地殻物質もスロー地震発生域への流体供給源となりうることを示唆している。
国内外の学会や国際学術論文で成果発表を行った。上記の主要な成果をJGR Solid Earth誌に発表した学術論文はEditors' Highlightに選出され、AGUの情報誌EOSにて特集された。また、EGU General Assemblyにて招待講演を実施した。

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

• [Int'l Joint Research] Imperial College London(英国)
• [Int'l Joint Research] GNS Science(ニュージーランド)
• [Int'l Joint Research] University of Texas(米国)
• [Int'l Joint Research] Imperial College London(英国)
• [Int'l Joint Research] GNS Science(ニュージーランド)
• [Int'l Joint Research] University of Texas(米国)
• [Journal Article] Crustal Structure of the Hikurangi Margin From SHIRE Seismic Data and the Relationship Between Forearc Structure and Shallow Megathrust Slip Behavior (2022)
  • Author(s): Bassett Dan、Arnulf Adrien、Henrys Stuart、Barker Dan、Avendonk Harm、Bangs Nathan、Kodaira Shuichi、Seebeck Hannu、Wallace Laura、Gase Andrew、Luckie Thomas、Jacobs Katie、Tozer Brook、Arai Ryuta、Okaya David、Mochizuki Kimi、Fujie Gou、Yamamoto Yojiro
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 49 Issue: 2
  • DOI: 10.1029/2021gl096960
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Generating High‐Fidelity Reflection Images Directly From Full‐Waveform Inversion: Hikurangi Subduction Zone Case Study (2021)
  • Author(s): Davy Richard G.、Frahm Laura、Bell Rebecca、Arai Ryuta、Barker Daniel H. N.、Henrys Stuart、Bangs Nathan、Morgan Joanna、Warner Michael
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 48 Issue: 19
  • DOI: 10.1029/2021gl094981
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Crustal Structure of the Northern Hikurangi Margin, New Zealand: Variable Accretion and Overthrusting Plate Strength Influenced by Rough Subduction (2021)
  • Author(s): Gase Andrew C.、Van Avendonk Harm J. A.、Bangs Nathan L.、Bassett Dan、Henrys Stuart A.、Barker Daniel H. N.、Kodaira Shuichi、Jacobs Katrina M.、Luckie Thomas W.、Okaya David A.、Fujie Gou、Yamamoto Yojiro、Arnulf Adrien F.、Arai Ryuta
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Solid Earth Volume: 126 Issue: 5
  • DOI: 10.1029/2020jb021176
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Three‐Dimensional P Wave Velocity Structure of the Northern Hikurangi Margin From the NZ3D Experiment: Evidence for Fault‐Bound Anisotropy (2020)
  • Author(s): Arai Ryuta, Kodaira Shuichi, Henrys Stuart, Bangs Nathan, Obana Koichiro, Fujie Gou, Miura Seiichi, Barker Daniel, Bassett Dan, Bell Rebecca, Mochizuki Kimihiro, Kellett Richard, Stucker Valerie, Fry Bill, NZ3D Team
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Solid Earth Volume: 125 Issue: 12
  • DOI: 10.1029/2020jb020433
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] New Zealand 3D Full Waveform Inversion (NZ3D-FWI) 2017-2018 Field Acquisition Report (2019)
  • Author(s): Bell, R. M. Gray, J. Morgan, M. Warner, A. Fagereng, L. McNeill, K. Jacobs, S. A. Henrys, B. Fry, S. Watkins, H. Lacey, J. A. Black, V. Lane, D. Daly, D. Lindsay, N. Bangs, R. Arai, S. Kodaira, NZ3D-FWI Team
  • Journal Title: GNS Science Report Volume: 71
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Recycling of depleted continental mantle by subduction and plumes at the Hikurangi Plateau large igneous province, southwestern Pacific Ocean (2019)
  • Author(s): Mochizuki K.、Sutherland R.、Henrys S.、Bassett D.、Van Avendonk H.、Arai R.、Kodaira S.、Fujie G.、Yamamoto Y.、Bangs N.、Barker D.
  • Journal Title: Geology Volume: 47 Issue: 8 Pages: 795-798
  • DOI: 10.1130/g46250.1
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Seismic anisotropy structure of the northern Hikurangi margin, New Zealand, and its significance for subduction fault systems (2022)
  • Author(s): Ryuta Arai, Shuichi Kodaira, Stuart Henrys, Nathan Bangs, Koichiro Obana, Gou Fujie, Seiichi Miura, Daniel Barker, Dan Bassett, Rebecca Bell, Kimihiro Mochizuki, Richard Kellett, Valerie Stucker, Bill Fry
  • Organizer: EGU General Assembly
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Seismic evidence for fault-bound anisotropy and its implications on fault structure in the northern Hikurangi subduction zone (2020)
  • Author(s): Ryuta Arai, Shuichi Kodaira, Stuart Henrys, Nathan Bangs, Koichiro Obana, Gou Fujie, Seiichi Miura, Dan Barker, Dan Bassett, Rebecca Bell, Kimihiro Mochizuki, Richard Kellett, Valerie Stucker, Bill Fry, NZ3D Team
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ヒクランギ沈み込み帯北部プレート境界浅部周辺のP波異方性構造 (2019)
  • Author(s): 新井隆太、小平秀一、Henrys Stuart、Bangs Nathan、尾鼻浩一郎、藤江剛、三浦誠一、Bassett Dan、Barker Dan、Bell Rebecca、望月公廣、NZ3D Team
  • Organizer: 日本地震学会2019年度秋季大会
• [Presentation] Three-dimensional seismic structure of the shallow plate boundary in the northern Hikurangi margin from NZ3D OBS data (2019)
  • Author(s): Ryuta Arai, Shuichi Kodaira, Richard Kellett, Valerie Stucker, Dan Bassett, Stuart Henrys, Koichiro Obana, Nathan Bangs, Dan Barker, Rebecca Bell, Kimihiro Mochizuki, Gou Fujie, Seiichi Miura, Bill Fry, NZ3D team
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2019年大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Three-dimensional anisotropic P-wave velocity structure around the shallow plate boundary in the Northern Hikurangi margin, New Zealand (2019)
  • Author(s): Ryuta Arai, Shuichi Kodaira, Stuart Henrys, Nathan Bangs, Koichiro Obana, Gou Fujie, Seiichi Miura, Dan Barker, Dan Bassett, Rebecca Bell, Joanna Morgan, Mike Warner, Kimihiro Mochizuki, Richard Kellett, Valerie Stucker, Bill Fry, NZ3D team
  • Organizer: American Geophysical Union Fall Meeting 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Structural controls on shallow slow earthquakes: Implications from three-dimensional seismic structure of the Northern Hikurangi subduction zone, New Zealand (2019)
  • Author(s): Ryuta Arai, Shuichi Kodaira, Stuart Henrys, Nathan Bangs, Koichiro Obana, Gou Fujie, Seiichi Miura, Dan Barker, Dan Bassett, Rebecca Bell, Joanna Morgan, Mike Warner, Kimihiro Mochizuki, Richard Kellett, Valerie Stucker, Bill Fry, NZ3D team
  • Organizer: International Joint Workshop on Slow Earthquakes 2019
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] Fault Related Anisotropy in the Hikurangi
  • URL: https://eos.org/editor-highlights/fault-related-anisotropy-in-the-hikurangi-subduction-zone
• [Remarks] JAMSTEC 海域地震火山部門地震 研究者紹介
  • URL: https://www.jamstec.go.jp/rimg/j/members/arai/
• [Remarks] 研究紹介
  • URL: https://sites.google.com/view/ryuta-arai/research