蛇紋岩の透水率異方性に関する実験的研究

• Project Area: Geofluids: Nature and dynamics of fluids in subduction zones
• Project/Area Number: 22109508
• 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: Hiroshima University
• Principal Investigator: 片山 郁夫 広島大学, 大学院・理学研究科, 准教授 (10448235)
• Project Period (FY): 2010 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2011: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2010: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
• Keywords: 蛇紋岩 / 水 / 浸透率 / 透水率 / プレート境界

Research Abstract

沈み込むプレートから脱水反応により放出された流体は、一般的にその浮力のため直上に移動すると考えられているが、プレート境界に存在する蛇紋岩では剪断変形による面構造が著しく発達しているため透水率に異方性が生じ、流体移動が面構造(応力場)に制約される可能性がある。そこで、本申請研究では蛇紋岩の透水率異方性を検証する透水試験を行った。その結果,蛇紋岩の片理に垂直な浸透率は,片理に平行なものに比べ系統的に低い値を示し、封圧50MPaでは2桁程度の差が見られた。この結果は蛇紋岩など面構造が強く発達した岩石では,透水率に著しい異方性の効果が存在し、水の移動は浮力のみならず岩石の剪断面(応力場)に制約される可能性を示唆している。蛇紋岩化がみられるプレート境界では、沈み込みによる剪断変形のためプレート境界に平行な面構造が発達していることが期待される。その場合、脱水反応によりマントルへ放出された流体は蛇紋岩の面構造に沿いプレート境界方向に選択的に移動することが予想される。本研究課題では,沈み込み帯での流体循環に関し,流体移動が浮力に支配されるとの従来のモデルとは異なり,浸透率異方性の実験結果からプレート境界に上昇するとの新たなモデルを提案した。

Research Products

• [Journal Article] Permeability anisotropy of serpentinite and fluid pathways in a subduction zone (2011)
  • Author(s): Kawano, S., Katayama, I., Okazaki, K.
  • Journal Title: Geology Volume: 39 Issue: 10 Pages: 939-942
  • DOI: 10.1130/g32173.1
  • NAID: 10029454462
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electrical conductivity anisotropy of deformed talc rocks and serpentinites at 3GPa (2011)
  • Author(s): Guo, X., Yoshino, T., Katayama, I.
  • Journal Title: Phys.Earth Planet.Inter. Volume: 188 Issue: 1-2 Pages: 69-81
  • DOI: 10.1016/j.pepi.2011.06.012
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Low silica activity for hydrogen generation during serpentinization : an example of natural serpentinites in the Mineoka ophiolite complex, central Japan. (2010)
  • Author(s): Katayama, I., Kurosaki, I., Hirauchi, K.
  • Journal Title: Earth and Planetary Science Letters Volume: 298 Pages: 199-204
  • NAID: 120002753731
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 日本列島下での沈み込みプロセスの多様性 (2010)
  • Author(s): 片山郁夫, 平内健一、中島淳一
  • Journal Title: 地学雑誌 Volume: 119 Pages: 205-223
  • NAID: 10030368419
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spatial variations in antigorite fabrics across a serpentinite subduction channel : Insights from the Ohmachi seamount, Izu-Bonin frontal arc. (2010)
  • Author(s): Hirauchi, K., Michibayashi, K., Ueda, H., Katayama, I.
  • Journal Title: Earth and Planetary Science Letters Volume: 299 Pages: 196-206
  • NAID: 120002851924
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Strength contrast between plagioclase and olivine at water-rich Moho depths. (2010)
  • Author(s): Azuma, S., Katayama, I., Hirauchi, K., Yamashita, S.
  • Journal Title: Journal of Mineralogical and Petrological Sciences Volume: 105 Pages: 286-290
  • NAID: 10027123385
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Permeability anisotropy of serpentinite and fluid pathways in a subduction zone (2011)
  • Author(s): I.Katayama, S.Kawano, K.Okazaki
  • Organizer: American Geophysical Union, Fall Meeting
  • Place of Presentation: Sanfrancisco, USA
  • Year and Date: 2011-12-09
• [Presentation] Serpentine rheology and its significance on subduction zone processes (2011)
  • Author(s): I.Katayama, K.Hirauchi
  • Organizer: American Geophysical Union, Fall Meeting
  • Place of Presentation: Sanfrancisco, USA(招待講演)
  • Year and Date: 2011-12-09
• [Presentation] 蛇紋岩の透水率異方性と沈み込み帯での流体移動 (2011)
  • Author(s): 片山郁夫
  • Organizer: 地殼流体シンポジウム
  • Place of Presentation: 花巻(招待講演)
  • Year and Date: 2011-09-18
• [Presentation] 海洋モホ面でのレオロジー的不連続性 (2011)
  • Author(s): 片山郁夫, 東真太郎, 武藤潤
  • Organizer: 日本鉱物科学会
  • Place of Presentation: 水戸
  • Year and Date: 2011-09-10
• [Presentation] 蛇紋岩の透水率異方性と沈み込み帯での流体移動 (2011)
  • Author(s): 片山郁夫, 川野誠矢, 岡崎啓史
  • Organizer: 日本鉱物科学会
  • Place of Presentation: 水戸
  • Year and Date: 2011-09-10
• [Presentation] 沈み込み帯での透水率変化による異常流体圧の生成 (2011)
  • Author(s): 片山郁夫、寺田竜也, 岡崎啓史
  • Organizer: 2011年地球惑星科学連合大会
  • Place of Presentation: 幕張
  • Year and Date: 2011-05-22
• [Presentation] 蛇紋岩の透水率異方性と沈み込み帯での流体移動 (2011)
  • Author(s): 片山郁夫, 川野誠也, 岡崎啓史
  • Organizer: 日本地質学会西日本支部会
  • Place of Presentation: 東広島市
  • Year and Date: 2011-02-19
• [Presentation] Serpentine preferred orientation and variation in subduction zone anisotropy (2010)
  • Author(s): I.Katayama, K.Hirauchi, K.Michibayashi, J.Ando
  • Organizer: American Geophysical Union, Fall Meeting
  • Place of Presentation: Sanfrancisco, USA
  • Year and Date: 2010-12-14
• [Presentation] 蛇紋岩の透水率異方性と沈み込み帯での異常間隙圧 (2010)
  • Author(s): 片山郁夫, 川野誠也, 寺田竜也, 岡崎啓史
  • Organizer: 日本鉱物科学会
  • Place of Presentation: 松江市
  • Year and Date: 2010-09-24
• [Presentation] 流体が存在する条件での岩石の弾性波速度測定 (2010)
  • Author(s): 片山郁夫, 河野義生, 岡崎啓史, 渡辺了
  • Organizer: 日本地質学会
  • Place of Presentation: 富山市
  • Year and Date: 2010-09-20
• [Presentation] Rheological contrast between serpentines and olivine and weakening of the subducting interface (2010)
  • Author(s): I.Katayama, K.Hirauchi
  • Organizer: Western Pacific Geophysical Meeting
  • Place of Presentation: Taipei, Taiwan(招待講演)
  • Year and Date: 2010-06-25
• [Presentation] Is the strong seismic anisotropy at subduction zones caused by serpentine (2010)
  • Author(s): I.Katayama, K.Hirauchi, K.Michibayashi, J.Ando.
  • Organizer: Western Pacific Geophysical Meeting
  • Place of Presentation: Taipei, Taiwan(招待講演)
  • Year and Date: 2010-06-22
• [Presentation] 蛇紋岩が存在する場合の沈み込み帯のレオロジー (2010)
  • Author(s): 片山郁夫、平内健一
  • Organizer: 2010年地球惑星科学連合大会
  • Place of Presentation: 幕張市
  • Year and Date: 2010-05-26
• [Presentation] 大陸リソスフェア(テクトスフェア)はなぜ安定か? (2010)
  • Author(s): 片山郁夫、是永淳
  • Organizer: 2010年地球惑星科学連合大会
  • Place of Presentation: 幕張市
  • Year and Date: 2010-05-25