岩石透水実験から推察する沈み込み帯での流体循環

• Project Area: Geofluids: Nature and dynamics of fluids in subduction zones
• Project/Area Number: 24109703
• 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, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (10448235)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000); Fiscal Year 2013: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2012: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
• Keywords: 弾性波速度 / 蛇紋岩 / 地震波低速度層 / 流体循環

Research Abstract

蛇紋岩はかんらん岩に比べ著しく遅い弾性波速度や高いポアソン比を持つため，沈み込み帯でみられる地震波低速度層や高ポアソン比領域の原因として注目されている。しかしながら，関東下や西南日本のプレート境界で報告されるポアソン比～0.31は，蛇紋岩（アンチゴライト0.28）の存在だけでは説明がつかず，その領域には蛇紋岩に加え流体が共存している可能性が高い。そこで，本研究では間隙流体圧下における弾性波速度の測定システムの開発を行い，蛇紋岩の弾性波速度に対する間隙水圧の効果を定量的に検証することを試みた。
実験結果より，間隙水圧を上昇させると蛇紋岩の弾性波速度は遅くなり，ポアソン比は高くなることが分かったが，その変化幅は非常に小さい。間隙水圧を10MPaから100MPaに変化させた場合，ポアソン比は0.278から0.281に上昇し，その変化幅は0.003である。沈み込み帯でみられる高ポアソン比領域は0.31であることから，蛇紋岩に比べ約0.03のポアソン比の上昇が必要であるが，今回測定したような空隙率の低い蛇紋岩ではいくら間隙水圧を増加させてもそのような高ポアソン比を発生することは難しい。このことは，沈み込み帯でみられる高ポアソン比領域では，岩石が破壊することにより空隙率が上昇し，そのような空隙を流体が充填しポアソン比が異常に高くなっていると予想される。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Deformation fabrics of natural blueschists and implications for seismic anisotropy in subducting oceanic crust (2013)
  • Author(s): Kim, D., Katayama, I., Michibayashi, K. and Tsujimori, T.
  • Journal Title: Physics of the Earth and Planetary Interiors Volume: 222 Pages: 8-21
  • DOI: 10.1016/j.pepi.2013.06.011
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Shear-induced permeability anisotropy of simulated serpentine gouges produced by triaxial deformation experiments (2013)
  • Author(s): Okazaki, K.
  • Journal Title: Geophysical Research Letter Volume: 40 Issue: 7 Pages: 1-5
  • DOI: 10.1002/grl.50302
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dehydration kinetics of antigorite using in situ high-temperature infrared microspectroscopy (2013)
  • Author(s): Michiyo Sawai ・ Ikuo Katayama・Arisa Hamada ・ Makoto Maeda・Satoru Nakashima
  • Journal Title: Physics and Chemistry of Minerals Volume: 40 Issue: 4 Pages: 319-330
  • DOI: 10.1007/s00269-013-0573-9
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rheological contrast between glaucophane and lawsonite in naturally deformed blueschist from Diablo Range (2013)
  • Author(s): Kim D., Katayama I., Michibayashi K., Tsujimori T
  • Journal Title: California. The Island Arc Volume: v. 22, no. 1 Issue: 1 Pages: 63-73
  • DOI: 10.1111/iar.12003
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electrical conductivity of magnetite-bearing serpentinite during shear deformation (2013)
  • Author(s): S. Kawano, T. Yoshino, I. Katayama
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 39 Issue: 20
  • DOI: 10.1029/2012gl053652
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of pore fluid pressure on the frictional strength of antigorite serpentinite (2012)
  • Author(s): Okazaki, K., I., Katayama, M., Takahashi,
  • Journal Title: Tectonophysics, Volume: 583 Pages: 49-53
  • DOI: 10.1016/j.tecto.2012.10.017
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Episodic tremor and slow slip potentially linked to permeability contrasts at the Moho (2012)
  • Author(s): Katayama, I. Terada, T., Okazaki, K. and Tanikawa, W.
  • Journal Title: Nature Geoscience Volume: 5 Issue: 10 Pages: 731-734
  • DOI: 10.1038/ngeo1559
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 海洋モホ面でのレオロジー的不連続性 (2012)
  • Author(s): 片山郁夫，東真太郎，武藤潤
  • Journal Title: 月刊地球 Volume: 34 Pages: 217-220
  • NAID: 10029454530
• [Presentation] Water accumulation and pore pressure build-up in mantle wedge due to permeability barrier (2012)
  • Author(s): I. Katayama, K. Okazaki, W. Tanikawa
  • Organizer: American Geophysical Union, Fall Meeting
  • Place of Presentation: Sanfrancisco, USA
  • Year and Date: 2012-12-09
• [Presentation] 花崗岩の圧縮破砕による空隙率・浸透率変化 (2012)
  • Author(s): 片山郁夫，山口歌織
  • Organizer: 日本地熱学会
  • Place of Presentation: 秋田県湯沢
  • Year and Date: 2012-10-25
• [Presentation] Serpentine rheology and its significance on subduction zone processes (2012)
  • Author(s): I. Katayama, K. Hirauchi
  • Organizer: Serpentine Days
  • Place of Presentation: Porquerolles Island, France
  • Year and Date: 2012-09-05
  • Invited
• [Presentation] 稲田花崗岩の破砕実験による空隙率・浸透率変化 ―高温岩体発電の予備実験としてー (2012)
  • Author(s): 片山郁夫，山口歌織
  • Organizer: 2012年地球惑星科学連合大会
  • Place of Presentation: 千葉県幕張
  • Year and Date: 2012-05-24
• [Presentation] 蛇紋岩の浸透率異方性と沈み込み帯での流体経路 (2012)
  • Author(s): 片山郁夫，川野誠矢，岡崎啓史
  • Organizer: 2012年地球惑星科学連合大会
  • Place of Presentation: 千葉県幕張
  • Year and Date: 2012-05-22
  • Invited
• [Presentation] 三軸破壊による花崗岩の空隙率・浸透率リアルタイム測定
  • Author(s): 濱崎翔平，片山郁夫，岡崎啓史
  • Organizer: 地球惑星科学連合大会
  • Place of Presentation: 幕張
• [Presentation] 高間隙水圧下における蛇紋岩の弾性波速度
  • Author(s): 原田裕也，片山郁夫，河野義生
  • Organizer: 地球惑星科学連合大会
  • Place of Presentation: 幕張
• [Remarks]
  • URL: http://www.geol.sci.hiroshima-u.ac.jp/~envi/link/katayamaG.html