2012 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Geofluids: Nature and dynamics of fluids in subduction zones |
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21109005
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
中村 美千彦 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (70260528)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渡邊 了 富山大学, 大学院理工学研究部(理学), 教授 (30262497)
武井 康子 東京大学, 地震研究所, 准教授 (30323653)
平賀 岳彦 東京大学, 地震研究所, 准教授 (10444077)
清水 以知子 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (40211966)
河村 雄行 岡山大学, 環境生命科学研究科, 教授 (00126038)
竹内 康明 (市川 康明) 岡山大学, 環境生命科学研究科, 教授 (30126833)
神崎 正美 岡山大学, 地球物質科学研究センター, 教授 (90234153)
上原 真一 東邦大学, 理学部, 准教授 (20378813)
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| Project Period (FY) |
2009-07-23 – 2014-03-31
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| Keywords | 地殻流体 / 岩石物性 / 岩石粒界 / 分子動力学 / 弾性波速度 |
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| Research Abstract |
本研究の目的を達成するために、まず地殻・最上部マントルにおける地殻流体の存在形態について、天然岩石試料から直接的な証拠を得るために、一ノ目潟産捕獲岩の結晶分解実験および、遊離した結晶表面の電子顕微鏡観察を行った（東北大）。また固液共存系の物
性研究においては、強制振動型変形装置（東大地震研）をより高周波帯域に対応させるなど一部装置の継続的改良を行いつつ、アナログ系の電気伝導度と弾性波速度・減衰特性測定実験を行った（富山大）。岩石摩擦実験は、脆性-延性転移領域において間隙水圧を制御した摩擦実験を高温高圧下で行なう。まず強度の小さい滑石を模擬物質とし油圧変形試験機（封圧～120 MPa, 東邦大・東大理）やガス圧式変形試験機（封圧～ 200MPa, 産総研/広島大）を用いて行った。MD 計算では、水の構造のゆらぎを適切に表現することができる相互作用モデルを開発した（岡山大環境）。次にC, N, S, 塩を含んだ系に拡張する。また、これまで結晶で行なってきた第一原理計算を地殻流体に広げて、NMRやラマンスペクトルの解釈に利用する（岡山大地球物質科学センター）。得られた結果を基にして、標準岩石モデル(PROM)を構築する。PROMは、理論レビュー・データベース・標準島弧地殻断面・観測物性との比較、の各セクションから構成する。ピストンシリンダーによる高圧実験では、カンラン岩の蛇紋岩化実験を楔形マントル条件にて行い、系の化学組成・実験条件と反応生成物の関係を熱力学的に解析する。得られた反応速度と蛇紋岩多形の安定領域は、それぞれA03-1の楔形マントルにおける流体移動シミュレーション・A01-1の弾性波速度データと比較し、スラブから放出される流体の移動経路に制約を与える。
これらついて得られた結果を取りまとめ学会発表を行い、論文として投稿した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では、前述した目的を達成するために、まず一ノ目潟産捕獲岩の結晶分解実験および、遊離した結晶表面の電子顕微鏡観察を行い、地殻・最上部マントルにおける地殻流体の存在形態について、天然岩石試料から直接的な証拠を得ることができた。また固液共存系の物性研究においては、強制振動型変形装置をより高周波帯域に対応させるなど一部装置の継続的改良を行いつつ、アナログ系の電気伝導度と弾性波速度・減衰特性測定実験を開始した。岩石摩擦実験は、脆性-延性転移領域において間隙水圧を制御した摩擦実験を高温高圧下で行なうための技術開発を行った。MD 計算では、高濃度・高温・高圧条件下のNaCl 水溶液の物性データベースをナノ（分子）レベルから構築することに成功するとともに、鉱物―流体界面のナノレベルでの構造を一部の粘土鉱物について明らかにした。DAC を用いた高圧実験では、地殻流体の局所構造をケイ酸塩メルトー水系で測定することができた。また、これまで結晶で行なってきた第一原理計算を地殻流体に広げて、NMR やラマンスペクトルの解釈に利用することができた。得られた結果を基にして、標準岩石モデル(PROM)データベースの構築を進めることができた。ピストンシリンダーによる高圧実験では、カンラン岩の蛇紋岩化実験を楔形マントル条件にて行い、系の化学組成・実験条件と反応生成物の関係について良好な実験結果を得た。またこれについて熱力学的な解析を開始した。これらついて得られた結果を取りまとめ学会発表を行い、論文として投稿することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の繰越分について、H25年4月に高温高圧予備試験、続いて10月にかけて高温高圧摩擦実験、11月に実験試料の解析を行う。また新たに、１）一ノ目潟・キルボーンホール（米）・アイフェル（独）など、世界各地の上部マントル・下部地殻由来の捕獲岩の系統的な高分解能Ｘ線ＣＴ観察を行い、地殻流体の形態をいくつかのタイプに分類し、それを組織形成論的な観点から説明する（東北大）。また固液共存系の物性研究については、２）岩塩系の電気伝導度と弾性波速度・減衰特性測定実験による、薄膜水の実態解明を行う（富山大）３）強制振動型変形装置（東大地震研）による実験に基づいた非弾性効果の統一モデルを作成する。４）MD 計算では、昨年度までに開発した、水の構造のゆらぎを適切に表現することができる相互作用モデルを元に、高濃度・高温・高圧条件下でのNaCl 水溶液の状態方程式と電気伝導度を決定するとともに、角閃石などの鉱物―流体界面のナノレベルでの構造を明らかにする（岡山大環境）。５）地震発生に対する地殻流体の影響をまとめるため、昨年度に引き続き、脆性-延性転移領域において間隙水圧を制御した摩擦実験・変形破壊実験を行う。具体的には、強度の小さい滑石などを模擬物質とした油圧変形試験機（東邦大・東大理）やガス圧式変形試験機（封圧～ 200 MPa, 産総研/広島大）による実験を行う。６）NMRを用いた高圧実験により、ケイ酸塩メルトの高圧下での局所構造を明らかにし、マクロな性質に与える影響を調べる（岡山大地球物質科学センター）。
以上から得られた結果を統合して、標準岩石モデル(PROM)を構築する。PROMは、理論レビュー・物性データベース・二相混合モデル、および、島弧地殻標準断面・観測物性との比較、の各セクションから構成し、Web形式で閲覧可能とする。これを用いて、Geofluid Mapを作成する。
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[Journal Article] Imaging of internal stress around a mineral inclusion in a sapphire crystal: Application of micro-Raman and photoluminescence spectroscopy2013
Author(s)
Noguchi, N., Abduriyim, A., Shimizu, I., Kamegata, N., Odake, S. and Kagi, H.
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Journal Title
Journal of Raman Spectroscopy
Volume: 44
Pages: 147-154
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Amorphization of quartz by friction: Implication to silica-gellubrication of fault surfaces2012
Author(s)
Nakamura, Y., Muto, J., Nagahama, H., Shimizu, I., Miura, T., Arakawa, I..
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Journal Title
Geophysical Research Letter
Volume: 39
Pages: L21303
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Major element distribution in Archean bandediron formation (BIF): Influence of metamorphic2012
Author(s)
Katsuta, N., Shimizu, I., Helmstaedt, H., Takano, M., Kawasaki, S., and Kumazawa, M.
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Journal Title
Journal of Metamorphic Geology
Volume: 30
Pages: 457-472
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Atmospheric pressure creep experiments using highly dense fine-grained mineral aggregates
Author(s)
Hiraga, T., Miyazaki, T., Tasaka, M., Sueyoshi, K., Nakakoji, T., Koizumi, S. Yoshida, H.
Organizer
American Geophysical Union
Place of Presentation
San Francisco, USA
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