海底電磁気観測網を生かしたマントル遷移層内水分布イメージングの革新

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K05262
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 馬場 聖至 東京大学, 地震研究所, 助教 (70371721)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小山 崇夫 東京大学, 地震研究所, 助教 (00359192)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: マントル遷移層 / 電気伝導度 / 西太平洋 / 海底電磁気観測 / 水

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、西太平洋域における海底電磁気観測データの蓄積を活かした電気伝導度構造イメージングに基づき、この海域下のマントル遷移層内水分布を高分解能かつ定量的に推定することを目指して、それに必要なデータ解析技術を革新的に発展させることを目的としている。
平成28年度は、6月および3月に研究協力者を交えた情報交換・勉強会を開催した。また8月にタイで開催された23rd EM Induction Workshopに関係者3名が参加して、関連する研究の最新動向に関して情報収集ができた。
北西太平洋の海底電磁気観測データを用いて、データに関する基礎情報を含む論文の公表準備を進めた。また従来からの解析手法によりマントル遷移層内1次元構造を明らかにした。地震観測データとも併せて解釈した結果、遷移層内の水の量は、せいぜい0.4wt%であると推定した。
電気伝導度構造を推定するためのインバージョン手法を改良し、入力する外部磁場変動について、複雑な空間分布に対応できるようにした。更に研究協力者より、磁気圏・電離圏物理学分野で研究されているGAIAモデルを用いて地磁気静穏時日変化（Sq)を再現した結果が提供され、Sq場を入力信号としたインバージョン解析の実施に目途が立った。とくにこの成果は、本研究の推進において、固体地球研究と磁気圏・電離圏物理研究を連携させることによってはじめて得られたもので、今後もこの方向性をさらに推し進めて、より具体的な成果に繋げていけるものと期待する。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

平成28年度は、外部磁場変動成分分離手法の開発が当初予定からやや遅れている。これは北西太平洋の海底電磁気データについて論文にまとめて公表することを優先したためである。データを公表することは本件研究にも資するので、大局的には良い方向に進んでいると考えている。一方で複雑な空間分布をもつ外部磁場変動成分のを組み込んだインバージョン手法については開発が進んで、またGAIAモデルにより再現されたSq場の組込みに目途がついたので、順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

今後は、以下のように研究を進めていく予定である。
平成29年度は、北西太平洋の海底電磁気データの公表を完了し、外部電磁場変動の分離手法の開発をより本格的に進める。複雑な空間分布をもつ磁場変動を組み込んだ電気伝導度構造インバージョン手法については、Sq場を入力したケースについて、実データへの応用を進める。予察的な結果について、8月末にケープタウンで開催される、IAPSO-IAMAS-IAGA Joint Assemblyにて発表する。また関連研究の進展状況についても情報収集を行う。
研究協力者を交えた勉強会・情報交換会を例年通り、夏・冬に行う。
平成30年度は、電気伝導度モデルからマントル遷移層内の水分布を定量化し、沈み込んだ太平洋プレートによって地球表層からどれだけの水がマントル遷移層にもたらされたかを推定する。4年間の研究成果をスウェーデンで開催される（当初トルコで開催が予定されていたが変更された）24th EM Induction Workshopに参加して発表する。また、オープンアクセスの国際学術雑誌に論文を投稿する。

Causes of Carryover

H28年度は、計画に沿って本研究グループ3名がタイ・チェンマイで開催された23rd EM Induction Workshopに参加したが、その旅費が当初見込みよりも安く済んだため、差額が生じた。

Expenditure Plan for Carryover Budget

平成29年度に交付される予定の予算と合わせ、参加予定のIAPSO-IAMAS-IAGA General Assembly（8月、ケープタウン）の参加登録、旅費、宿泊費と地球電磁気・地球惑星圏学会（10月、京都）の参加費、旅費に使用する予定である。

Research Products

• [Journal Article] Seismicity controlled by resistivity structure: the 2016 Kumamoto earthquakes, Kyushu Island, Japan (2017)
  • Author(s): Aizawa, K., H. Asaue, K. Koike, S. Takakura, M. Utsugi, H. Inoue, R. Yoshimura, K. Yamazaki, S. Komatsu, M. Uyeshima, T. Koyama, and others
  • Journal Title: Earth, Planets and Space Volume: 69 Pages: -
  • DOI: 10.1186/s40623-016-0590-2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Mantle transition zone beneath a normal seafloor in the northwestern Pacific: Electrical conductivity, seismic thickness, and water content (2017)
  • Author(s): Matsuno, T., D. Suetsugu, K. Baba, N. Tada, H. Shimizu, H. Shiobara, T. Isse, H. Sugioka, A. Ito, M. Obayashi, and H. Utada
  • Journal Title: Earth Planetary Science Letters Volume: 462 Pages: 189-198
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2016.12.045
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Marine magnetotellurics imaged no distinct plume beneath the Tristan da Cunha hotspot in the southern Atlantic Ocean (2017)
  • Author(s): Baba, K., J. Chen, M. Sommer, H. Utada, W. H. Geissler, W. Jokat, and M. Jegen
  • Journal Title: Tectonophysics Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1016/j.tecto.2016.09.033
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Electromagnetic evidence for volatile-rich upwelling beneath the Society hotspot, French Polynesia (2016)
  • Author(s): Tada, N., P. Tarits, K. Baba, H. Utada, T. Kasaya, and D. Suetsugu
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 43 Pages: 12,021-12,026
  • DOI: 10.1002/2016GL071331
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Three-dimensional resistivity structure of Asama Volcano revealed by data-space magnetotelluric inversion using unstructured tetrahedral elements (2016)
  • Author(s): Usui, Y., Y. Ogawa, K. Aizawa, W. Kanda, T. Hashimoto, T. Koyama, Y. Yamaya, and T. Kagiyama
  • Journal Title: Geophysical Journal International Volume: 208 Pages: 1359-1372
  • DOI: 10.1093/gji/ggw459
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 高次モードの外部磁場ソースに対する3次元不均質球体電磁誘導モデリング (2016)
  • Author(s): 小山崇夫, 清水久芳
  • Organizer: 第140回地球電磁気・地球惑星圏学会講演会
  • Place of Presentation: 九州大学（福岡県・福岡市）
  • Year and Date: 2016-11-19 – 2016-11-23
• [Presentation] Marine magnetotellurics imaged no plume beneath the Tristan da Cunha hotspot in the southern Atlantic Ocean (2016)
  • Author(s): Baba, K., J. Chen, M. Sommer, H. Utada, W. Geissler, W. Jokat, and M. Jegen
  • Organizer: 23rd Electromagnetic Induction Workshop
  • Place of Presentation: Chiang Mai, Thailand
  • Year and Date: 2016-08-14 – 2016-08-20
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Mantle transition zone beneath a normal seafloor in the northwestern Pacific: electrical conductivity, seismic thickness, and water content (2016)
  • Author(s): Matsuno, T., D. Suetsugu, H. Utada, K. Baba, N. Tada, H. Shimizu, H. Shiobara, T. Isse, H. Sugioka, A. Ito, and M. Obayashi
  • Organizer: 23rd Electromagnetic Induction Workshop
  • Place of Presentation: Chiang Mai, Thailand
  • Year and Date: 2016-08-14 – 2016-08-20
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Estimating volatile content in oceanic upper mantle from magnetotelluric observations (2016)
  • Author(s): Baba, K
  • Organizer: Goldschmidt Conference 2016
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2016-06-26 – 2016-07-01
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Mantle transition zone beneath a normal seafloor in the northwestern Pacific: Electrical conductivity, seismic discontinuity, and water content (2016)
  • Author(s): Matsuno, T., D. Suetsugu, H. Utada, K. Baba, N. Tada, H. Shimizu, H. Shiobara, T. Isse, H. Sugioka, and A. Ito
  • Organizer: JpGU meeting 2016
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県・千葉市）
  • Year and Date: 2016-05-22 – 2016-05-26
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Five years of the Normal Oceanic Mantle (NOMan) Project (2016)
  • Author(s): Utada, H., H. Kawakatsu, H. Shiobara, K. Baba, T. Isse, A. Takeo, and D. Suetsugu
  • Organizer: JpGU meeting 2016
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県・千葉市）
  • Year and Date: 2016-05-22 – 2016-05-26
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Possibility of anisotropic structure in electrical conductivity for the upper mantle beneath northwestern Pacific Ocean (2016)
  • Author(s): Baba, K., and H. Utada
  • Organizer: JpGU meeting 2016
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県・千葉市）
  • Year and Date: 2016-05-22 – 2016-05-26
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 南大西洋トリスタン・ダ・クーニャホットスポットの下にはプルームがない：電気伝導度構造からの示唆 (2016)
  • Author(s): 馬場聖至, J. Chen, 歌田久司, M. Jegen
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2016年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県・千葉市）
  • Year and Date: 2016-05-22 – 2016-05-26
• [Presentation] Fast and memory saved 3-D forward modeling code by using the contracting integral equation (CIE) method (2016)
  • Author(s): T. Koyama
  • Organizer: Magnetotelluric 3D Inversion Workshop III
  • Place of Presentation: Bari, Italy
  • Year and Date: 2016-05-16 – 2016-05-18
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Thermal and compositional constrains on the upper mantle beneath the northwestern Pacifc: imposed by marine magnetotelluircs (2016)
  • Author(s): Baba, K., N. Tada, T. Matsuno, H. Shimizu, L. Zhang, P. Liang, and H. Utada
  • Organizer: EGU General Assembly 2016
  • Place of Presentation: Vienna, Austria
  • Year and Date: 2016-04-17 – 2016-04-22
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Mantle transition zone beneath a normal seafloor in the northwestern Pacific: Electrical conductivity, seismic discontinuity, and water content (2016)
  • Author(s): Matsuno, T., D. Suetsugu, H. Utada, K. Baba, N. Tada, H. Shimizu, H. Shiobara, H. Sugioka, and A. Ito
  • Organizer: EGU General Assembly 2016
  • Place of Presentation: Vienna, Austria
  • Year and Date: 2016-04-17 – 2016-04-22
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Five years of the Normal Oceanic Mantle (NOMan) Project (2016)
  • Author(s): Utada, H, *H. Kawakatsu, H. Shiobara, K. Baba, T. Isse, D. Suetsugu, and NOMan Project team
  • Organizer: EGU General Assembly 2016
  • Place of Presentation: Vienna, Austria
  • Year and Date: 2016-04-17 – 2016-04-22
  • Int'l Joint Research