2019 Fiscal Year Annual Research Report
Fluid flow and heat transport processes associated with deformation of the incoming plate near trenches and their influence on subduction zones
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18H03733
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
山野 誠 東京大学, 地震研究所, 教授 (60191368)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐野 有司 東京大学, 大気海洋研究所, 教授 (50162524)
朴 進午 東京大学, 大気海洋研究所, 准教授 (70359199)
平野 直人 東北大学, 東北アジア研究センター, 准教授 (00451831)
川田 佳史 東北大学, 災害科学国際研究所, 助教 (50402558)
片山 郁夫 広島大学, 理学研究科, 教授 (10448235)
土岐 知弘 琉球大学, 理学部, 准教授 (50396925)
笠谷 貴史 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海洋機能利用部門(海底資源センター), グループリーダー (90373456)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 海洋地殻 / アウターライズ / 熱輸送 / 流体循環 / 地殻熱流量 / プチスポット / 日本海溝 / 太平洋プレート |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．2019年7月の新青丸KS-19-13航海により、日本海溝アウターライズ上のプチスポット火山分布域で、高密度の熱流量測定を行った。火山による海丘に伴う局所的な熱流量異常が観測され、山体を通る活発な流体循環が起きていることが明らかになった。また熱流量測定の結果を参照して、堆積物・間隙水・海底直上水の試料採取を行った。得られた試料を分析し、ヘリウム同位体比、塩化物イオンやホウ素の濃度など、流体循環の経路の推定に有用なデータを取得した。
２．太平洋プレートに水が入り込むことによる比抵抗構造の変化を調べるため、上記のKS-19-13航海により、岩手沖日本海溝海側の海溝軸に直交する測線に沿って、海底電位磁力計4台を設置した。宮城沖日本海溝を横切る測線における反射法地震探査データの再解析を行い、海底面からマントル最上部に達する大規模正断層や、プチスポット火山の構造の詳細なイメージングに成功した。
３．小笠原・マリアナ海溝海側のプチスポット火山について調べ、日本海溝のものと同様の過程で形成されたと推定した。日本海溝海域のプチスポット火山のマグマ同位体組成から、海溝近傍の太平洋プレート下アセノスフェアの化学組成を明らかにした。
４．オマーンオフィオライトの掘削で得られた岩石試料の弾性波速度を測定し、海洋底下の地震波速度構造と対比することにより、海洋地殻中に発達する空隙の形状や分布を推定した。
５．プレートの屈曲で海洋地殻が破砕され、透水率が増して流体循環が発達する過程について、流体と熱の流れの数値モデル計算を行った。日本海溝と千島海溝の海側における熱流量分布の違いは、透水率構造の差により説明可能であることが示された。
６．熱流量測定に使用する温度センサプローブについて、水中コネクタ・ケーブルを介して計測を行うことによる誤差を排除するため、プローブに計測回路を組み込む方式の開発を行った。
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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
日本海溝アウターライズにおける観測調査（熱流量測定、堆積物・間隙水試料の採取、海底電位磁力計の設置）を計画通り実施することができ、プチスポット火山体を通る流体循環について、新たな知見につながるデータが得られた。
前年度に千島海溝海域で行った熱流量測定の結果に基づいた数値モデル計算を通して、海洋地殻内の流体循環と熱輸送の発達過程、その地域による違いについて、他の観測データとも整合的な描像が得られつつある。また、採取した岩石や堆積物試料の分析も順調に進んでいる。
熱流量測定用温度センサプローブの改良については、新しい計測方式の開発が進み、試験用機器を製作するに至ったが、海中での動作試験が実施できていない。これについては、次年度に試験を行って実用化を目指す予定である。
次年度に実施すべき観測調査について議論した上で、千島海溝海域と日本海溝海域について海洋地殻内の破砕過程・流体循環の違いを調べる調査航海を提案し、採択された。今年度設置した海底電位磁力計の回収も、この航海で実施する。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の成果により、千島海溝と日本海溝に沈み込む太平洋プレート上層部の構造の違いが明確になった。一方、関連する研究によって、日本海溝海域の中での表層構造の変化、その変化とプチスポット火成活動との関係、等が明らかになってきた。このような地域性・不均質性は、沈み込みプレート境界面付近における諸過程（巨大地震を含む）にも深く関わると考えられる。本研究においても、これらの成果を踏まえ、海溝海側での流体と熱の移動の地域性・不均質性に重点を置いて、観測調査・実験・モデル計算等を行っていく。
本研究の特色の一つは、地球物理の他、地質、岩石、地球化学等、多様な手法により総合的な調査研究を行うことである。この点で、白鳳丸による日本海溝海域の総合調査航海は重要なものであるが、当初予定の2021年から2022年に延期となった。これは本研究終了の直後にあたるため、この調査航海を有効に利用することを目指して研究を進める。
また、日本海溝アウターライズを対象とした掘削調査について、提案１件が採択され、他の1件が本申請を終えた状態である。数年後の掘削実施を見込み、掘削に必要なデータ・情報、掘削で得られるであろうデータ・情報を考慮して研究を進める。
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