2020 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 高知大学, 海洋コア総合研究センター, 特任教授 (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 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), 臨時研究補助員 (50402558)
片山 郁夫 広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 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 / 断層 / 地殻熱流量 / 間隙水 / 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 |
１．2020年8～9月の白鳳丸KH-20-8航海により、日本海溝及び千島海溝海側の太平洋プレート上で熱流量測定を行った。千島海溝では、2018年に行った測定と合わせて、アウターライズ上の熱流量分布の特徴が明らかになった。日本海溝では、海溝海側斜面に発達する正断層の近傍において、熱流量の空間変動を詳細に調べた。また、正断層の近傍では堆積物試料の採取も行い、間隙水の各種化学分析や同位体組成の測定を実施した。得られたヘリウム・ネオンの同位体組成は、深部からのマントル・マグマ起源物質の供給を示唆するものであった。
２．太平洋プレート内の水分布を反映する比抵抗構造を調べるために、岩手沖日本海溝海側に設置した海底電位磁力計4台を、上記のKH-20-8航海により回収し、約1年間の観測データを得た。宮城沖日本海溝海側における反射法地震探査データを解析し、海溝軸の海側45 km付近で海洋地殻を断ち切る大規模な正断層のイメージングに成功した。
３．2020年10月のよこすかYK20-14S航海により、日本海溝海側において、潜水調査船を用いたプチスポット溶岩流の形態観察、周囲の堆積物への影響の調査を行った。得られた溶岩、火山周囲の堆積物などを分析し、火山活動による海洋プレートの化学変化を調べた。
４．海洋地殻を構成する岩石について、弾性波速度および電気伝導度を、塩水に飽和した状態で測定した。得られたデータを海洋地殻での地震波速度構造や電気伝導度構造と比較し、地殻内でのクラックの形状や分布を推定した。
５．海洋地殻内での間隙水流動の数値モデル計算を進めるため、流れを高速に解くための陽解法アルゴリズムのさらなる高速化を行った。
６．熱流量測定に使用する温度センサプローブについて、プローブ内に計測回路を組み込む新方式の機器を作成し、琵琶湖湖底における測定に使用して良質のデータを得ることができた。
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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
新型コロナウイルス感染症の影響により、観測調査航海の実施時期が当初の予定より遅れたが、日本海溝及び千島海溝海側海域における調査（熱流量測定、岩石・堆積物・間隙水試料の採取、海底電位磁力計の回収、海底観察）を計画通り実施することができた。千島海溝アウターライズ、日本海溝海側斜面の正断層近傍で得られたデータは、前年度までの調査結果を補強するものであり、それに基づいて沈み込む直前の太平洋プレート上層部での間隙水流動について新たなモデルの構築を進めている。
実験室内での岩石物性測定についても、弾性波速度に加えて電気伝導度の測定を開始したことで、海底電磁気探査の結果との比較が可能になりつつある。これは、本研究の特色である多様な分野と手法（地球物理、地質、岩石、地球化学等）の総合・協同のよい例である。
熱流量測定用温度センサプローブの改良は、琵琶湖湖底における湧水活動を調べるプロジェクトと連携することにより、堆積物中での温度測定試験を進めることができた。次の段階として、熱伝導率測定の機能を組み込んだプローブの製作に取りかかっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の成果により、沈み込む直前の太平洋プレート上層部における間隙水流動と熱輸送過程が、海溝によって異なること、同じ海溝でも場所による違いが大きいことが明らかになってきた。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、等が示されている。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。本研究をまとめ、さらに発展させていくにあたっては、この地域性・不均質性の問題を重点課題としたいと考えている。
日本海溝・千島海溝以外の、より多様な特性の沈み込み帯との比較も重要であり、その対象としては、伊豆小笠原海溝、南海トラフ、琉球海溝、等がある。より遠方の海溝については、国外との共同研究・共同調査が必要であり、本研究の成果を発信しつつ、国際共同研究に向けての議論を進めていきたい。
また、本研究では海底面上での探査により間隙水流動と熱輸送の空間的な変化を調べているが、これと相補的な手法として掘削調査がある。日本海溝アウターライズを対象として複数の掘削提案が行われており、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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[Journal Article] Permeability profiles across the crust-mantle sections in the Oman Drilling Project inferred from dry and wet resistivity data2020
Author(s)
Katayama, I., N. Abe, K. Hatakeyama, Y. Akamatsu K. Okazaki, O. Ulven, G. Hong, W. Zhu, B. Cordonnier, K. Michibayashi, M. Godard, P. Kelemen and The Oman Drilling Project Phase 2 Science Party
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Journal Title
Journal of Geophysical Research: Solid Earth
Volume: 125
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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