Understanding of the style of plate spreading and the governing factors of oceanic crustal architecture

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K04103
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 海野 進 金沢大学, 地球社会基盤学系, 教授 (30192511)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: プレート拡大 / 海洋地殻構造 / 海嶺軸セグメント / オマーンオフィオライト / シート状岩脈群 / 中央海嶺 / 高速拡大地殻

Outline of Annual Research Achievements

昨年度は，これまで構造調査と全岩主要元素組成の分析を終えているオマーン山脈北部ソハール地域に分布するWadi Fizh～Wadi Sadamの間の古拡大軸セグメント全体について，全岩微量元素の分析を行った。その結果，シート状岩脈群はコンドライトで規格化したパターンの特徴から３つに分類できる；タイプ1）わずかに中希土が上がる鯨背型；タイプ2）重～中希土にかけて平滑で軽希土がやや枯渇するもの；タイプ3）軽希土へ向けて大きく枯渇するもの。タイプ１は最も少なく，タイプ２が最も多い。拡大軸期(V1)の噴出岩では，タイプ２は最も普遍的で全ての層準に出現し，タイプ１，３はMV1にのみ出現する。その他，岩脈にはなく，最上位のUV1にのみ見られるタイプ４（タイプ２よりも高い軽希土／中希土比を示す）がある。これらの希土類元素パターンの違いは，La/Gd―La/Lu比の図上で識別される。中央海嶺玄武岩の代表的なソースマントルの部分溶融モデル計算の結果，La/Gd―La/Lu比の大きな変化幅は，部分溶融程度や枯渇度の単純な違いでは説明できないことがわかった。
一方，オフィオライト南部の国際陸上科学掘削で得られた下部地殻深成岩についての組織解析と鉱物化学組成の分析を行い，北部調査地域の深成岩と比較検討した。セグメント中心では層状構造が未発達なフォリエーティッドガブロが卓越し，地殻最下部にのみ顕著な層状構造が発達したガブロが出現するが，セグメント端では層状ガブロが厚く発達することがわかった[論文1,2]。セグメント中心ではマグマ供給率が高いために地温勾配が高く，部分溶融した結晶マッシュ層が厚く発達し，フォリエーティッドガブロとなったと考えられる。マグマ供給率が低いセグメント端では結晶マッシュ層の冷却・固化が進み，その結果生じた浸透率障壁下にメルトシルが形成され，層状ガブロとして固化したと考えられる。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

コロナ禍による渡航制限のため2021年度の現地調査は実施できなかった。しかし当初計画にあるとおり，本研究以前に実施した地質データと岩石試料があるオマーン山脈北部ソハール地域に分布するオフィオライトのWadi Fizh～Wadi Sadamの間の古拡大軸セグメントの岩石試料の微量元素組成の分析，下部地殻ガブロの組織・構造解析を行うことで，海洋地殻セグメント内の地殻構造変化についての新たな知見を得ることができ，当初の目的は概ね達成できた。

Strategy for Future Research Activity

2022年中にWadi Sadam～Wadi Hawasinaに分布する古拡大軸セグメントの現地調査を実施する。既存の公表されている地質図と衛星画像に基づいて噴出岩／シート状岩脈群／層状ガブロ／モホ面の地質境界をトレースし，地殻構造を推定する。さらに現地調査によって各地層の分布推定の精度を検証し，適宜修正を行う。これらを総合して地質構造を明らかにする。また，シート状岩脈群を中心に岩石試料を採取し，全岩化学組成を分析する。これらのデータに基づいて，古拡大軸セグメント内の地質構造とマグマ組成の変化を明らかにする。
コロナ禍の影響等により現地調査ができない場合でも，既存の公表されている地質図と衛星画像による地殻構造の推定は可能である。また，昨年度に引き続き宮下純夫新潟大学名誉教授より提供していただいたWadi Sadam以北の下部地殻の岩相分布・構造データ，岩石・鉱物分析データ，顕微鏡用薄片について解析する。以上の知見を総合して，海洋地殻全体のセグメント構造について明らかにする。

Causes of Carryover

コロナ禍による渡航制限のため2021年度の現地調査は実施できなかった。使用しなかった旅費の一部は分析機器の補修等に充てたが，70万円の繰り越しが生じた。これは2022年度の晩秋までに実施する調査旅費に充当する予定であるが，もし新型コロナの流向状況，その他の事由により現地調査が困難と判断される場合には試料の分析旅費，薄片制作費，分析機器の消耗品，使用料，計算機ソフトの購入費，分析補助の謝金等に充てる。

Research Products

• [Journal Article] ハワイ沖海洋地殻掘削調査：マントル掘削パイロットホールプロジェクト (2022)
  • Author(s): 海野 進・デーモンティーグル・スティーブンドント・グレッグムーア・ブノアイルドフォンス
  • Journal Title: 月刊地球号外 Volume: 72 Pages: 22-29
  • Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 海洋地殻の構造と進化：高速拡大海嶺系 (2022)
  • Author(s): 海野 進・草野有紀・宮下純夫・足立佳子
  • Journal Title: 月刊地球号外 Volume: 72 Pages: 40-47
  • Open Access
• [Journal Article] ハワイ沖上部地殻掘削から海洋プレートの形成過程に迫る (2021)
  • Author(s): 海野 進・草野有紀
  • Journal Title: 地学雑誌 Volume: 130 Pages: 599-614
  • DOI: 10.5026/jgeography.130.599
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Workshop Report: Exploring Deep Oceanic Crust off Hawai'i (2021)
  • Author(s): Umino, S., Moore, G.F., Boston,B., Coggon,R., Crispini, L., D’Hondt,S., Garcia, M.O., Hanyu, T., Klein, F., Seama, N., Teagle, D.A.H., Tominagana, M., Yamashita, M., Harrism, M., Ildefonse, B., Katayama, I., Kusano, Y., Suzuki, Y., rembath-Reichert, E., Yamada, Y., Abe, N., Xiao, N., and Inagaki, F.
  • Journal Title: Scientific Drilling Volume: 29 Pages: 69-82
  • DOI: 10.5194/sd-29-69-2021
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] The structure of magma chamber below a fast-spreading ridge based on field and core analyses of the Oman ICDP drilling (2021)
  • Author(s): Umino, S., Kusano, Y., Ishizuka, O., Fudai, T., Tamura, A., and Morishita, T.
  • Organizer: 2021 Japan Earth Planet. Sci. Joint Meeting, Yokohama (Online)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Mohole to Mantle M2M Drilling Project and 951-Full Proposal: Drilling Mature Oceanic Crust on North Arch Off-Hawaii (2021)
  • Author(s): Umino, S., Inagaki, F., Teagle, D.H.A., Yamashita, M., Moore, G.F., Ildefonse, B., D'Hondt, S., Crispini, L., Hanyu, T., Garcia, M.O., and Morishita, T.
  • Organizer: 2021 Japan Earth Planet. Sci. Joint Meeting, Yokohama (Online)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Understanding the spreading and formation of oceanic plates by drilling in the upper crust off Hawaii (2021)
  • Author(s): Umino, S.
  • Organizer: Virtual GEOSEA XVI and GeoCon 2021, Geological society of the Philippines
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Drilling Mature Oceanic Crust on North Arch off Hawaii (951-Full: Chikyu) (2021)
  • Author(s): 海野 進
  • Organizer: J-DESC主催ワークショップ「Post-IODP時代へ向けた科学海洋掘削の展望」
  • Invited