熱年代学による島弧の山地形成論の新展開と内陸地震発生メカニズムの解明

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K03730
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: 末岡 茂 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 核燃料・バックエンド研究開発部門 東濃地科学センター, 研究副主幹 (80634005)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 堤 浩之 同志社大学, 理工学部, 教授 (60284428) ; 田上 高広 京都大学, 理学研究科, 教授 (80202159)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 熱年代学 / 島弧 / 山地形成 / 内陸地震 / 火山弧 / 隆起・削剥

Outline of Annual Research Achievements

東北日本弧の火山弧（奥羽山地の南部）で観測されたドーム状の隆起について、長大活断層によるブロック状隆起の山地とは対照的に、火山弧沿いの薄く弱い地殻では無数の小断層に変位が分散した結果であるという作業仮説を立てた。国内外の火山弧で、ドーム状隆起の普遍性と本作業仮説を検証し、沈み込み帯の山地形成と内陸地震発生に関する新たなモデルの提示を目指している。令和4年度は、前年度に引き続き、日本とフィリピンの火山弧で、岩石試料の採取と熱年代解析を行い、削剥史の復元と隆起様式の検討を進めた。
谷川岳地域では、昨年度の黒部地域と同じく、地質圧力計とU-Pb年代法に基づいた削剥史の復元を進めた。約3Maに固結した谷川岩体に含まれる地点で地質圧力計を適用した結果、約4～8kmの固結深度が推定された。すなわち、これらの地点では固結以降、1～3mm/yrに達する急速な削剥が生じた可能性がある。
奥羽山地の南部では、従来はアパタイトの(U-Th)/He年代の空間分布（山麓から山頂に向かって年代が若返る、つまり削剥速度が速くなる）からドーム状の隆起モデルを推定していた。このモデルをさらに確実にするため、アパタイトフィッション・トラック年代の測定を行ったところ、(U-Th)/He年代と同様のパターンが得られた。また、両手法の年代値には100万年オーダーの差が系統的にみられたが、火山の熱擾乱のような短時間で進行する現象ではなく、100万年スケールで進行した削剥を反映した年代分布を示唆する。
また、上記に加えて、第四紀の年代に適用可能であり、かつ閉鎖温度が低い（よりわずかな削剥量を検出できる）新しい熱年代手法についても試行的に基礎実験を行った。これは、日本列島を始めとした島弧では、衝突帯などに比べて起伏が小さく若い山地が多く、従来の熱年代法では削剥史の復元が困難な場合があるためである。

Current Status of Research Progress

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

Reason

コロナ禍により前年度は見送ったフィリピンでの調査を実施し、コルディレラ山地とシエラマドレ山地から良質の岩石試料を採取することができた。また、奥羽山地、谷川岳などで新たにデータを取得したほか、黒部地域の成果の一部を査読付き論文として出版できたため（コルディレラ山地と太平山地の成果についても論文投稿中）。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度までの研究により、奥羽山地、黒部地域、谷川岳、フィリピンのコルディレラ山地などについて、削剥史と隆起メカニズムの制約が進められてきた。令和5年度は、これらの地域についてこれまでに採取した試料の分析を引き続き進めるほか、新たな事例地域として、東北日本弧の背弧側のうち、特に飯豊・朝日山地の重点的な調査を予定している。飯豊・朝日山地は、隆起の原因は明らかにされていないが、物理探査やヘリウム同位体比測定により、地下には深部起源の高温流体の存在が示唆されている。したがって、奥羽山地や黒部地域などと同様に、地温が高い地域に変形が局在化したことで山地の隆起が説明できる可能性がある。分析については、これまでと同様、岩石試料からアパタイトやジルコン等を分離し、フィッション・トラック法、(U-Th)/He法、U-Pb法などの熱年代解析を行う。また、岩石薄片を作成し、角閃石などの化学組成分析に基づいて地質温度圧力計解析を実施する。これらの解析により、岩石試料の削剥史を復元し、その空間分布から山地の隆起メカニズムを推定する。また、より詳細な削剥史の復元を実現するため、より閉鎖温度の低い新しい熱年代法に関する基礎研究も並行して進める。なお、令和5年度は本研究課題の最終年度に当たるため、得られた成果の論文化も積極的に進める。具体的には、奥羽山地の熱年代解析の結果、黒部地域の地質温度圧力計とU-Pb年代測定の結果などを査読付き論文として執筆・投稿する予定である。

Causes of Carryover

令和4年度は東北地方への調査を2回予定していたが、他の調査や業務等との兼ね合いもあり2回目は実施できなかった。そのため、旅費や謝金の執行額が予定よりやや少なくなり、次年度使用額が生じた。実施できなかった調査は令和５年度に振り替える形になり、当初の予定より出費が増加することが予想されるため、この次年度使用額で補填する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] メルボルン大学(オーストラリア)
  • Country Name: AUSTRALIA
  • Counterpart Institution: メルボルン大学
• [Int'l Joint Research] フィリピン大学(フィリピン)
  • Country Name: PHILIPPINES
  • Counterpart Institution: フィリピン大学
• [Int'l Joint Research] ローザンヌ大学(スイス)
  • Country Name: SWITZERLAND
  • Counterpart Institution: ローザンヌ大学
• [Int'l Joint Research] ライプニッツ応用物理学研究所(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: ライプニッツ応用物理学研究所
• [Journal Article] Eustatic change modulates exhumation in the Japanese Alps (2023)
  • Author(s): King Georgina E.、Ahadi Floriane、Sueoka Shigeru、Herman Frederic、Anderson Leif、Gautheron Cecile、Tsukamoto Sumiko、Stalder Nadja、Biswas Rabiul、Fox Matthew、Delpech Guillaume、Schwartz Stephane、Tagami Takahiro
  • Journal Title: Geology Volume: 51 Pages: 131-135
  • DOI: 10.1130/G50599.1
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Solidification pressures and ages recorded in mafic microgranular enclaves and their host granite: An example of the world's youngest Kurobegawa granite (2022)
  • Author(s): Suzuki Kota、Kawakami Tetsuo、Sueoka Shigeru、Yamazaki Ayu、Kagami Saya、Yokoyama Tatsunori、Tagami Takahiro
  • Journal Title: Island Arc Volume: 31 Pages: -
  • DOI: 10.1111/iar.12462
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Reconstructing the thermal structure of shallow crust in the Tono region using multi-OSL-thermometry of K-feldspar from deep borehole core (2022)
  • Author(s): Ogata Manabu、King Georgina E.、Herman Frederic、Sueoka Shigeru
  • Journal Title: Earth and Planetary Science Letters Volume: 591 Pages: -
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2022.117607
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] ジルコン(U-Th)/He熱年代法に基づいた赤石山脈中部の削剥史の推定（速報） (2023)
  • Author(s): 末岡 茂・Kohn, B.P.・田上高広
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2023年大会
• [Presentation] Etching of fission-track in Quaternary monazite samples (2023)
  • Author(s): 中嶋 徹・福田将眞・仁木創太・末岡 茂・河上哲生・檀原 徹・田上高広
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2023年大会
• [Presentation] 奥羽脊梁山地南部における白亜紀花崗岩類のアパタイトフィッション・トラック年代の空間分布：火山弧のドーム状隆起への知見 (2023)
  • Author(s): 福田将眞・末岡 茂・鏡味沙耶・梶田侑弥・田上高広
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2023年大会
• [Presentation] Will ESR thermochronometry reveal the timing of Rhone valley incision? (2023)
  • Author(s): King, G.E., Wen, X., Bartz, M., Anderson, L., Bossin, L., Tsukamoto, S., Li, Y., Herman, F., Ogata, M. And Sueoka, S.
  • Organizer: The General Assembly 2023 of the European Geosciences Union
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] High-relief exhumation history in the Japanese Alps within the past 1 Ma inferred from trapped charge thermochronometry (2023)
  • Author(s): Bartz, M., King, G.E., Herman, F., Anderson, L.S., Sueoka, S., Tsukamoto, S. and Tagami, T.
  • Organizer: The General Assembly 2023 of the European Geosciences Union
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 鮮新世～第四紀深成岩体の固結年代・深度に基づいた飛騨山脈黒部地域の削剥史 (2022)
  • Author(s): 末岡 茂・河上哲生・鈴木康太・鏡味沙耶・横山立憲・芝崎文一郎・長田充弘・山崎あゆ・東野文子・King G.E.・塚本すみ子・Herman F.・田上高広
  • Organizer: 第46回フィッション・トラック研究会
• [Presentation] 第四紀モナザイトのフィッション・トラック年代測定に向けた試み(速報) (2022)
  • Author(s): 中嶋 徹・福田将眞・仁木創太・末岡 茂・檀原 徹・田上高広
  • Organizer: 第46回フィッション・トラック研究会
• [Presentation] 熱史からみたジルコンの標準試料への適性評価：石川県鷲走ヶ岳層の例 (2022)
  • Author(s): 長田充弘・中嶋 徹・福田将眞・末岡 茂・八木公史・横山立憲
  • Organizer: 第46回フィッション・トラック研究会
• [Presentation] 大深度ボーリングコアを用いたカリ長石のmulti-OSL熱年代法による東濃地域の地殻浅部の古地温構造復元 (2022)
  • Author(s): 小形 学・King G.E.・Herman F.・末岡 茂
  • Organizer: 第46回フィッション・トラック研究会
• [Presentation] 日本の山岳地域におけるESR熱年代学の適用―試料の前処理によるESR信号への影響の評価― (2022)
  • Author(s): 梶田侑弥・末岡 茂・谷 篤史・磯谷舟佑・田上高広
  • Organizer: 第46回フィッション・トラック研究会
• [Presentation] 熱年代学に基づく四国山地の削剥史の推定 (2022)
  • Author(s): 岡本 晃・福田将眞・末岡 茂・Kohn B.P.・田上高広
  • Organizer: 第46回フィッション・トラック研究会
• [Presentation] フィッション・トラック年代測定に向けたモナザイトの鉱物分離法の検討 (2022)
  • Author(s): 鈴木彩世・長田充弘・中嶋 徹・福田将眞・末岡 茂・田上高広
  • Organizer: 第46回フィッション・トラック研究会
• [Presentation] 活断層地形が不明瞭な地域における小断層の応力逆解析：1984年長野県西部地震の震源周辺地域における例 (2022)
  • Author(s): 西山成哲・中嶋 徹・後藤 翠・箱岩寛晶・末岡 茂・島田耕史・丹羽正和
  • Organizer: 日本活断層学会2022年度秋季学術大会
• [Presentation] 穿入蛇行河川の旧流路地形・堆積物に基づく下刻速度の推定：赤石山脈南部，大井川の事例 (2022)
  • Author(s): 塚原柚子・小形 学・川村 淳・菅野瑞穂・西山成哲・末岡 茂・中西利典・小松哲也
  • Organizer: 日本第四紀学会 2022年大会
• [Presentation] Thermochronological investigations of orogenic belts (2022)
  • Author(s): Tagami, T. and Sueoka, S.
  • Organizer: XII International Congress of the Carpathian-Balkan Geological Association
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Thermochronological evolution of the Plovdiv pluton, Bulgaria (2022)
  • Author(s): Balkanska, E., Kounov, A., Georgiev, S., Antic, M., Tagami, T., Sueoka, S. and Wijbrans, J.
  • Organizer: XII International Congress of the Carpathian-Balkan Geological Association
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Working towards a robust thermochronometer based on the ESR of quartz minerals (2022)
  • Author(s): King, G.E., Bartz, M., Bossin, L., Wen, X., Tsukamoto, S., Herman, F., Ogata, M. and Sueoka, S.
  • Organizer: UK Luminescence and Electron Spin Resonance Dating Meeting 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Eustatic change modulates exhumation in the Japanese Alps (2022)
  • Author(s): King, G.E., Ahadi, F., Sueoka, S., Herman, F., Anderson, L., Gautheron, C., Tsukamoto, S., Stalder, N., Biswas, R., Fox, M., Delpech, G., Schwarz, S. and Tagami, T.
  • Organizer: The General Assembly 2022 of the European Geosciences Union
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Rates of erosion in the Japanese Alps during the Quaternary: Insights from trapped charge thermochronometry (2022)
  • Author(s): Bartz, M., King, G.E., Anderson, L.S., Herman, F., Sueoka, S., Tsukamoto, S. and Tagami, T.
  • Organizer: The General Assembly 2022 of the European Geosciences Union
  • Int'l Joint Research