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最新のアレイデータと波形インバージョン手法による最下部マントル構造推定とその起源

研究課題

研究課題/領域番号 09J08970
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 固体地球惑星物理学
研究機関東京工業大学

研究代表者

河合 研志  東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2009 – 2011
研究課題ステータス 完了 (2011年度)
配分額 *注記
2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
2011年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2010年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2009年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワード波形インバージョン / 第一原理計算 / 地球内部構造 / マントル / 大陸成長 / ホットスポット / 核マントル境界 / 温度 / 熱流量 / ポストペロブスカイト
研究概要

本研究では「波形インバージョン」と呼ばれる新しい高解像度のデータ解析手法を用いてD"層内の詳細な地震波速度モデルを推定することに成功した。そして、それを最新の鉱物物理学に基づいて解釈をすることにより、核マントル境界(CMB)に新たな制約を加えた。
まず、微細構造推定に適したモデルパラメータに対する偏微分係数の計算が必要である。そこで、1984年にTarantolaによって導出された理論の実装し、点(pixel)および球対称不均質(shell)に対して偏微分係数計算手法の開発を行った。それにより、実体波を用いた非弾性減衰(Q)を含んだ一般的な異方性媒質(独立な弾性定数は21個)に対する地球深部構造推定を現実的なものとした。さらに、局所的な構造推定のために必要な新しい震源観測点補正の方法の開発を行った。次に、理論的な感度の見積もりを行い、波線理論近似に基づく反射波を用いた解析の限界を示した。そして、実際に波形インバージョンによって中米下の3次元構造の推定を行った。
また、大陸地殻物質の地球深部への沈み込みについての研究も行った。密度汎関数理論に基づく第一原理計算を行い高圧下における大陸地殻物質の密度および地震波速度を求めた。当初は大陸地殻物質をヒスイ輝石および石英の混合物であると近似して、ヒスイ輝石およびその高圧相であるCF相の安定性について議論してきたが、現実の大陸地殻物質についての議論を行うために、ホーランダイト、グロッシュラーガーネットの相安定性を調べ、さらにその上で弾性定数を調べた。さらた、沈み込む大陸地殻の量を流体力学的に見積もった。その結果現在の上部中部地殻相当の量がマントル深部に運び込まれていることがわかった。

報告書

(3件)
  • 2011 実績報告書
  • 2010 実績報告書
  • 2009 実績報告書
  • 研究成果

    (44件)

すべて 2012 2011 2010 2009

すべて 雑誌論文 (15件) (うち査読あり 15件) 学会発表 (29件)

  • [雑誌論文] Phase stability and elastic properties of the NAL and CF phases in the NaMg_2Al_5SiO_<12> system from first principles2012

    • 著者名/発表者名
      Kawai, K., T.Tsuchiya
    • 雑誌名

      American Mineralogist

      巻: 97 ページ: 305-314

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] First-principles investigations of elasticity and phase transition of grossular garnet2012

    • 著者名/発表者名
      Kawai, K., T.Tsuchiya
    • 雑誌名

      Journal of Geophysical Research

      巻: 117 号: B2

    • DOI

      10.1029/2011jb008529

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] High-P, T phase relations in the NaAlSi_2O_6 system from first principles computation2012

    • 著者名/発表者名
      Kawai, K., T.Tsuchiya
    • 雑誌名

      Physics and Chemistry of Minerals

      巻: (印刷中) 号: 4 ページ: 305-310

    • DOI

      10.1007/s00269-012-0485-0

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 太平洋型造山帯-新しい概念の提唱と地球史における時空分布-2011

    • 著者名/発表者名
      丸山茂徳, 大森聡一, 千秋博紀, 河合研志, B.F.Windley
    • 雑誌名

      地学雑誌

      巻: (in press)

    • NAID

      10030371983

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Inversion of seismic waveforms for shear wave velocity structure in the lowermost mantle beneath the Hawaiian hotspot2010

    • 著者名/発表者名
      Kawai K, R.J.Geller
    • 雑誌名

      Phys.Earth Planet.Inter.

      巻: 183 ページ: 136-142

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 第二大陸2010

    • 著者名/発表者名
      河合研志, 土屋卓久, 丸山茂
    • 雑誌名

      地学雑誌

      巻: 119 ページ: 1197-1214

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] The vertical flow in the lowermlost mantle beneath the Pacific from inversion of seismi c waveforms for anisotropic structure2010

    • 著者名/発表者名
      Kawai. K., R.J.Geller
    • 雑誌名

      Earth Planet.Sci.Lett.

      巻: 297 ページ: 190-198

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A methodology for inversion of broadband seismic waveforms for elastic and anelastic structure and its application to the mantle transiuon zone beneath the northwestern Pacific2010

    • 著者名/発表者名
      Fuji, N., K.Kawai, R.J.Geller
    • 雑誌名

      Phys.Earth Planet. Inter.

      巻: 180 ページ: 118-137

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ab initio investigation of high-pressure phase relation and elasticity in the NaAlSi_2O_6 system2010

    • 著者名/発表者名
      Kawai, K., T.Tsuchiya
    • 雑誌名

      Geophys.Res.Lett.

      巻: 37

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Waveform inversion for localized seismic structure and an applications to D" structure beneath the Pacific2010

    • 著者名/発表者名
      Kawai, K., R.J.Geller
    • 雑誌名

      J.Geophys.Res. 115

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A methodology for inversion of broadband seismic waveforms for elastic and anelastic structure and its application to the mantle transition zone beneath the northwestern Pacific2010

    • 著者名/発表者名
      Fuji, N., K.Kawai, R.J.Geller
    • 雑誌名

      Phys.Earth Planet.Inter. (In press)

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] The dynamics of big mantle wedge, magma factory, and metamorphic-metasomatic factory in subduction zones2009

    • 著者名/発表者名
      Maruyama, S., A.Hasegawa, M.Santosh, T.Kogiso, S.Omori, H.Nakamura, K.Kawai, D.Zhao
    • 雑誌名

      Gondwana Res. 16

      ページ: 414-430

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Lost primordial continents2009

    • 著者名/発表者名
      Kawai, K., T.Tsuchiya, J.Tsuchiya, S.Maruyama
    • 雑誌名

      Gondwana Res. 16

      ページ: 581-586

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Waveform inversion for D" structure beneath northern Asia using Hinet tiltmeter data2009

    • 著者名/発表者名
      Kawai, K., S.Sekine, N.Fuji, R.J.Geller
    • 雑誌名

      Geophys.Res.Lett. 36

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Temperature profile in the lowermost mantle from seismological and mineral physics joint modeling2009

    • 著者名/発表者名
      Kawai, K., T.Tsuchiya
    • 雑誌名

      Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A. 106

      ページ: 22119-22123

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Efficient calculation of complete 3D Frechet derivatives for high frequency compressional teleseismic body waves2011

    • 著者名/発表者名
      Nobuaki Fuji, Sebastien Chevrot, Li Zhao, Robert J.Geller, Kenji Kawai
    • 学会等名
      American Geophysical Union Fall Meeting
    • 発表場所
      San Francisco, USA
    • 年月日
      2011-12-10
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Supply rate of continental materials to the deep mantle2011

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Ichikawa, Kenji Kawai, Shinji Yamamoto, Masanori Kameyama
    • 学会等名
      American Geophysical Union Fall Meeting
    • 発表場所
      San Francisco, USA
    • 年月日
      2011-12-09
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] The vertical flow and lateral heterogeneity in the lowermost mantle2011

    • 著者名/発表者名
      Kenji Kawai, Robert J.Geller, Nobuaki Fuji, Kensuke Konishi
    • 学会等名
      American Geophysical Union Fall Meeting
    • 発表場所
      San Francisco, USA
    • 年月日
      2011-12-09
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Subduction of continental crust to the Earth's deep interior2011

    • 著者名/発表者名
      Kenji Kawai, Shiji Yamamoto, Hiroki Ichikawa, Taku Tsuchiya, Shigenori Maruyama
    • 学会等名
      Joint seminar in UC Berkeley
    • 発表場所
      UC Berkeley, Berkeley, USA
    • 年月日
      2011-09-20
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Continental materials around the bottom of the mantle transition zone2011

    • 著者名/発表者名
      Kenji Kawai, Shinji Yamamoto, Hiroki Ichikawa, Taku Tsuchiya, Shigenori Maruyama
    • 学会等名
      YESA meeting
    • 発表場所
      Matsuyama, Ehime, Japan
    • 年月日
      2011-09-02
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Continental materials around the bottom of the mantle transition zone2011

    • 著者名/発表者名
      Kenji Kawai, Shinji Yamamoto, Hiroki Ichikawa, Taku Tsuchiya, Shigenori Maruyama
    • 学会等名
      Goldschmidt conference 2011
    • 発表場所
      Prague, Czech Republic
    • 年月日
      2011-08-19
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] PKP Kernel Calculation up to 1Hz using DSM Method2011

    • 著者名/発表者名
      Nobuaki Fuji, Sebastien Chevrot, Li Zhao, Robert J.Geller, Kenji Kawai
    • 学会等名
      AOGS 2011
    • 発表場所
      Taipei, Taiwan(Invited)
    • 年月日
      2011-08-11
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] The vertical flow in the lowermost mantle beneath the Pacific2011

    • 著者名/発表者名
      Kenji Kawai, Robert J.Geller
    • 学会等名
      AOGS 2011
    • 発表場所
      Taipei, Taiwan(Invited)
    • 年月日
      2011-08-11
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 大陸地殻の形成とその沈み込み:セッション説明2011

    • 著者名/発表者名
      山本伸次, 小宮剛, 河合研志
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合大会
    • 発表場所
      幕張メッセ,千葉
    • 年月日
      2011-05-23
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] マントル深部へ沈み込む大陸地殻の量の推定2011

    • 著者名/発表者名
      市川浩樹, 河合研志, 亀山真典, 土屋卓久
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合大会
    • 発表場所
      幕張メッセ,千葉
    • 年月日
      2011-05-23
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 広帯域波形を用いた波形インバージョンによるインド下最下部マントル構造2011

    • 著者名/発表者名
      小西健介, 河合研志, ゲラーロバート, 冨士延章
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合大会
    • 発表場所
      幕張メッセ,千葉
    • 年月日
      2011-05-23
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 第2大陸2011

    • 著者名/発表者名
      河合研志, 山本伸次, 土屋卓久, 丸山茂徳
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合大会
    • 発表場所
      幕張メッセ,千葉
    • 年月日
      2011-05-23
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 波形インバージョンによる南太平洋下の最下部マントルS波速度構造推定2011

    • 著者名/発表者名
      長谷川慶, 小西健介, ゲラーロバート, 冨士延章, 河合研志
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合大会
    • 発表場所
      幕張メッセ,千葉
    • 年月日
      2011-05-22
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] The large low velocity province and the vertical flow beneath the Pacific2010

    • 著者名/発表者名
      Kenji Kawai, Robert J.Geller, Taku Tsuchiya
    • 学会等名
      American Geophysical Union Fall Meeting
    • 発表場所
      San Francisco, USA
    • 年月日
      2010-12-15
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 効率的な3次元波形インバージョン手法の開発2010

    • 著者名/発表者名
      冨士延章, シュヴロー・セバスシャン, ゲラー・ロバート, 河合研志, 趙里
    • 学会等名
      地震学会秋季大会
    • 発表場所
      広島国際会議場,広島
    • 年月日
      2010-10-29
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 太平洋下最下部マントルにおける上昇流の地震学的証拠2010

    • 著者名/発表者名
      河合研志, ゲラー・ロバート
    • 学会等名
      地震学会秋季大会
    • 発表場所
      広島国際会議場,広島
    • 年月日
      2010-10-27
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 震源MTを考慮したより短周期までの地震波形インバージョン-インド下最下部マントル構造-2010

    • 著者名/発表者名
      小西健介, 河合研志, ゲラー・ロバート, 冨士延章
    • 学会等名
      地震学会秋季大会
    • 発表場所
      広島国際会議場,広島
    • 年月日
      2010-10-27
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Waveform inversion for localized seismic structure and an application to D" structure (Invited)2010

    • 著者名/発表者名
      Kenji Kawai
    • 学会等名
      Seminaire de Geoazur
    • 発表場所
      Observatoire de la Cote d'Azur, Sophia Antipolis, France
    • 年月日
      2010-09-30
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Ab initio modeling of thermal chemical properties of the core-mantle boundary region (Invited)2010

    • 著者名/発表者名
      Taku Tsuchiya, Kenji Kawai
    • 学会等名
      SEDI 2010
    • 発表場所
      Univ.of California Santa Barbara, Santa Barbara, California, USA
    • 年月日
      2010-07-21
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Temperature profile in the lowermost mantle from seismological and mineral physics joint modeling (Invited)2010

    • 著者名/発表者名
      Kenji Kawai, Taku Tsuchiya
    • 学会等名
      2010 Western Pacific Geophysics Meeting
    • 発表場所
      Taipei, Taiwan
    • 年月日
      2010-06-23
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Low Q in the mantle transition zone beneath the Northwestern Pacific?2010

    • 著者名/発表者名
      Nobuaki Fuji, Robert J.Geller, Kenji Kawai, Kensuke Konish
    • 学会等名
      2010 Western Pacific Geophysics Meeting
    • 発表場所
      Taipei, Taiwan
    • 年月日
      2010-06-23
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Showing the waveform sensitivity against model-changing and applying CG method for obtaining Shear wave velocity structure in the lowermost mantle beneath Central Asia2010

    • 著者名/発表者名
      Kensuke Konishi, Kawai Kenji, Nobuaki Fuji, Robert J.Geller
    • 学会等名
      2010 Western Pacific Geophysics Meeting
    • 発表場所
      Taipei, Taiwan
    • 年月日
      2010-06-23
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 地震波速度モデルに対する波形の感度とCG法を用いた波形インバージョンによるインド下最下部マントル速度構造2010

    • 著者名/発表者名
      小西健介, 河合研志, ゲラー・ロバート, 冨士延章
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合大会
    • 発表場所
      幕張メッセ,千葉
    • 年月日
      2010-05-25
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Temperature profile in the lowermost mantle : Seismological and mineral physical joint modeling2009

    • 著者名/発表者名
      河合研志, 土屋卓久
    • 学会等名
      American Geophysical Union Fall Meeting
    • 発表場所
      San Francisco, USA
    • 年月日
      2009-12-15
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Shear wave velocity structure in the lowermost mantle beneath Central Asia2009

    • 著者名/発表者名
      小西健介, 河合研志, ゲラー・ロバート, 冨士延章
    • 学会等名
      American Geophysical Union Fall Meeting
    • 発表場所
      San Francisco, USA
    • 年月日
      2009-12-15
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] 波形インバージョンによる日本下遷移層1次元SH波速度構造および1次元非弾性減衰構造の推定2009

    • 著者名/発表者名
      冨士延章, 河合研志, ゲラー・ロバート
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合大会
    • 発表場所
      幕張メッセ, 千葉
    • 年月日
      2009-05-18
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] ロストコンティネント2009

    • 著者名/発表者名
      河合研志, 土屋卓久, 土屋旬, 丸山茂徳
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合大会
    • 発表場所
      幕張メッセ, 千葉
    • 年月日
      2009-05-17
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Three layers model of continents on solid Earth ; Role of second continent in the mantle transition zone2009

    • 著者名/発表者名
      丸山茂徳, 河合研志, 土屋卓久, 土屋旬
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合大会
    • 発表場所
      幕張メッセ, 千葉
    • 年月日
      2009-05-17
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] 波形インバージョンによる複数の地域におけるD"領域のS波速度構造とその考察2009

    • 著者名/発表者名
      小西健介, 河合研志, ゲラー・ロバート, 冨士延章
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合大会
    • 発表場所
      幕張メッセ, 千葉
    • 年月日
      2009-05-17
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書

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公開日: 2009-04-01   更新日: 2024-03-26  

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