剪断クラックの幾何学，化学組成と水理学的特性：深部流体による岩石破壊過程の解明

• 研究課題/領域番号: 15K17783
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 岩石・鉱物・鉱床学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 宇野 正起 東北大学, 環境科学研究科, 助教 (50748150)
• 研究協力者: Mindaleva Diana
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2017年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2016年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2015年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: 剪断クラック / 地殻流体 / 流体移動 / 変成岩 / 流体流入時間スケール / 流体圧勾配 / 透水係数 / 岩石―流体反応 / 亀裂閉塞タイムススケール / 流体圧分布 / 反応―移流―拡散 / 反応帯形成フォーワードモデル / 流体流れ / 力学ー化学ー水理学 / 歪み分配 / 反応帯 / エシュロンクラック / 流速 / 差応力

研究成果の概要

本課題では，地殻深部における岩石－流体破壊現象の天然岩石サンプルから，時間スケール・流体圧分布・透水係数を求める，新たな解析手法を開発した．中部から下部地殻の岩石－流体反応帯を解析し，流体流入の時間スケールが数時間~数日程度と非常に短いこと，亀裂から母岩へ数 kbar/cmの高い流体圧勾配が存在したこと，透水係数(log10 [m2]単位)は亀裂で約 -15と高く，母岩で約 -20 ~ -23と非常に低いことを明らかにした．以上より，地震波で観測される数時間~数ヶ月の流体移動現象と，地質学的に観察される剪断クラックを，具体的な時間スケールと水理学特性により対応づけることが可能となった．

研究成果

• [国際共同研究] U.S. Geological Survey(米国)
• [雑誌論文] Excess water generation during reaction-inducing intrusion of granitic melts into ultramafic rocks at crustal P-T conditions in the Sor Rondane Mountains of East Antarctica (2017)
  • 著者名/発表者名: Masaoki Uno, Atsushi Okamoto, Noriyoshi Tsuchiya
  • 雑誌名: Lithos 巻: 284-285 ページ: 625-641
  • DOI: 10.1016/j.lithos.2017.04.016
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] <b>中新世後期白沢カルデラの噴出マグマの分化と現世の地熱流体貯留層 </b> (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木拓，宇野正起，奥村聡，山田亮一，土屋範芳
  • 雑誌名: 日本地熱学会誌 巻: 39 号: 1 ページ: 25-37
  • DOI: 10.11367/grsj.39.25
  • NAID: 130005858690
  • ISSN: 0388-6735, 1883-5775
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Contrasting geochemical signatures of Devonian and Permian granitoids from the Tseel terrane, SW Mongolia (2016)
  • 著者名/発表者名: Burenjargal, U., Okamoto, A., Tsuchiya, N, Uno, M., Horie, K., Hokada, T.
  • 雑誌名: Journal of Geosciences 巻: 61 ページ: 51-66
  • DOI: 10.3190/jgeosci.210
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Supercritical geothermal reservoir revealed by granite-porphyry system (2016)
  • 著者名/発表者名: Tsuchiya, N., Yamada, R., Uno, M.
  • 雑誌名: Geothermics 巻: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transition from dehydration to hydration during exhumation of the Sanbagawa metamorphic belt, Japan, revealed by the continuous P-T path recorded in garnet and amphibole zoning (2015)
  • 著者名/発表者名: Uno, M., Iwamori, H., Toriumi, M.
  • 雑誌名: Contributions to Mineralogy and Petrology 巻: 170 号: 3 ページ: 1-22
  • DOI: 10.1007/s00410-015-1185-9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Hydrogeological responses to incoming materials at the erosional subduction margin, offshore Osa Peninsula, Costa Rica (2015)
  • 著者名/発表者名: Kameda, J., Harris, R.N., Shimizu, M., Ujiie, K., Tsutsumi, A., Ikehara, M., Uno, M., Yamaguchi, A., Hamada, Y., Namiki, Y., Kimura, G.
  • 雑誌名: Geochemistry, Geophys. Geosystems 巻: 16 号: 8 ページ: 2725-2742
  • DOI: 10.1002/2015gc005837
  • NAID: 120005693905
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Geochemistry of accreted metavolcanic rocks from the Neoproterozoic Gwna Group of Anglesey-Lleyn, NW Wales, U.K: MORB and OIB in the Iapetus Ocean (2015)
  • 著者名/発表者名: Saito, T., Uno, M., Sato, T., Fujisaki, W., Haraguchi, S., Li, Y., Sawaki, Y., Yamamoto, S., Maruyama, S.
  • 雑誌名: Tectonophysics 巻: 662 ページ: 243-255
  • DOI: 10.1016/j.tecto.2015.08.015
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 島弧地殻内のスラブ流体のマスバランス：地殻－メルト反応帯と古カルデラ分化過程からのプロセス解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 宇野正起，土屋範芳
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] 吸水反応による反応誘起応力の温度依存性とその支配プロセス：MgO-H2O系からの制約 (2018)
  • 著者名/発表者名: 宇野正起，笠原久夢，岡本敦，土屋範芳
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] Crystal Preferred Orientation of Secondary Olivine Formed after Orthopyroxene in Mantle Wedge during Serpentinization from the Khantaishir Ophiolite, Western Mongolia (2018)
  • 著者名/発表者名: Otogonbayar Dandar, Atsushi Okamoto, Takayoshi Nagaya, Masaoki Uno, Noriyoshi Tsuchiya
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] Mantle Wedge Metasomatic Hydration; Evidence from the Khantaishir Ophiolite, Western Mongolia (2018)
  • 著者名/発表者名: Otogonbayar Dandar, Atsushi Okamoto, Masaoki Uno, Noriyoshi Tsuchiya
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] Fluids transport and magma-driven metamorphism related to Granitic Pegmatite Complex in Kinka-san Island, NE Japan (2018)
  • 著者名/発表者名: Astin Nurdiana, Atsushi Okamoto, Masaoki Uno, Noriyoshi Tsuchiya
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] MgO-H2O系における反応誘起応力の直接測定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 笠原久夢，宇野正起，岡本敦，土屋範芳
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] 玄武岩-水系における熱水変成作用によるザクロ石の合成 (2018)
  • 著者名/発表者名: 根津勇介，岡本敦，宇野正起，平野伸夫，大柳良介，土屋範芳
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] Time scales of Cl-bearing fluid infiltration and permeability estimated by reactive transport modelling for granulite/amphibolite-hosted reaction zones, Sor Rondane Mountains, East Antarctica (2018)
  • 著者名/発表者名: Diana Mindaleva, Masaoki Uno, Fumiko Higashino, Takayoshi Nagaya, Ryosuke Oyanagi, Atsushi Okamoto, Noriyoshi Tsuchiya
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] Evaluation of deep geothermal reservoir and magma process revealed by melt inclusion -Example in Fukano Caldera, NE Japan- (2018)
  • 著者名/発表者名: Fajar F. Amanda, Ryoichi Yamada, Masaoki Uno, Noriyoshi Tsuchiya
  • 学会等名: Grand Renewable Energy 2018 Conference and Exhibition
  • 国際学会
• [学会発表] Budget of slab-derived water in arc crust: Constraints from melt-crust reaction zones and fossil caldera differentiation processes (2018)
  • 著者名/発表者名: Masaoki Uno
  • 学会等名: 15th International Workshop on WATER DYNAMICS
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Investigation of Mass Transport and Reactive Mechanism by Cl Bearing Fluid Infiltration during Multiple Hydration Events, Sor Rondane Mountains, East Antarctica (2017)
  • 著者名/発表者名: Diana Mindaleva, Masaoki Uno, Atsushi Okamoto, Takayoshi Nagaya, Noriyoshi Tsuchiya
  • 学会等名: 第8回極域科学シンポジウム
• [学会発表] メルト包有物を用いた仙台市西部における深部地熱貯留層とマグマプロセスの評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: アマンダ F.F.，山田亮一，宇野正起，土屋範芳
  • 学会等名: 日本地熱学会平成29年函館大会
• [学会発表] 貫入岩体からの超臨界水の発生と移動：東北日本鉱山のペグマタイト脈からの考察 (2017)
  • 著者名/発表者名: アスティン ヌルディアナ，岡本敦，宇野正起，土屋範芳
  • 学会等名: 日本地熱学会平成29年函館大会
• [学会発表] 温泉を用いた水素の生成と貯蔵の総合システム (2017)
  • 著者名/発表者名: バニ ノビタ A.，宇野正起，渡邉則昭，平野伸夫，土屋範芳，最首花恵
  • 学会等名: 日本地熱学会平成29年函館大会
• [学会発表] 岩石－流体反応の力学応答と流路発展から探る沈み込み帯の透水性と流路連結度 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宇野正起
  • 学会等名: 新学術領域「地殻ダイナミクス」2017年全体集会
• [学会発表] 岩石-流体反応帯の化学ポテンシャルプロファイルと多成分多相系の反応拡散モデル：東南極セールロンダーネ山地，花崗岩質ダイク-かんらん岩反応帯の例 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宇野正起
  • 学会等名: 日本地質学会第124年学術大会
• [学会発表] 沈み込み帯プレート境界におけるSi流体交代作によるTalc CPOの形成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 永冶敬，岡本敦，ウォリス サイモン，大柳良介，武藤潤，宇野正起
  • 学会等名: 日本鉱物科学会2017年年会
• [学会発表] 岩石―水反応に伴う反応誘起応力・歪の支配要因とそのモデル化: CaSO4-H2O系における実験的研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宇野正起，岡本敦，土屋範芳
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2017年大会
• [学会発表] 東北日本の古カルデラのマグマ溜まり深度・流体飽和度と地殻流体活動の関連 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宇野正起，山田亮一，ファジャール アマンダ，奥村聡
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2017年大会
• [学会発表] Metamorphic Olivine Formed after Orthopyroxene in Mantle Wedge during Serpentinization from the Khantaishir Ophiolite, Western Mongolia (2017)
  • 著者名/発表者名: Otogonbayar Dandar, Atsushi Okamoto, Masaoki Uno, Noriyoshi Tsuchiya
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2017年大会
• [学会発表] Evaluation of Deep Geothermal Reservoir and Magma Process Revealed by Melt Inclusion -Example in Fukano Caldera, NE Japan- (2017)
  • 著者名/発表者名: Fajar Febiani Amanda, Ryoichi Yamada, Masaoki Uno, Noriyoshi Tsuchiya
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2017年大会
• [学会発表] Multiply hydration events of pyroxenite and amphibolite in the middle crustal conditions, Sor Rondane Mountains, East Antarctica (2017)
  • 著者名/発表者名: Diana Mindaleva, Masaoki Uno, Atsushi Okamoto, Noriyoshi Tsuchiya
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2017年大会
• [学会発表] Localization of magnetite from Fe-rich brucite induced by pH changes during serpentinization (2017)
  • 著者名/発表者名: 本間広大，岡本敦，大柳良介，宇野正起，藤井昌和，平野伸夫，土屋範芳
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2017年大会
• [学会発表] メルト包有物から制約される古カルデラのマグマ溜まり深度と地殻流体活動: 東北日本,白沢カルデラの例 (2016)
  • 著者名/発表者名: 宇野 正起，鈴木 拓，山田 亮一，奥村 聡，土屋 範芳
  • 学会等名: 日本地熱学会平成28年郡山大会
  • 発表場所: 郡山，郡山中央公民館
  • 年月日: 2016-10-19
• [学会発表] 吸水反応による反応誘起応力・歪の支配要因：CaSO4-H2O系での実験的制約 (2016)
  • 著者名/発表者名: 宇野 正起，増田 俊太郎，岡本 敦，土屋 範芳
  • 学会等名: 日本鉱物科学会2016年年会
  • 発表場所: 金沢，金沢大学
  • 年月日: 2016-09-23
• [学会発表] Controlling mechanisms of reaction-induced stress and strain during hydration reactions: Experimental investigation in CaSO4-H2O system (2016)
  • 著者名/発表者名: Masaoki Uno, Shuntaro Masuda, Atsushi Okamoto, Noriyoshi Tsuchiya
  • 学会等名: International Symposium Crustal Dynamics 2016
  • 発表場所: Takayama, Takayama community center
  • 年月日: 2016-07-20
  • 国際学会
• [学会発表] Controlling factors of reaction-induced stress and strain during hydration reactions: Experimental investigation in CaSO4-H2O system (2016)
  • 著者名/発表者名: Masaoki Uno, Shuntaro Masuda, Atsushi Okamoto, Noriyoshi Tsuchiya
  • 学会等名: Goldschmidt conference
  • 発表場所: Yokohama, Pacifico Yokohama
  • 年月日: 2016-06-28
  • 国際学会
• [学会発表] メルト包有物解析による古カルデラのマグマ溜まり深度と地殻流体活動の関連：東北日本，白沢カルデラの例 (2016)
  • 著者名/発表者名: 宇野 正起，鈴木 拓，山田 亮一，奥村 聡，土屋 範芳
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2016年大会
  • 発表場所: 千葉，幕張メッセ
  • 年月日: 2016-05-25
• [学会発表] 吸水反応における多結晶体の力学的応答－CaSO4-H2O系における反応誘起応力・歪の実験的研究－ (2016)
  • 著者名/発表者名: 宇野 正起，増田 俊太郎，平野 伸夫，岡本 敦，土屋 範芳
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2016年大会
  • 発表場所: 千葉，幕張メッセ
  • 年月日: 2016-05-23
• [学会発表] Mechanical responses of polycrystalline rock during hydration reactions: Experimental investigation in anhydrite-hemihydrate-gypsum system (2016)
  • 著者名/発表者名: Masaoki Uno, Syuntaro Masuda, Atsushi Okamoto, Nobuo Hirano, Noriyoshi Tsuchiya
  • 学会等名: 13th International Workshop on WATER DYNAMICS
  • 発表場所: Tohoku University, Sendai, Japan
  • 年月日: 2016-03-16
  • 国際学会
• [学会発表] 岩石ー水反応による地殻応力発生機構の解明 (2015)
  • 著者名/発表者名: 宇野 正起
  • 学会等名: 地殻ダイナミクス2015年研究集会
  • 発表場所: エポカ21，栗駒，宮城
  • 年月日: 2015-09-27
• [学会発表] 地殻-メルト吸水反応帯における水・元素移動と反応帯形成プロセス：東南極セールロンダーネ山地の例 (2015)
  • 著者名/発表者名: 宇野 正起，岡本 敦，土屋 範芳
  • 学会等名: 日本鉱物科学会2015年年会
  • 発表場所: 東京大学，東京
  • 年月日: 2015-09-25
• [学会発表] The amount and mechanisms of water supply in the arc crust: Examples from Sor Rondane Mountains, East Antarctica (2015)
  • 著者名/発表者名: Masaoki Uno, Atsushi Okamoto, Noriyoshi Tsuchiya
  • 学会等名: Goldschmidt conference
  • 発表場所: Prague, Czech
  • 年月日: 2015-08-19
  • 国際学会
• [学会発表] 海洋玄武岩全岩組成への主成分分析の適用とその定量的理解： ココスプレート海洋底変質玄武岩の例 (2015)
  • 著者名/発表者名: 宇野 正起，桑谷 立，上木 賢太
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2015年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ，千葉
  • 年月日: 2015-05-27