地球化学的・岩石学的手法を用いた地震時の断層内流体／溶融プロセスの定量的評価

• 研究課題/領域番号: 16H04066
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 地質学
• 研究機関: 国立研究開発法人海洋研究開発機構
• 研究代表者: 石川 剛志 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 超先鋭研究開発部門(高知コア研究所), 研究所長 (30270979)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円); 2019年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2018年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2017年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2016年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
• キーワード: 地震 / 断層 / 地球化学 / 流体岩石相互作用 / 摩擦溶融

研究成果の概要

地震は断層が滑ることで生じ、断層の岩石には過去に起こった地震現象が記録されている。本研究では、日本のような沈み込み帯において地震時の断層の滑りに大きな影響を与えると考えられている断層と水（流体）との相互作用、および断層の溶融を、断層岩の化学分析に基づき評価する手法の構築を行った。流体との相互作用については、地震時の高速滑りの摩擦熱による350℃以上のものから、非地震性滑りに関係した比較的低温のものまで包括的な理解を可能とした。また、リチウム・ホウ素同位体比が新たな評価指標となり得ることを示した。摩擦熱による断層の溶融については、地球化学的モデリングに基づく評価法を世界で初めて確立した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

摩擦熱による流体圧上昇（熱圧化：thermal pressurization）や摩擦溶融は、沈み込み帯の地震時において断層強度を著しく低下させることで断層の破壊伝播を促進し、巨大津波の発生にもつながると考えられている。しかしながら、前者にあっては地震時に存在していた流体が地震後に断層から散逸すること、後者にあっては溶融の痕跡が断層の変質により失われることで、地震断層においてそれらの履歴を評価するのは困難であった。本研究は、断層岩の化学分析に基づく新手法を提供することでそれらの定量的評価を可能とし、津波を誘起する大きな断層滑りの履歴の把握など、防災・減災上有用な情報の取得につながる。

研究成果

• [雑誌論文] Postseismic fluid discharge chemically recorded in altered pseudotachylyte discovered from an ancient megasplay fault: an example from the Nobeoka Thrust in the Shimanto accretionary complex, SW Japan (2019)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa Ryota, Yamaguchi Asuka, Fukuchi Rina, Hamada Yohei, Ogawa Nobuhiro, Kitamura Yujin, Kimura Gaku, Ashi Juichiro, Ishikawa Tsuyoshi
  • 雑誌名: Progress in Earth and Planetary Science 巻: 6 号: 1 ページ: 36-36
  • DOI: 10.1186/s40645-019-0281-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Equatorial Pacific seawater pCO2 variability since the last glacial period (2019)
  • 著者名/発表者名: Kubota Kaoru、Yokoyama Yusuke、Ishikawa Tsuyoshi、Sagawa Takuya、Ikehara Minoru、Yamazaki Toshitsugu
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 13814-13814
  • DOI: 10.1038/s41598-019-49739-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The State of Stress on the Fault Before, During, and After a Major Earthquake (2019)
  • 著者名/発表者名: Brodsky, E.E., Mori, J. J., Anderson, L., Chester, F. M., Conin, M., Dunham, E. M., Eguchi, N., Fulton, P., Hino, R., Hirose, T., Ikari, M., Ishikawa, T., Jeppson, T., Kano, Y., Kirkpatrick, J., Kodaira, S., Lin, W., Nakamura, Y., Rabinowitz, H, Regalla, C., Remitti, F., Rowe, C., Saffer, D., Saito, S. et al.
  • 雑誌名: Annual Review of Earth and Planetary Sciences 巻: 48 号: 1 ページ: 49-74
  • DOI: 10.1146/annurev-earth-053018-060507
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Geochemical analysis unveils frictional melting process in a subduction zone fault (2019)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa, T. and Ujiie, K.
  • 雑誌名: Geology 巻: 47 号: 4 ページ: 343-346
  • DOI: 10.1130/g45889.1
  • 査読あり
• [雑誌論文] 多段抽出クロマトグラフィーを利用した地質試料に対するSr-Nd-Pb逐次化学分離法 (2018)
  • 著者名/発表者名: 若木重行、川合達也、永石一弥、石川剛志
  • 雑誌名: JAMSTEC Report of Research and Development 巻: 27 号: 0 ページ: 1-12
  • DOI: 10.5918/jamstecr.27.1
  • NAID: 130007506144
  • ISSN: 1880-1153, 2186-358X
  • 年月日: 2018-09-01
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A Rapid and Precise Determination of Boron Isotope Ratio in Water and Carbonate Samples by Multiple Collector ICP-MS (2018)
  • 著者名/発表者名: Tanimizu, M.、Nagaishi, K.、Ishikawa, T.
  • 雑誌名: Analytical Sciences 巻: 34 号: 6 ページ: 667-674
  • DOI: 10.2116/analsci.18SBP05
  • NAID: 130007395544
  • ISSN: 0910-6340, 1348-2246
  • 年月日: 2018-06-10
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Tectono-seismic characteristics of faults in the shallow portion of an accretionary prism (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirono, T. and Ishikawa, T.
  • 雑誌名: Tectonophysics 巻: 724-725 ページ: 179-194
  • DOI: 10.1016/j.tecto.2018.01.014
  • 査読あり
• [雑誌論文] Isotope analysis of nanogram to sub-nanogram sized Nd samples by total evaporation normalization thermal ionization mass spectrometry (2018)
  • 著者名/発表者名: Wakaki, S. and Ishikawa, T.
  • 雑誌名: INTERNATIONAL JOURNAL OF MASS SPECTROMETRY 巻: 424 ページ: 40-48
  • DOI: 10.1016/j.ijms.2017.11.014
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rapid decline in pH of coral calcification fluid due to incorporation of anthropogenic CO2 (2017)
  • 著者名/発表者名: Kubota Kaoru、Yokoyama Yusuke、Ishikawa Tsuyoshi、Suzuki Atsushi、Ishii Masao
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1038/s41598-017-07680-0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Precise and accurate analysis of deep and surface seawater Sr stable isotopic composition by double-spike thermal ionization mass spectrometry (2017)
  • 著者名/発表者名: Wakaki, S., Obata, H., Tazoe, H. and Ishikawa, T.
  • 雑誌名: Geochemical Journal 巻: 51
  • NAID: 130006837066
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of laser parameters on isotope fractionation and optimisation of lithium and boron isotope ratio measurements using laser ablation-multiple Faraday collector-inductively coupled plasma mass spectrometry (2016)
  • 著者名/発表者名: Kimura J.-I., Chang Q., Ishikawa T., and Tsujimori T.
  • 雑誌名: Journal of Analytical Atomic Spectrometry 巻: 31 号: 11 ページ: 2305-2320
  • DOI: 10.1039/c6ja00283h
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] Kodiak付加体のアルバイトを伴う黒色断層岩の起源：地球化学分析からの制約 (2019)
  • 著者名/発表者名: 石川 剛志, 山口 飛鳥
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [学会発表] コディアック付加体のプレート境界断層岩の形成に寄与した流体の起源 (2019)
  • 著者名/発表者名: 石川 剛志, 山口 飛鳥
  • 学会等名: 2019年度日本地球化学会年会
• [学会発表] Origin of frictional melt in the Jurassic accretionary complex of the Mino Belt on the basis of trace element and isotope analysis (2019)
  • 著者名/発表者名: 尾澤 ちづる、石川 剛志、氏家 恒太郎
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [学会発表] Geochemical evidence for source materials of frictional melt: an example from the pseudotachylyte in the Jurassic accretionary complex, central Japan (2019)
  • 著者名/発表者名: Chizuru Ozawa, Tsuyoshi Ishikawa and Kohtaro Ujiie
  • 学会等名: American Geophysical Union Fall Meeting 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Origin of fluids involved in paleo-plate-boundary decollement in the Kodiak accretionary complex (2018)
  • 著者名/発表者名: Tsuyoshi Ishikawa and Asuka Yamaguchi
  • 学会等名: American Geophysical Union Fall Meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Chemical characteristics and source of the fluid involved in the black fault rocks in the Kodiak accretionary complex (2018)
  • 著者名/発表者名: Tsuyoshi Ishikawa and Asuka Yamaguchi
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Origin of frictional melt in the Jurassic accretionary complex of the Mino-Tamba Belt, central Japan on the basis of trace element and isotope analyses (2018)
  • 著者名/発表者名: Chizuru Ozawa, Tsuyoshi Ishikawa and Kohtaro Ujiie
  • 学会等名: American Geophysical Union Fall Meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Kodiak付加体のアルバイトを伴う黒色断層岩形成に寄与した流体の起源 (2018)
  • 著者名/発表者名: 石川 剛志, 山口 飛鳥
  • 学会等名: 日本地質学会第125年学術大会（2018札幌大会）
• [学会発表] 微量元素からひもとく摩擦熔融物の起源 (2018)
  • 著者名/発表者名: 尾澤 ちづる, 氏家 恒太郎, 石川 剛志
  • 学会等名: 日本地質学会第125年学術大会（2018札幌大会）
• [学会発表] 和歌山県日高川層群に発達する巨大分岐断層の滑り挙動の解明 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小川 丈彰, 石川 剛志, 金木 俊也, 廣野 哲朗
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] Characterization of frictional melting processes in subduction zone faults by trace element and isotope analyses (2017)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa, T. and Ujiie, K.
  • 学会等名: American Geophysical Union Fall Meeting 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Geochemical anomaly in ancient subduction boundary fault: Trench-parallel heterogeneity (2017)
  • 著者名/発表者名: Ogawa, T., Ishikawa, T., Kaneki, S. and Hirono, T.
  • 学会等名: American Geophysical Union Fall Meeting 2017
  • 国際学会
• [学会発表] 断層岩の地球化学分析による沈み込み帯断層の摩擦溶融履歴評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石川 剛志、氏家 恒太郎
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合 2017年大会
• [学会発表] 断層岩の地球化学分析による沈み込み帯断層の摩擦溶融履歴評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石川剛志、氏家恒太郎、川合達也、永石一弥
  • 学会等名: 2017年度日本地球化学会第64回年会
• [学会発表] 断層岩の微細組織に沿った主成分・微量元素およびSr同位体分析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 川合達也、永石一弥、石川剛志、氏家恒太郎
  • 学会等名: 2017年度日本地球化学会第64回年会
• [学会発表] Evaluation of frictional melting on the basis of trace element analyses of fault rocks (2016)
  • 著者名/発表者名: Tsuyoshi Ishikawa, Kohtaro Ujiie
  • 学会等名: American Geophysical Union Fall Meeting 2016
  • 発表場所: サンフランシスコ（アメリカ合衆国）
  • 年月日: 2016-12-13
  • 国際学会
• [学会発表] 微小量断層岩の微量元素・同位体比の包括分析：1.マイクロサンプリングと主成分・微量元素分析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 石川剛志, 川合達也, 永石一弥, 氏家恒太郎, 亀田純, 三島稔明
  • 学会等名: 2016年度日本地球化学会 第63回年会
  • 発表場所: 大阪市立大学杉本キャンパス（大阪市住吉区）
  • 年月日: 2016-09-16
• [学会発表] 微小量断層岩の微量元素・同位体比の包括分析：２. Li・B・Sr・Nd・Pb 同位体分析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 石川剛志, 永石一弥, 川合達也, 若木重行, 氏家恒太郎, 亀田純, 三島稔明
  • 学会等名: 2016年度日本地球化学会 第63回年会
  • 発表場所: 大阪市立大学杉本キャンパス（大阪市住吉区）
  • 年月日: 2016-09-16
• [学会発表] ホウ素・リチウム同位体を用いた日本海溝プレート境界断層浅部における流体岩石相互作用の評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 石川剛志・永石一弥・松岡淳・亀田純・James Sample
  • 学会等名: 日本地質学会第123年学術大会
  • 発表場所: 日本大学文理学部キャンパス（東京都世田谷区）
  • 年月日: 2016-09-11
• [学会発表] Boron and lithium isotope constraints on fluid-rock interactions in the shallow megathrust at the Japan Trench (2016)
  • 著者名/発表者名: Tsuyoshi Ishikawa, Jun Matsuoka, Kazuya Nagaishi, Jun Kameda, James Sample
  • 学会等名: Goldschmidt Conference 2016
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2016-06-28
  • 国際学会
• [学会発表] Evaluation of coseismic physicochemical processes in fault zones based on geochemical analyses of fault rocks (2016)
  • 著者名/発表者名: Tsuyoshi Ishikawa
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2016
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場（千葉県千葉市）
  • 年月日: 2016-05-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 堆積物中の有孔虫化石の高精度分析から読み解く大気・海洋間の炭素交換
  • URL: http://www.jamstec.go.jp/kochi/j/news/20191031.html
• [備考] 高知コア研究所 - 国立研究開発法人 海洋研究開発機構（JAMSTEC）
  • URL: http://www.jamstec.go.jp/kochi/
• [備考] 高知コア研究所 - 国立研究開発法人 海洋研究開発機構（JAMSTEC）
  • URL: http://www.jamstec.go.jp/kochi/j/index.html