流体包有物を用いた変成岩上昇速度計の構築

• 研究課題/領域番号: 16K17835
• 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: 国立研究開発法人海洋研究開発機構
• 研究代表者: 吉田 健太 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海域地震火山部門(火山・地球内部研究センター), 研究員 (80759910)
• 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: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2018年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2017年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2016年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
• キーワード: 深部流体 / 流体包有物 / 沈み込み帯 / 集束イオンビーム装置（FIB） / クライオ電子顕微鏡 / 変成岩 / 集束イオンビーム / 水熱実験 / クライオFIB / 顕微掘削 / ラマン分光 / 地質温度圧力計 / 変成岩体の上昇過程 / 上昇速度計 / レオロジー / 密度の閉鎖温度

研究成果の概要

岩石を構成する鉱物の中には水やガスが流体包有物として捕獲されている．この流体包有物の密度は，変成岩が上昇してくる過程で晒される高温高圧の環境により，焼き鈍しを受けて低密度化するという考えがある．この低密度化の過程は被熱時間により進行度合いが決まるため，時間の関数として用いることが出来る．本研究では流体包有物の密度変化の過程を詳細に研究するために，密度を決定する重要要素の一つである化学組成に注目し，個々の微小包有物（＜10μｍ）の化学組成を決定する手法の開発を行った．特に近年岩石学の分野で普及しつつある集束イオンビーム（FIB）を活用した．

研究成果の学術的意義や社会的意義

岩石を構成する鉱物の中には水やガスが流体包有物として捕獲されている．この流体包有物には，沈み込み帯地下深部での流体活動が記録されている．地下深部流体は，日本列島地下などで起きているプレート境界地震や火山活動のトリガーになると言われており，深部で発生する流体の量や化学組成を調べることは，日本のようなプレート境界にある国に住む我々にとって重要である．
本研究では，岩石を1ミクロンよりも細かな精度で加工できる集束イオンビーム装置（FIB）と，近年ノーベル化学賞でも取り上げられたクライオ電子顕微鏡を活用し，流体包有物の化学組成を精密に決定する技術を開発した．

研究成果

• [国際共同研究] Kyrgyz National Academy of Sciences(キルギス)
• [国際共同研究] スロバキア科学アカデミー(スロバキア)
• [国際共同研究] リュブリャナ大学(スロベニア)
• [国際共同研究] Kyrgyz National Academy of Sciences(キルギス)
• [国際共同研究] リュブリャナ大学(スロベニア)
• [国際共同研究] スロバキア科学アカデミー(スロバキア)
• [国際共同研究] Kyrgyz National Academy of Sciences(キルギス)
• [国際共同研究] キルギス科学アカデミー(キルギス)
• [国際共同研究] スロバキア科学アカデミー(スロバキア)
• [雑誌論文] Sparse isocon analysis: A data-driven approach for material transfer estimation (2020)
  • 著者名/発表者名: Kuwatani Tatsu、Yoshida Kenta、Ueki Kenta、Oyanagi Ryosuke、Uno Masaoki、Akaho Shotaro
  • 雑誌名: Chemical Geology 巻: 532 ページ: 119345-119345
  • DOI: 10.1016/j.chemgeo.2019.119345
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Monazite behaviour during metamorphic evolution of a diamond-bearing gneiss: a case study from the Seve Nappe Complex, Scandinavian Caledonides (2019)
  • 著者名/発表者名: Petrik I、Janak M、Klonowska I、Majka J、Froitzheim N、Yoshida K、Sasinkova V、Konecny P、Vaculovic T
  • 雑誌名: Journal of Petrology 巻: 60 ページ: 1773-1796
  • DOI: 10.1093/petrology/egz051
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Elastic wave velocity and electrical conductivity in a brine-saturated rock and microstructure of pores (2019)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Tohru、Makimura Miho、Kaiwa Yohei、Desbois Guillaume、Yoshida Kenta、Michibayashi Katsuyoshi
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 71 号: 1 ページ: 129-129
  • DOI: 10.1186/s40623-019-1112-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Geochemical database of Japanese islands for basement rocks: (2018)
  • 著者名/発表者名: Haraguchi Satoru、Ueki Kenta、Yoshida Kenta、Kuwatani Tatsu、Mohamed Mika、Horiuchi Shunsuke、Iwamori Hikaru
  • 雑誌名: 地質学雑誌 巻: 124 号: 12 ページ: 1049-1054
  • DOI: 10.5575/geosoc.2018.0027
  • NAID: 130007612396
  • ISSN: 0016-7630, 1349-9963
  • 年月日: 2018-12-15
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Bayesian probabilistic reconstruction of metamorphic <i>P</i>–<i>T</i> paths using inclusion geothermobarometry (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Kuwatani, K. Nagata, K. Yoshida, M. Okada, M. Toriumi
  • 雑誌名: Journal of Mineralogical and Petrological Sciences 巻: 113 号: 2 ページ: 82-95
  • DOI: 10.2465/jmps.170923
  • NAID: 130006733783
  • ISSN: 1345-6296, 1349-3825
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A rapid and precise quantitative electron probe chemical mapping technique and its application to an ultrahigh-pressure eclogite from the Moldanubian Zone of the Bohemian Massif (Nove Dvory, Czech Republic) (2018)
  • 著者名/発表者名: Yasumoto Atsushi、Yoshida Kenta、Kuwatani Tatsu、Nakamura Daisuke、Svojtka Martin、Hirajima Takao
  • 雑誌名: American Mineralogist 巻: 103 号: 10 ページ: 1690-1698
  • DOI: 10.2138/am-2018-6323ccby
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] GEOFCM: a new method for statistical classification of geochemical data using spatial contextual information (2018)
  • 著者名/発表者名: YOSHIDA Kenta、KUWATANI Tatsu、YASUMOTO Atsushi、HARAGUCHI Satoru、UEKI Kenta、IWAMORI Hikaru
  • 雑誌名: Journal of Mineralogical and Petrological Sciences 巻: 113 号: 3 ページ: 159-169
  • DOI: 10.2465/jmps.171127
  • NAID: 130007403328
  • ISSN: 1345-6296, 1349-3825
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Recovering the past history of natural recording media by Bayesian inversion (2018)
  • 著者名/発表者名: Kuwatani T, Nagao H, Ito SI, Okamoto A, Yoshida K Okudaira T
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 98 号: 4 ページ: 043311-043311
  • DOI: 10.1103/physreve.98.043311
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Micro-excavation and direct chemical analysis of individual fluid inclusion by cryo-FIB-SEM-EDS: Application to the UHP talc-garnet-chloritoid schist from the Makbal Metamorphic Complex, Kyrgyz Tian-Shan (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, K., Orozbaev, R., Hirajima, T., Miyake, A., Tsuchiyama, A,, Bakirov,A., Takasu, A. and Sakiev, K.
  • 雑誌名: ＧＥＯＣＨＥＭＩＣＡＬ ＪＯＵＲＮＡＬ 巻: 52 号: 1 ページ: 59-67
  • DOI: 10.2343/geochemj.2.0502
  • NAID: 130006333258
  • ISSN: 0016-7002, 1880-5973
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Progressive evolution of whole-rock composition during metamorphism revealed by multivariate statistical analyses (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshida Kenta、Kuwatani Tatsu、Hirajima Takao、Iwamori Hikaru、Akaho Shotaro
  • 雑誌名: Journal of Metamophic Geology 巻: 36 号: 1 ページ: 41-54
  • DOI: 10.1111/jmg.12282
  • NAID: 120006460068
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Grain size reduction due to fracturing and subsequent grain-size-sensitive creep in a lower crustal shear zone in the presence of a CO2-bearing fluid (2017)
  • 著者名/発表者名: Okudaira, T., Shigematsu, N., Harigane, Y., Yoshida, K.
  • 雑誌名: Journal of Structural Geology 巻: 95 ページ: 171-187
  • DOI: 10.1016/j.jsg.2016.11.001
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Classification of geochemical data based on multivariate statistical analyses: Complementary roles of cluster, principal component, and independent component analyses (2017)
  • 著者名/発表者名: Hikaru Iwamori, Kenta Yoshida, Hitomi Nakamura, Tatsu Kuwatani, Morihisa Hamada, Satoru Haraguchi, Kenta Ueki,
  • 雑誌名: Geochem. Geophys. Geosyst. 巻: 18 号: 3 ページ: 994-1012
  • DOI: 10.1002/2016gc006663
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Thermal structure of the Kebara Formation and its proximal areas in the western Kii Peninsula, SW Japan: Application of the carbonaceous material Raman geothermometry (2016)
  • 著者名/発表者名: Kenta YOSHIDA, Naoki AOYAGI, Ryoji KATO, Takao HIRAJIMA
  • 雑誌名: Journal of Mineralogical and Petrological Sciences 巻: 111 号: 6 ページ: 398-404
  • DOI: 10.2465/jmps.160506
  • NAID: 130005286411
  • ISSN: 1345-6296, 1349-3825
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] スパースモデリングによる沈み込み帯深部流体活動の定量的見積もり (2019)
  • 著者名/発表者名: 吉田健太・桑谷立・上木賢太・大柳良介・赤穂昭太郎
  • 学会等名: 日本地質学会第126年学術大会
• [学会発表] 岩石微細組織観察に於けるEPMA定量イメージング技術の活用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 吉田健太
  • 学会等名: 日本鉱物科学会2019年年会
• [学会発表] Cryo-FIB-SEM-EDX Analysis of Fluid Inclusions Reveals the Deep Fluid Chemistry. (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshida K., Orozbaev R, Hirajima T, Miyake A, Tsuchiyama A, Bakirov A, Takasu A & Sakiev K
  • 学会等名: Goldschmidt 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Application of FIB-microsampling for cryo-FIB-SEM analysis of fluid inclusions (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshida K., Miyake A.
  • 学会等名: 13th International Eclogite Conference
  • 国際学会
• [学会発表] スパースモデリングにより捉えた沈み込みスラブの発展的組成変化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 吉田健太・桑谷立・上木賢太・大柳良介・赤穂昭太郎
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会2019年大会
• [学会発表] Chemical analysis of a tiny fluid inclusion by FIB-microsampling and cryo-FIB observation (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshida Kenta, Miyake Akira
  • 学会等名: WATER DYNAMICS16
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 顕微掘削による流体包有物の化学組成分析：定量分析手法確立への課題 (2018)
  • 著者名/発表者名: 吉田健太・三宅亮
  • 学会等名: 日本鉱物科学会2018年会
• [学会発表] 顕微掘削とクライオFIBを用いた流体包有物の個別化学組成分析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 吉田健太・三宅亮
  • 学会等名: 日本地質学会第125年学術大会
• [学会発表] GEOFCM：位置情報を活用した地球化学データのクラスタリング手法の提案 (2018)
  • 著者名/発表者名: 吉田健太・桑谷立・安本篤史・原口悟・上木賢太・岩森光
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] Micro-excavation and direct chemical analysis of frozen fluid inclusion using cryo-FIB-SEM-EDS: a novel tool for petrographic description (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, K., Orozbaev, R., Hirajima, T., Miyake, A., Tsuchiyama, A., Bakirov, A., Takasu, A., and Sakiev, K.
  • 学会等名: European Geoscience Union (EGU) General Assembly 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Cryo-FIB-SEM-EDSを用いた流体包有物の個別化学組成分析：キルギス共和国マクバル岩体の超高圧変成岩の例 (2017)
  • 著者名/発表者名: 吉田健太・Orozbaev Rustam・平島崇男・三宅亮・土`山明・Bakirov Apas・高須晃・Sakiev Kadyrbek
  • 学会等名: 日本地質学会第124回学術大会
• [学会発表] 多変量解析による日本列島深層地下水の化学的特徴の抽出 (2017)
  • 著者名/発表者名: 吉田健太・中村仁美・桑谷立・原口悟・風早康平・高橋正明・岩森光
  • 学会等名: 日本地球化学会第64回年会
• [学会発表] Geochemical-petrological evolution under the paleo subduction zone identified by machine-learning techniques (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, K., Kuwatani, T., Hirajima,T., Iwamori, H., and Akaho, S
  • 学会等名: International Meeting on "High-Dimensional Data-Driven Science"
  • 国際学会
• [学会発表] Direct chemical analysis of individual fluid inclusion by cryo-FIB-SEM-EDS: an application to the UHP Tlc-Grt-Cld schist from the Makbal Complex, Kyrgyz (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, K., Orozbaev, R., Hirajima, T., Miyake, A., Tsuchiyama, A., Bakirov, A., Takasu, A., and Sakiev, K.
  • 学会等名: 12th International Eclogite Conference
  • 国際学会
• [学会発表] 機械学習により検出された累進変成作用下での全岩化学組成の発展的変化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 吉田健太・桑谷立・平島崇男・岩森光・赤穗昭太郎
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
• [学会発表] Quantitative analysis of the small fluid inclusion using FIB-XCT technique and Raman microscopy. (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, K., Hirajima, T., Miyake, A., Tsuchiyama, A., Ohi, S., Nakano, T., and Uesugi, K.
  • 学会等名: 13th Confocal Raman Imaging Symposium
  • 発表場所: Ulm (ドイツ)
  • 年月日: 2016-09-26
  • 国際学会
• [学会発表] PCA/ICAによる深層地下水データベースの多変量解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 吉田健太・桑谷立・中村仁美・原口悟・風早康平・高橋正明・岩森光
  • 学会等名: 日本鉱物科学会2016年年会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県金沢市）
  • 年月日: 2016-09-23
• [学会発表] 非負値行列分解による広域変成岩の全岩化学組成特徴抽出～四国・三波川変成帯を例として～ (2016)
  • 著者名/発表者名: 吉田健太・赤穗昭太郎・岩森光・桑谷立
  • 学会等名: 日本地質学会第123回学術大会
  • 発表場所: 日本大学文理学部（東京都世田谷区）
  • 年月日: 2016-09-10
• [学会発表] Stretching and Freezing Processes of Fluid Inclusion Density during the Exhumation of Metamorphic Rocks. (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, K.
  • 学会等名: Goldschimidt Conference
  • 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] 炭質物温度計を用いた紀伊半島毛原層とその周辺地域の変成温度見積もり (2016)
  • 著者名/発表者名: 吉田健太・青柳直希・加藤亮吏・平島崇男
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2016年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉県千葉市）
  • 年月日: 2016-05-25
• [備考] Yoshida Kenta's webpage
  • URL: https://metamorphicfl.jimdofree.com
• [備考] YOSHIDA Kenta's Webpage
  • URL: https://metamorphicfl.jimdo.com
• [備考] Goldschmidt 2019 Awards
  • URL: https://goldschmidt.info/2019/medalsView
• [備考] YOSHIDA Kenta's Webpage
  • URL: http://metamorphicfl.jimdo.com
• [備考] JAMSTEC Data-driven Science Analytical Platform
  • URL: http://dsap.jamstec.go.jp