地震断層における熱圧化履歴の地球化学的・岩石学的評価

• 研究課題/領域番号: 24340127
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 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, 高知コア研究所, 研究所長 (30270979)
• 連携研究者: 廣野 哲朗 大阪大学, 大学院理学研究科, 准教授 (70371713)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 13,130千円 (直接経費: 10,100千円、間接経費: 3,030千円); 2015年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円); 2014年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2013年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2012年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
• キーワード: 自然災害 / 地震 / 地球化学 / 地質学 / 断層 / 地震断層 / 微量元素 / 同位体 / 熱圧化 / 流体 / 断層滑り

研究成果の概要

地震時の断層滑りを大きく拡大させる要因である熱圧化を、個々の地震断層が過去に経験したかどうかを評価するための手法として、断層の岩石の化学分析を検討した。米国のコディアック付加体中のプレート境界断層および長野県の中央構造線の活断層について、熱圧化の前提となる高温（250～>350℃）の水（流体）が地震時に存在した化学的証拠を分析により示した。また、地震時の断層滑りを再現する室内実験に基づき、高温流体が断層の岩石の化学組成を変化させることを立証した。300℃を超える温度条件では断層の岩石の化学組成変化はモデル計算による予想と概ね一致し、断層の熱圧化履歴の化学的評価法構築に向けて前進した。

研究成果

• [雑誌論文] Trace element anomaly in fault rock induced by coseismic hydrothermal reactions reproduced in laboratory friction experiments (2015)
  • 著者名/発表者名: Wataru Tanikawa, Tsuyoshi Ishikawa, Go Honda, Tetsuro Hirono, and Osamu Tadai
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 42 号: 9 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1002/2015gl063195
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sr, Nd, and Pb isotope compositions of hemipelagic sediment in the Shikoku Basin: Implications for sediment transport by the Kuroshio and Philippine Sea plate motion in the late Cenozoic (2015)
  • 著者名/発表者名: Saitoh, Y., Ishikawa, T., Tanimizu, M., Murayama, M., Ujiie, Y., Yamamoto, Y., Ujiie, K. and Kanamatsu, T.
  • 雑誌名: Earth and Planetary Science Letters 巻: 421 ページ: 47-57
  • 査読あり
• [雑誌論文] 阿寺断層田瀬露頭における断層ガウジの鉱物学的・地球化学的特徴 (2015)
  • 著者名/発表者名: 加藤尚希, 廣野哲朗, 石川剛志, 大谷具幸
  • 雑誌名: 活断層研究 巻: 43 ページ: 1-16
  • NAID: 130006135427
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Boron isotopic geochemistry of vent fluids from arc/back-arc seafloor hydrothermal systems in the western Pacific. (2015)
  • 著者名/発表者名: Yamaoka, K., Hong, E., Ishikawa, T., Gamo, T., Kawahata, H.
  • 雑誌名: Chem. Geol. 巻: 392 ページ: 9-18
  • DOI: 10.1016/j.chemgeo.2014.11.009
  • 査読あり
• [雑誌論文] Boron isotope systematics of a fossil hydrothermal system from the Troodos ophiolite, Cyprus: water-rock interactions in the oceanic crust and subseafloor ore deposits (2015)
  • 著者名/発表者名: Yamaoka, K., Matsukura, S., Ishikawa, T. and Kawahata, H.
  • 雑誌名: Chemical Geology 巻: 396 ページ: 61-73
  • DOI: 10.1016/j.chemgeo.2014.12.023
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Geochemical and mineralogical characteristics of fault gouge in the Median Tectonic Line, Japan: evidence for earthquake slip (2014)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa, T., Hirono, T., Matsuta, N., Kawamoto, K., Fujimoto, K., Kameda, J., Nishio, Y., Maekawa, Y. and Honda, G.
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 66:36 号: 1 ページ: 1-20
  • DOI: 10.1186/1880-5981-66-36
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Re-evaluation of frictional heat recorded in the dark gouge of the shallow part of a megasplay fault at the Nankai Trough (2014)
  • 著者名/発表者名: Hirono, T., Ishikawa, T., Masumoto, H., Kameda, J., Yabuta, H. and Mukoyoshi H.
  • 雑誌名: Tectonophysics 巻: 626 ページ: 157-169
  • DOI: 10.1016/j.tecto.2014.04.020
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fluid-rock interaction recorded in the black fault rocks in the Kodiak accretionary complex, Alaska (2014)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, A., Ishikawa, T., Kato, Y., Nozaki, T., Meneghini, F., Rowe, C.D, Moore, C., Tsutsumi, A. and Kimura, G.
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 66 号: 1 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1186/1880-5981-66-58
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mineral assemblage anomalies in the slip zone of the 1999 Taiwan Chi-Chi earthquake: Ultrafine particles preserved only in the latest slip zone (2014)
  • 著者名/発表者名: Hirono, T., Kameda, J., Kanda, H., Tanikawa, W. and Ishikawa, T.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 41 号: 9 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1002/2014gl059805
  • 査読あり
• [雑誌論文] Estimation of slip parameters associated with frictional heating during the 1999 Taiwan Chi-Chi earthquake by vitrinite reflectance geothermometry (2014)
  • 著者名/発表者名: Maekawa, Y., Hirono, T., Yabuta, H., Mukoyoshi, H., Kitamura, M., Ikehara, M., Tanikawa, W. and Ishikawa, T.
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 66:28 号: 1 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1186/1880-5981-66-28
  • NAID: 120006800837
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Low coseismic friction on the Tohoku-oki fault determined from temperature measurements (2013)
  • 著者名/発表者名: Fulton, P. M., Brodsky, E. E., Kano, Y., Mori, J., Chester, F., Ishikawa, T., Jarris, R. N., Lin, W., Eguchi, N., Toczko, S. and the Exp.343/343T and KR13-08 Scientists
  • 雑誌名: Science 巻: 342 号: 6163 ページ: 1214-1217
  • DOI: 10.1126/science.1243641
  • 査読あり
• [雑誌論文] Importance of mechanochemical effects on fault slip behavior during earthquakes (2013)
  • 著者名/発表者名: Tetsuro Hirono, Wataru Tanikawa, Go Honda, Jun Kameda, Jun-ichi Fukuda, Tsuyoshi Ishikawa
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 40 号: 12 ページ: 2988-2992
  • DOI: 10.1002/grl.50609
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure and composition of the plate-boundary slip zone for the 2011 Tohoku-oki earthquake (2013)
  • 著者名/発表者名: Chester, F. M., Rowe, C., Ujiie, K., Kirkpatrick, J., Regalla, C., Remitti, F., Moore, J. C., Toy, V., Wolfson-Schwehr, M., Bose, S., Kameda, J., Mori, J. J., Brodsky, E. E., Eguchi, E., Toczko, S. and Expedition 343 and 343T Scientists
  • 雑誌名: Science 巻: 342 号: 6163 ページ: 1208-1211
  • DOI: 10.1126/science.1243719
  • 査読あり
• [雑誌論文] and Expedition 343 and 343T Scientists (2013) Low coseismic shear stress on the Tohoku-Oki megathrust determined from laboratory experiments (2013)
  • 著者名/発表者名: Ujiie, K., Tanaka, H., Saito, T., Tsutsumi, A., Mori, J. J., Kameda, J., Brodsky, E. E., Chester, F. M., Eguchi, N., Toczko, S
  • 雑誌名: Science 巻: 342 号: 6163 ページ: 1211-1214
  • DOI: 10.1126/science.1243485
  • 査読あり
• [雑誌論文] 長野県天然記念物, 中央構造線安康露頭の原岩の判定と地質境界断層の決牢-偏光顕微鏡観察と化学分析の対比- (2013)
  • 著者名/発表者名: 河本和朗・石川剛志・松多範子・廣野哲朗
  • 雑誌名: 伊那谷自然研究論集 巻: 14(印刷中)
• [雑誌論文] 断層岩の微量元素組成・同位体組成からみた地震時の流体岩石相互作用 (2012)
  • 著者名/発表者名: 石川剛志・廣野哲朗
  • 雑誌名: 地球化学 巻: 46 ページ: 217-230
  • NAID: 110009577761
  • 査読あり
• [雑誌論文] Boron and oxygen isotope systematics for a complete section of oceanic crustal rocks in the Oman ophiolite (2012)
  • 著者名/発表者名: Yamaoka K, Ishikawa T, Matsubaya O, Ishiyama D, Nagaishi K, Hiroyasu Y, Chiba H, Kawahata H
  • 雑誌名: GEOCHIMICA ET COSMOCHIMICA ACTA 巻: 84 ページ: 543-559
  • DOI: 10.1016/j.gca.2012.01.043
  • 査読あり
• [学会発表] Evaluation of coseismic processes in fault zones based on geochemical analyses of fault (2016)
  • 著者名/発表者名: Tsuyoshi Ishikawa
  • 学会等名: Symposium on subduction zone earthquakes in Nankai Trough & Japan Trench
  • 発表場所: ERI, University of Tokyo（東京都文京区）
  • 年月日: 2016-02-12
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 断層岩の微量元素分析に基づく摩擦溶融の評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 石川剛志・氏家恒太郎・松岡淳・永石一弥・川合達也
  • 学会等名: 日本地質学会第122年学術大会
  • 発表場所: 信州大学（長野県長野市）
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] 沈み込み帯の断層における地震時の流体岩石相互作用：断層岩の化学分析からのアプローチ (2015)
  • 著者名/発表者名: 石川剛志
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2015年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場（千葉県千葉市）
  • 年月日: 2015-05-25
  • 招待講演
• [学会発表] Boron Isotope Constraints on Fluid-Rock Interactions in the Shallow Megathrust at the Japan Trench (2014)
  • 著者名/発表者名: Tsuyoshi Ishikawa, Jun Matsuoka, Jun Kameda, James Mori, Frederick Chester
  • 学会等名: AGU 2014 Fall Meeting
  • 発表場所: San Francesco, USA
  • 年月日: 2014-12-19
• [学会発表] 中央構造線の断層帯における地震時の流体岩石相互作用と深部流体の寄与 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石川剛志，廣野哲朗，松多範子，河本和朗，藤本光一郎，亀田純，西尾嘉朗，前川由佳，本多剛
  • 学会等名: 2014年度日本地球化学会年会
  • 発表場所: 富山大学, 富山県富山市
  • 年月日: 2014-09-18
• [学会発表] Trace element and isotope characteristics of core samples from the Japan Trench Fast Drilling Project (JFAST) (2014)
  • 著者名/発表者名: Tsuyoshi Ishikawa, Jun Matsuoka, Jun Kameda, James Mori, Frederick Chester
  • 学会等名: AOGS 2014
  • 発表場所: Royton Sapporo Hotel, Sapporo, Japan
  • 年月日: 2014-08-01
• [学会発表] Evaluation of coseismic fluid-rock interactions in fault zones based on trace element and isotope analyses of fault rocks (2014)
  • 著者名/発表者名: Tsuyoshi Ishikawa
  • 学会等名: Goldschmidt Conference 2014
  • 発表場所: Sacramento, USA
  • 年月日: 2014-06-12
  • 招待講演
• [学会発表] JFAST geochemistry (2014)
  • 著者名/発表者名: Tsuyoshi Ishikawa
  • 学会等名: JTRACK Workshop
  • 発表場所: JAMSTEC Tokyo Office, Tokyo, Japan
  • 年月日: 2014-05-16
• [学会発表] JFASTコア試料の微量元素・同位体組成から見た日本海溝地震断層帯の地球化学的特徴 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石川剛志，松岡淳，亀田純，James Mori，Frederick Chester
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2014年大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜, 神奈川県横浜市
  • 年月日: 2014-04-28
• [学会発表] Interstitial Water Chemistry From the Japan Trench Fast Drilling Project (JFAST) : Results from Stable Isotopes and Dissolved Ions (2012)
  • 著者名/発表者名: J. Sample, T. Ishikawa, K Takai, et al.
  • 学会等名: AGU 2012 Fall Meeting
  • 発表場所: San Francesco, USA
  • 年月日: 2012-12-04
• [学会発表] Boron and Strontium Isotope Systematics of Interstitial Water from 1ODP Expedition 343, Japan Trench Fast Drilling Project (JFAST) (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Ishikawa, J. Sample, K. Takai, et al.
  • 学会等名: AGU 2012 Fall Meeting
  • 発表場所: San Francesco, USA
  • 年月日: 2012-12-03
• [学会発表] IODP第343次研究航海(JFAST)で採取された間隙水試料の地球化学分析-予察的結果 (2012)
  • 著者名/発表者名: 石川剛志・James Sample・高井研, ほか
  • 学会等名: 日本地質学会第119年学術大会
  • 発表場所: 大阪府立大学
  • 年月日: 2012-09-16
• [学会発表] Coseismic fluid-rock interaction in an active fault zone estimated from Sr speciation analysis of fault gauge (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Tanimizu, T. Ishikawa., et al.
  • 学会等名: V M. Goldschmidt Conference 2012
  • 発表場所: Montreal, Canada
  • 年月日: 2012-06-26
• [学会発表] Geochemical characteristics of core samples from IODP Expedition 343, Japan Trench Fast Drilling Project (JFAST)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa, T., Matsuoka, J., Mori, J., Chester, F., Eguchi, N., Toczko, S., and Expedition 343 Scientists
  • 学会等名: AGU 2013 Fall Meeting
  • 発表場所: Moscone Center, San Francesco, USA
• [学会発表] Boron and strontium isotope constraint on the origin of interstitial water from IODP Expedition 343, JFAST
  • 著者名/発表者名: Ishikawa, T., Sample, J., Takai, K., Chester, F., Mori, J., Eguchi, N., Toczko, S. and Expedition 343 Scientists
  • 学会等名: JpGU 2012 Meeting
  • 発表場所: Makuhari Messe, Chiba
• [学会発表] 微量元素・同位体分析が明らかにする地震断層のすべりメカニズム
  • 著者名/発表者名: 石川剛志
  • 学会等名: プラズマ分光分析研究会第88回講演会
  • 発表場所: 徳島大学, 徳島県
  • 招待講演
• [学会発表] IODP 東北地方太平洋沖地震調査掘削（JFAST）で得られたコア試料の微量元素分析
  • 著者名/発表者名: 石川剛志・松岡淳・James Mori・Frederick Chester・江口暢・Sean Toczko・Expedition 343乗船研究者一同
  • 学会等名: 2013年度日本地球化学会第59回年会
  • 発表場所: 筑波大学, 茨城県
• [学会発表] JFAST掘削コア試料の微量元素組成
  • 著者名/発表者名: 石川剛志・松岡淳・James Mori・ Frederick Chester・江口暢久・Sean Toczko・Expedition 343 乗船研究者一同
  • 学会等名: 日本地質学会第120年学術大会
  • 発表場所: 東北大学, 宮城県
• [学会発表] Low coseismic friction on the Tohoku fault determined from subseafloor temperature measurements
  • 著者名/発表者名: Fulton, P. M., Brodsky, E. E., Kano, Y., Mori, J. J., Chester, F. M., Ishikawa, T., Harris, R. N., Lin, W., Eguchi, N., Toczko, S., and Expedition 343/343T Scientists
  • 学会等名: AGU 2013 Fall Meeting
  • 発表場所: Moscone Center, San Francesco, USA
• [備考] プレスリリース：東北地方太平洋沖地震における巨大地震・津波発生メカニズムの解明
  • URL: http://www.jamstec.go.jp/j/about/press_release/20131206/