スロー地震の地質学的描像と摩擦・水理特性の解明

2020 年度 実績報告書

• 研究領域: スロー地震学
• 研究課題/領域番号: 16H06476
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 氏家 恒太郎 筑波大学, 生命環境系, 准教授 (40359188)
• 研究分担者: 片山 郁夫 広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 教授 (10448235) ; 森 康 北九州市立自然史・歴史博物館, 自然史課, 学芸員 (20359475) ; WALLIS R・Simon 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (30263065) ; 橋本 善孝 高知大学, 教育研究部自然科学系理工学部門, 教授 (40346698) ; 谷川 亘 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), 主任研究員 (70435840) ; 堤 昭人 京都大学, 理学研究科, 准教授 (90324607)
• 研究期間 (年度): 2016-06-30 – 2021-03-31
• キーワード: 交代作用 / 緑泥石アクチノ閃石片岩 / 泥質片岩 / 石英脈

研究実績の概要

マントルウェッジ付近で形成された西樫山メランジュと三重メランジュ、深部スロー地震発生域で形成されたトムル変成岩を対象に地質学的研究を行った。その結果、以下のことが明らかになった。

西樫山メランジュでは、緑泥石アクチノ閃石片岩と泥質片岩の間での交代作用に伴って脱水、石英脈の形成、粘性剪断集中が発生し、ひずみ速度が2桁増加していたことが明らかになった。これにメランジュの厚さを加味することで、すべり速度が得られ、測地観測で明らかになっているスロースリップのすべり速度に匹敵することが明らかになった。これにより、スロースリップの発生要因の１つとして、交代作用による粘性剪断集中に伴うすべり速度の増加という、新たな地質学的描像を得ることが出来た。三重メランジュでは、緑泥石アクチノ閃石片岩と塩基性片岩の間での交代作用に伴って脱水と細粒アクチノ閃石の形成が起こり、圧力溶解クリープのもと粘性剪断変形が集中していたことが明らかになった。これにレオロジーモデルを適用することで、細粒アクチノ閃石で構成される粘性剪断帯は、スロースリップを担えることが明らかになった。また、メランジュ中に分布する蛇紋岩においても剪断変形が集中し、圧力溶解クリープにより蛇紋岩を構成するアンチゴライトの面構造が形成されたことが明らかになった。

トムル変成岩：泥質片岩と塩基性片岩中に発達する石英脈を対象に、誘導結合プラズマ質量分析とSr-Nd同位体比分析を行った。その結果、塩基性片岩からの脱水では石英脈は形成されず、泥質片岩からの脱水に起因することが明らかになった。これにより、深部スロー地震発生域で高流体圧を発生させ、テクトニック微動を引き起こす流体は、泥質片岩からの脱水に由来することが明らかになった。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Depth‐Dependent Slow Earthquakes Controlled by Temperature Dependence of Brittle‐Ductile Transitional Rheology (2023)
  • 著者名/発表者名: Ando Ryosuke、Ujiie Kohtaro、Nishiyama Naoki、Mori Yasushi
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 50 ページ: -
  • DOI: 10.1029/2022GL101388
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Middle Miocene forearc alkaline magmatism in Amami-Oshima Island, central Ryukyu Arc: implications for paleoreconstruction of Shikoku Basin (2023)
  • 著者名/発表者名: Motohashi Ginta、Ishizuka Osamu、Oda Hirokuni、Sano Takashi、Sekimoto Shun、Ujiie Kohtaro
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 75 ページ: -
  • DOI: 10.1186/s40623-022-01760-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Megathrust Shear Modulated by Albite Metasomatism in Subduction Melanges (2022)
  • 著者名/発表者名: Ujiie Kohtaro、Noro Kazuya、Shigematsu Norio、Fagereng Ake、Nishiyama Naoki、Tulley Christopher J.、Masuyama Haruna、Mori Yasushi、Kagi Hiroyuki
  • 雑誌名: Geochemistry, Geophysics, Geosystems 巻: 23 ページ: -
  • DOI: 10.1029/2022GC010569
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Rheology of Naturally Deformed Antigorite Serpentinite: Strain and Strain‐Rate Dependence at Mantle‐Wedge Conditions (2022)
  • 著者名/発表者名: Tulley C. J.、Fagereng A.、Ujiie K.、Piazolo S.、Tarling M. S.、Mori Y.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 49 ページ: -
  • DOI: 10.1029/2022GL098945
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Embrittlement Within Viscous Shear Zones Across the Base of the Subduction Thrust Seismogenic Zone (2022)
  • 著者名/発表者名: Tulley C. J.、Fagereng A.、Ujiie K.、Diener J. F. A.、Harris C.
  • 雑誌名: Geochemistry, Geophysics, Geosystems 巻: 23 ページ: -
  • DOI: 10.1029/2021GC010208
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Deformation Process and Mechanism of the Frontal Megathrust at the Nankai Subduction Zone (2022)
  • 著者名/発表者名: Kimura Gaku、Hamada Yohei、Yabe Suguru、Yamaguchi Asuka、Fukuchi Rina、Kido Yukari、Maeda Lena、Toczko Sean、Okuda Hanaya、Ogawa Nobuhiro、Morioka Hitoshi、Ujiie Kohtaro、Saffer Demian
  • 雑誌名: Geochemistry, Geophysics, Geosystems 巻: 23 ページ: -
  • DOI: 10.1029/2021GC009855
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 震源域の物質から探る巨大地震とスロー地震の発生メカニズム (2022)
  • 著者名/発表者名: 氏家恒太郎
  • 雑誌名: 科学 巻: 92 ページ: 893-897
• [雑誌論文] 総説：スロー地震に関する地質学的・実験的・地震学的研究の連携と進展 (2022)
  • 著者名/発表者名: 氏家恒太郎、岡﨑啓史、平内健一、ウォリスサイモン
  • 雑誌名: 月刊地球 巻: 44 ページ: 511-513
• [雑誌論文] プレート沈み込み帯における微動の地質学的実体 (2022)
  • 著者名/発表者名: 氏家恒太郎、西山直毅、山下 穂
  • 雑誌名: 月刊地球 巻: 44 ページ: 543-550
• [雑誌論文] クラックシールせん断脈に記録されたスロー地震発生履歴 (2022)
  • 著者名/発表者名: 西山直毅、氏家恒太郎、加納将行
  • 雑誌名: 月刊地球 巻: 44 ページ: 551-560
• [学会発表] New factor controlling the downdip limit of the seismogenic megathrust (2023)
  • 著者名/発表者名: Ujiie Kohtaro, Norio Shigematsu
  • 学会等名: Slow-to-Fast earthquake workshop in Taiwan
  • 国際学会
• [学会発表] Deformation mechanisms and rheology of melange shear zones associated with seamount subduction (2023)
  • 著者名/発表者名: Frank Madison, Ujiie Kohtaro, Motohashi Ginta, Nagaya Takayoshi
  • 学会等名: Slow-to-Fast earthquake workshop in Taiwan
  • 国際学会
• [学会発表] Origin of fluid responsible for silica precipitation in source area of deep slow earthquakes (2023)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Hisaki, Sano Takashi, Ujiie Kohtaro
  • 学会等名: Slow-to-Fast earthquake workshop in Taiwan
  • 国際学会
• [学会発表] Timescales of silica precipitation compared to the earthquake recurrences around seismogenic zones SW Japan (2022)
  • 著者名/発表者名: Saishu Hanae, Otsubo Makoto, Okamoto Atsushi, Ujiie Kohtaro
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2022
• [学会発表] Deformation mechanisms in a tectonic melange of Amami-Oshima Island: Implications of seamount subduction at slow earthquake source depth (2022)
  • 著者名/発表者名: Frank Madison, Ujiie Kohtaro, Motohashi Ginta
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2022
• [学会発表] Field observations, microstructures, and frictional properties of the Red Island/Karamea shear zone, New Zealand (2022)
  • 著者名/発表者名: Frank Madison, Boulton Carolyn, Niemeijer Andre, Ujiie Kohtaro
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2022
• [学会発表] Change in slip mode along subduction megathrust controlled by metasomatic reactions near mantle wedge corner (2022)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama Naoki, Ujiie Kohtaro, Noro Kazuya, Mori Yasushi, Masuyama Haruna
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2022
• [学会発表] Deformation temperature and strain rate estimations for Mie melange of Nagasaki Metamorphic Rocks (2022)
  • 著者名/発表者名: Maehara Seiya, Ando Ryusuke, Nagaya Takayoshi, Ujiie Kohtaro, Wallis Simon
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2022
• [学会発表] Depth-dependence of shallow and deep slow earthquakes: ductility comes from friction or plasticity? (2022)
  • 著者名/発表者名: Ando Ryosuke, Ujiie Kohtaro, Mori Yasushi, Nishiyama Naoki
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2022
• [学会発表] Origin of overpressured fluids in subduction plate boundary near the downdip limit of the seismogenic zone (2022)
  • 著者名/発表者名: 西山直毅、角野浩史、氏家恒太郎
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2022
  • 招待講演
• [学会発表] Quartz vein formation and metasomatic reactions along the deep slow earthquake source in warm slab environments (2022)
  • 著者名/発表者名: Ujiie Kohtaro
  • 学会等名: アメリカ地質学会ペンローズ会議
  • 国際学会 / 招待講演