地殻流体の実態と島弧ダイナミクスに対する役割の解明

2017 年度 実績報告書

• 研究領域: 地殻ダイナミクス ー東北沖地震後の内陸変動の統一的理解ー
• 研究課題/領域番号: 26109006
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 飯尾 能久 京都大学, 防災研究所, 教授 (50159547)
• 研究分担者: 小川 康雄 東京工業大学, 理学院, 教授 (10334525) ; 渡邊 了 富山大学, 大学院理工学研究部(都市デザイン学), 教授 (30262497) ; 田中 秀実 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 講師 (40236625) ; 風早 康平 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 地質調査総合センター, 上級主任研究員 (50356763) ; 角森 史昭 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (60291928) ; 梅田 浩司 弘前大学, 理工学研究科, 教授 (60421616) ; 石川 正弘 横浜国立大学, 大学院環境情報研究院, 教授 (70232270) ; 岩森 光 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球内部物質循環研究分野, 分野長 (80221795) ; 松本 則夫 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 地質調査総合センター, 研究グループ長 (80358051) ; 市來 雅啓 東北大学, 理学研究科, 助教 (80359182)
• 研究期間 (年度): 2014-07-10 – 2019-03-31
• キーワード: 地震波速度 / 電気伝導度 / クラック / 含水量 / 有馬型塩水

研究実績の概要

北上山地南部で広帯域MT観測・3次元解析を実施し、深度5-15kmに低比抵抗体の存在をイ メージした。さらに紀伊半島の広帯域データの3次元構造解析を進め、熊野酸性岩体の高比抵抗がプレート上面付近に達しそれが固着域に対応すること、熊野酸性岩体の高比抵抗の縁部に温泉が分布することを見出した。無水透輝石多結晶焼結体の弾性波速度測定を行った。また、青色片岩を、高圧下で昇温しながら弾性波速度を測定し、脱水反応と弾性波速度の関係を調べた。細粒アルミナを焼鈍して熱クラックを生じさせ、弾性波速度の低下を詳細観察した。天然の花崗岩と蛇紋岩の高封圧下での電気伝導度（σ）は、ある圧力でクラックが閉じる挙動を示すが、試料によりその圧力は異なり，粒界構造の違いを反映していることを見出した。岩石・流体物性をフォワードに再現する数値モデルを構築し、地震波速度・電気伝導度のインバージョンを行う準備を行った。また、含水岩石物性を考慮したマントル対流シミュレーションを行い、地球様のプレート運動が再現される条件を制約した。地殻流体の組成の時間変化を捉えるための質量分析計を観測点に設置できるように改良した。マントルヘリウムを測定するための付属装置の開発を進めた。東北地方において，マグマ起源地殻流体の上昇域を明らかにするため，Cl-Br-Iを用いたマグマ，海水，続成流体の起源分離手法を検討した．また，兵庫県南部において，リモナイトを産する“赤水”湧水の分布調査を行い，有馬型熱水及び断層との関連性を検討した． 2016年熊本地震の強震動で阿蘇山体の透水性が増加したことで説明可能な河川の流量の増加を見出した．井戸の水理試験と長期水位観測で求めた中央構造線断層帯（MTL)の透水係数は、MTLの露頭で断層帯の距離ごとのサンプルから求めた既往研究と類似した値となり、MTLの複雑な透水構造が原位置試験でも示された。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

地震-火山活動、地殻変動など、地殻ダイナミクスの理解に重要と考えられる「地殻流体の分布や流量」を明らかにすることが、本計画研究の目的であり、新学術領域「地殻流体」で得られた知見を発展させ、地磁気地電流(MT)観測・岩石物性測定・地殻流体インバージョン・深部由来流体計測により、流体分布や流量の定量的制約を目指している。本年度は、宮城県北部及び紀伊半島南部で3次元比抵抗解析、含水花崗岩や焼結極細粒多結晶体の弾性波速度・電気伝導度測定、無水・含水岩石の地震波速度・電気伝導度を再現する数値モデルを改良、熊本地震震源域周辺の温泉水・地下水の調査と分析、野島断層における揚水試験や地下水位連続観測からの透水係数の透水係数の推定など成果が上がっている。

今後の研究の推進方策

北上山地で補助観測を行い前弧側の3次元比抵抗モデル解析を行う。紀伊半島では長周期MTの補助観測を行い3次元解析を進める。東北地方の長周期MTデータ解析を進める。多結晶焼結体や天然岩石について、含水岩石の封圧下での弾性波速度，電気伝導度測定を行う。

研究成果

• [雑誌論文] High-precision in situ analysis of Pb isotopes in melt inclusions by LA-ICP-MS and application of independent component analysis (2018)
  • 著者名/発表者名: Hamada, M., Kimura, J.-I., Chang, Q., Hanyu, T., Ushikubo, T., Shimizu, K., Ito, M., Ozawa, T., and Iwamori, H.
  • 雑誌名: Geochem. J. 巻: 52(1) ページ: 69-74
  • DOI: 10.2343/geochemj.2.0497.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Extremely weak fault planes: An estimate of focal mechanisms from stationary seismic activity in the San’in district, Japan (2018)
  • 著者名/発表者名: Iio, Y., Kishimoto, S., Nakao, S., Miura, T., Yoneda, I., Sawada, M., and Katao, H.
  • 雑誌名: Tectonophysics 巻: 723, ページ: 136-148
  • DOI: doi:10.1016/j.tecto.2017.12.007
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In-situ permeability of fault zones estimated by hydraulic tests and continuous groundwater-pressure observations (2018)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto Norio、Shigematsu Norio
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 70 ページ: -
  • DOI: 10.1186/s40623-017-0765-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Distribution of slab-derived fluids around the edge of the philippine sea plate from central to northeast Japan (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, H., Iwamori, H., Ishizuka, O., and Nishizawa, T.
  • 雑誌名: Tectonophysics 巻: 723 ページ: 297-308
  • DOI: 10.1016/j.tecto.2017.12.004.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Author correction: Uplift of the central transantarctic mountains (2018)
  • 著者名/発表者名: Wannamaker, P., Hill, G., Stodt, J., Maris, V., Ogawa, Y., Selway, K., Boren, G., Bertrand, E., Uhlmann, D., Ayling, B., Green, A. M., and Feucht, D.
  • 雑誌名: Nat. Commun. 巻: 9(1) ページ: 740
  • DOI: 10.1038/s41467-018-03349-y
  • 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 (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, K., Kuwatani, T., Hirajima, T., Iwamori, H., and Akaho, S.
  • 雑誌名: J. Metamorph. Geol., 巻: 36(1) ページ: 41-54
  • DOI: 10.1111/jmg.12282.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 3-D electrical resistivity structure based on geomagnetic transfer functions exploring the features of arc magmatism beneath Kyushu, Southwest Japan Arc (2017)
  • 著者名/発表者名: Hata Maki、Uyeshima Makoto、Handa Shun、Shimoizumi Masashi、Tanaka Yoshikazu、Hashimoto Takeshi、Kagiyama Tsuneomi、Utada Hisashi、Munekane Hiroshi、Ichiki Masahiro、Fuji-ta Kiyoshi
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Solid Earth 巻: 122 ページ: 172～190
  • DOI: 10.1002/2016jb013179
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mapping subduction interface coupling using magnetotellurics: Hikurangi margin, New Zealand (2017)
  • 著者名/発表者名: Heise W.、Caldwell T. G.、Bannister S.、Bertrand E. A.、Ogawa Y.、Bennie S. L.、Ichihara H.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 44 ページ: 9261～9266
  • DOI: 10.1002/2017gl074641
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Which is heterogeneous, stress or strength? An estimation from high-density seismic observations (2017)
  • 著者名/発表者名: Iio Yoshihisa、Yoneda Itaru、Sawada Masayo、Miura Tsutomu、Katao Hiroshi、Takada Yoichiro、Omura Kentaro、Horiuchi Shigeki
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 69 ページ: -
  • DOI: 10.1186/s40623-017-0730-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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: Iwamori Hikaru、Yoshida Kenta、Nakamura Hitomi、Kuwatani Tatsu、Hamada Morihisa、Haraguchi Satoru、Ueki Kenta
  • 雑誌名: Geochemistry, Geophysics, Geosystems 巻: 18 ページ: 994～1012
  • DOI: 10.1002/2016gc006663
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Long-Term Stability of Plate-Like Behavior Caused by Hydrous Mantle Convection and Water Absorption in the Deep Mantle (2017)
  • 著者名/発表者名: Nakagawa Takashi、Iwamori Hikaru
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Solid Earth 巻: 122 ページ: 8431～8445
  • DOI: 10.1002/2017jb014052
  • 査読あり
• [雑誌論文] Genesis of ultra-high-Ni olivine in high-Mg andesite lava triggered by seamount subduction (2017)
  • 著者名/発表者名: Nishizawa Tatsuji、Nakamura Hitomi、Churikova Tatiana、Gordeychik Boris、Ishizuka Osamu、Haraguchi Satoru、Miyazaki Takashi、Vaglarov Bogdan Stefanov、Chang Qing、Hamada Morihisa、Kimura Jun-Ichi、Ueki Kenta、Toyama Chiaki、Nakao Atsushi、Iwamori Hikaru
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7(1) ページ: 11515
  • DOI: 10.1038/s41598-017-10276-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Determination of elastic constants of single-crystal chromian spinel by resonant ultrasound spectroscopy and implications for fluid inclusion geobarometry (2017)
  • 著者名/発表者名: Ono Kenya、Harada Yuya、Yoneda Akira、Yamamoto Junji、Yoshiasa Akira、Sugiyama Kazumasa、Arima Hiroshi、Watanabe Tohru
  • 雑誌名: Physics and Chemistry of Minerals 巻: 45 ページ: 237～247
  • DOI: doi:10.1007/s00269-017-0912-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Determination of elastic constants of a single-crystal topaz and their temperature dependence via sphere resonance method (2017)
  • 著者名/発表者名: Sema Fumie、Watanabe Tohru
  • 雑誌名: Physics of the Earth and Planetary Interiors 巻: 271 ページ: 64～72
  • DOI: 10.1016/j.pepi.2017.08.006
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Sintering nanocrystalline diopside from pulverized diopside crystals (2017)
  • 著者名/発表者名: Tsubokawa, Y., and Ishikawa, M.
  • 雑誌名: J. Mineral. Petrol. Sci., 巻: 112(3) ページ: 127-131
  • DOI: 10.2465/jmps.161114c.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sintering polycrystalline olivine and polycrystalline clinopyroxene containing trace amount of graphite from natural crystals (2017)
  • 著者名/発表者名: Tsubokawa Yumiko、Ishikawa Masahiro
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 69 ページ: -
  • DOI: 10.1186/s40623-017-0717-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Geochemical differentiation processes for arc magma of the sengan volcanic cluster, northeastern Japan, constrained from principal component analysis (2017)
  • 著者名/発表者名: Ueki, K., and Iwamori, H.
  • 雑誌名: Lithos 巻: 290-291 ページ: 60-75
  • DOI: 10.1016/j.lithos.2017.08.001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Uplift of the central transantarctic mountains (2017)
  • 著者名/発表者名: Wannamaker, P., Hill, G., Stodt, J., Maris, V., Ogawa, Y., Selway, K., Boren, G., Bertrand, E., Uhlmann, D.,
  • 雑誌名: Nat. Commun. 巻: 8(1) ページ: 1588
  • DOI: 10.1038/s41467-017-01577-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Heat transport and coupling modes in rayleigh-benard convection occurring between two layers with largely different viscosities (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, M., Iwamori, H., Hamano, Y., and Suetsugu, D.
  • 雑誌名: Physics of Fluids 巻: 29(9) ページ: 096602
  • DOI: 10.1063/1.4989592
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 岩石の弾性波速度に基づく島弧地殻深部及び最上部マントルの構成岩石の推定：伊豆弧と東北本州弧 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石川正弘
  • 雑誌名: 地質雑 巻: 123(6) ページ: 355-364
  • DOI: 10.5575/geosoc.2017.0027
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] 地震観測システムの小型化・軽量化・低コスト化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 飯尾能久,
  • 雑誌名: 日本地震工学会誌. 巻: 32 ページ: 8-12
• [雑誌論文] 2016年熊本地震の発生過程について (2017)
  • 著者名/発表者名: 飯尾能久
  • 雑誌名: 防災研究所年報 巻: 60 A ページ: 158-163
• [雑誌論文] 鳥取県西部地域における満点地震観測 (2017)
  • 著者名/発表者名: 飯尾能久,米田 格,澤田麻沙代,伊藤喜宏,片尾 浩,冨坂和秀,長岡愛理, 松本 聡,宮崎真大,酒井慎一,加藤愛太郎,林 能成,山品匡史, 大久保慎人,野口竜也,香川敬生
  • 雑誌名: 防災研究所年報 巻: 60 B ページ: 382-389.
• [雑誌論文] 飯豊山は噴火するか？－地質，地球物理，地球化学データから見た飯豊山下の深部構造－ (2017)
  • 著者名/発表者名: 梅田浩司
  • 雑誌名: 青森地学 巻: 62 ページ: 1-3.
• [学会発表] 山陰ひずみ集中帯におけるヘリウム同位体比 (2017)
  • 著者名/発表者名: 梅田 浩司, 浅森 浩一, 雑賀 敦, 西村 卓也
  • 学会等名: JpGU-AGU joint meeting 2017
  • 招待講演
• [学会発表] Spatial heterogeneity of crustal stress invited (2017)
  • 著者名/発表者名: Iio, Y.
  • 学会等名: IAG-IASPEI 2017
  • 招待講演
• [学会発表] 沈み込み帯の水循環：西南日本及び東北日本弧 (2017)
  • 著者名/発表者名: 風早康平，高橋 浩，森川徳敏，高橋正明，東郷洋子，安原正也，佐藤 努，岩森 光，田中秀美
  • 学会等名: 2017年度日本地球化学会第64回年会
  • 招待講演
• [学会発表] 西南日本の非火山性地域における深層地下水・ガスの起源・流動 (2017)
  • 著者名/発表者名: 森川徳敏，風早康平，高橋正明，高橋 浩，大和田道子
  • 学会等名: 2017年度日本地球化学会第64回年会
  • 招待講演
• [学会発表] East-west mantle geochemical hemispheres and their implications for top-down hemispherical dynamics (2017)
  • 著者名/発表者名: Iwamori, H., Nakamura, H., Yoshida, M., Yanagi, R., Nakagawa, T.
  • 学会等名: High-Pressure Mineral Physics Seminar (HPMPS-9)
  • 招待講演
• [学会発表] Geochemical heterogeneity of the Earth’s mantle and its implications for the dynamics (2017)
  • 著者名/発表者名: wamori, H.
  • 学会等名: Geophysical Laboratory Seminar, Carnegie Institution of Washington
  • 招待講演