日仏共同ポリネシア海底観測・調査による上昇プルームの実態解明

2006 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 16253002
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 海外学術
• 研究分野: 固体地球惑星物理学
• 研究機関: 独立行政法人海洋研究開発機構
• 研究代表者: 深尾 良夫 独立行政法人海洋研究開発機構, 地球内部変動研究センター, センター長 (10022708)
• 研究分担者: 末次 大輔 独立行政法人海洋研究開発機構, 地球内部変動研究センター, グループリーダー (20359178) ; 塩原 肇 東京大学, 地震研究所, 助教授 (60211950) ; 羽生 毅 独立行政法人海洋研究開発機構, 地球内部変動研究センター, 研究員 (50359197) ; 杉岡 裕子 独立行政法人海洋研究開発機構, 地球内部変動研究センター, 研究員 (00359184) ; 鈴木 勝彦 独立行政法人海洋研究開発機構, 地球内部変動研究センター, グループリーダー (70251329)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2006
• キーワード: ホットスポット / スーパープルーム / 広帯域海底地震計 / 火山岩 / 潜航調査

研究概要

本研究では、この地域の地震観測を大幅に増強するために10台の広帯域海底地震計による仏領ポリネシア海域全体にわたる地震観測を実施した。これにより地震波トモグラフィーの分解能の大幅に改善することができた。また、潜航調査によって海底火山岩を採取・分析した。得られた地震学的構造及び火山岩分析の結果は以下の通りである.
1.表面波トモグラフィーによって、上部マントルのS波速度構造を推定した。ホットスポットの下には例外なく低速度異常が見られ、高温プルームの存在が示唆されるが、その深さはホットスポットによって異なる。マクドナルド、ソサエティなどのホットスポットでは少なくとも200kmまで低速度異常が存在する。
2.レシーバー関数解析によってポリネシア地域のマントル遷移層の厚さ推定(温度推定)を行った。ポリネシアには広域的な温度異常はないが、ソサエティーの南東だけは局所的に遷移層が薄くなっていることが分かった。温度に直すと200-300度周囲よりも高く、局所的に下部マントルから660km不連続面を貫通して高温プルームが上昇していると考えられる。
3.P波到着時刻読み取りと観測点間のP波走時差測定を行い、既存観測網のデータと併合してP波トモグラフィーを行い、下部マントルP波速度モデルを得た。下部マントルの深さ1000km以深では直径1000-2000kmの巨大な低速度異常が存在する。深さ1000kmから600kmまでは低速度異常のサイズは小さくなり、ソサエティーなど一部でマントル遷移層を通じて上部マントルにつながっていることが分かった。
4.また、クックーオーストラル諸島での潜航調査によって採取された海底火山岩からは、海洋島陸上で得られた火山岩と異なる組成のマグマが見つかった。このことはプルーム内に物質的不均質が存在し、火山体の成長とともにマグマのソースが変化していったためと考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Noble gas and geochronology study of the Hana Ridge, Haleakala volcano, Hawaii; implications to the temporal change of magma source and the structural evolution of the submarine ridge (2007)
  • 著者名/発表者名: Hanyu, T., K.T.M.Johnson, N.Hirano, Z.-Y.Ren
  • 雑誌名: Chem. Geology (in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Topography of the mantle discontinuities beneath the South Pacific superswell as inferred from broadband waveforms on seafloor (2007)
  • 著者名/発表者名: Suetsugu, D., H.Shiobara, H.Sugioka, T.Fukao, T.Kanazawa
  • 雑誌名: Phys. Earth Planet. Inter. 160 ページ: 310-318
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] 80-Myr history of buoyancy and volcanic fluxes along the trails of the Walvis and St. Helena hotspots (South Atlantic) (2007)
  • 著者名/発表者名: C.Adam, V.Vidal, J.Escartin
  • 雑誌名: Earth Planet. Sci. Lett. (in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Noble gas and geochronology study of the Hana Ridge, Haleakala volcano, Hawaii ; implications to the temporal change of magma source and the structural evolution of the submarine ridge (2007)
  • 著者名/発表者名: Hanyu, T., K.T.M.Johnson, N.Hirano, Z.-Y.Ren
  • 雑誌名: Chem.Geology (in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Topography of the mantle discontinuities beneath the South Pacific superswell as inferred from broadband waveforms on seafloor (2007)
  • 著者名/発表者名: Suetsugu, D, H.Shiobara, H.Sugioka, T.Fukao, T.Kanazawa
  • 雑誌名: Phys.Earth Planet.Inter. 160 ページ: 310-318
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] 80-Myr history of buoyancy and volcanic fluxes along the trails of the Walvis and St.Helena hotspots (South Atlantic) (2007)
  • 著者名/発表者名: C.Adam, V.Vidal, J.Escartin
  • 雑誌名: Earth Planet.Sci.Lett. (in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Contribution of slab melting and slab dehydration to magmatism in the NE Japan arc for the last 25Myr : Constraints from geochemistry (2006)
  • 著者名/発表者名: Hanyu, T., Y.Tatsumi, S.Nakai, Q.Chang, T.Miyazaki, K.Sato, K.Tani, T.Shibata, T.Yoshida
  • 雑誌名: Geochem. Geophys. Geosyst. 7 ページ: doi:10.1029/2005GC001220
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] 3-D Shear Wave Structure beneath the Philippine Sea from land and ocean bottom broadband seismograms (2006)
  • 著者名/発表者名: Isse, T., K.Yoshizawa, H.Shiobara, M.Shinohara, K.Nakahigashi, K.Mochizuki, H.Sugioka, D.Suetsugu, S.Oki, T.Kanazawa, K.Suyehiro, Y.Fukao
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. 111 ページ: doi: 10. 1029/2005JB003750
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Shear wave speed structure beneath the South Pacific superswell using broadband data from ocean floor and island (2006)
  • 著者名/発表者名: Isse, T., D.Suetsugu, H.Shiobara, H.Sugioka, K.Yoshizawa, T.Kanazawa, Y.Fukao
  • 雑誌名: Geophys. Res. Lett.nds 33 ページ: doi:10.1029/2006GL026872
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Partial melting experiments of bimineralic eclogite and the role of recycled mafic oceanic crust in the genesis of ocean island basalts (2006)
  • 著者名/発表者名: Kogiso, T., Marc M.Hirschmann
  • 雑誌名: Earth Planet. Sci. Lett. 249 ページ: 188-199
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Towards mapping the three-dimensional distribution of water in the transition zone from P-velocity tomography and 660-km discontinuity depths (2006)
  • 著者名/発表者名: Suetsugu, D., T.Inoue, A.Yamada, D.Zhao, M.Obayashi
  • 雑誌名: AGU Geophysical Monograph 167 ページ: 237-249
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Re-Os systematics of high-Mg andesites and basalts from the Setouchi volcanic belt, SW Japan : Implications for interaction between wedge mantle and slab-derived melt (2006)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, K., Y.Tatsumi
  • 雑誌名: Geochem. J. 40 ページ: 297-307
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Depth of the 660-km discontinuity near the Mariana slab from an array of ocean bottom seismographs (2006)
  • 著者名/発表者名: Tibi R., D.A.Wiens, H.Shiobara, H.Sugioka, P.J.Shore
  • 雑誌名: Geophys. Res. Lett. 33 ページ: doi: 10. 1029/2005GL024523
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Shear-wave splitting in the Mariana trough- a relation between 3 back-arc spreading and mantle flow? (2006)
  • 著者名/発表者名: Volti, T., A.Gorbatov, H.Shiobara, H.Sugioka, K.Mochizuki, Y.Kaneda
  • 雑誌名: Earth Planet. Sci. Lett. 244 ページ: 566-575
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Contribution of slab melting and slab dehydration to magmatism in the NE Japan arc for the last 25Myr : Constraints from geochemistry (2006)
  • 著者名/発表者名: Hanyu, T., Y.Tatsumi, S.Nakai, Q.Chang, T.Miyazaki, K.Sato, K.Tani, T.Shibata, T.Yoshida
  • 雑誌名: Geochem.Geophys.Geosyst. 7 ページ: doi:10.1029/2005GC001220
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] 3-D Shear Wave Structure beneath the Philippine Sea from land and ocean bottom broadband seismograms (2006)
  • 著者名/発表者名: Isse, T., K.Yoshizawa, H.Shiobara, M.Shinohara, K.Nakahigashi, K.Mochizuki, H.Sugioka, D.Suetsugu, S.Oki, T.Kanazawa, K.Suyehiro, Y.Fukao
  • 雑誌名: J.Geophys.Res. 111 ページ: doi:10.1029/2005JB003750
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Shear wave speed structure beneath the South Pacific superswell using broadband data from ocean floor and island (2006)
  • 著者名/発表者名: Isse, T., D.Suetsugu, H.Shiobara, H.Sugioka, K.Yoshizawa, T.Kanazawa, Y.Fukao
  • 雑誌名: Geophys.Res.Lett.nds 33 ページ: doi:10.1029/2006GL026872
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Partial melting experiments of bimineralic eclogite and the role of recycled mafic oceanic crust in the genesis of ocean island basalts (2006)
  • 著者名/発表者名: Kogiso, T., Marc M.Hirschmann
  • 雑誌名: Earth Planet.Sci.Lett. 249 ページ: 188-199
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Towards mapping the three-dimensional distribution of water in the transition zone from P-velocity tomography and 660-km discontinuity depths (2006)
  • 著者名/発表者名: Suetsugu, D, T.Inoue, A.Yamada, D.Zhao, M.Obayashi
  • 雑誌名: AGU Geophysical Monograph 167 ページ: 237-249
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Depth of the 660-km discontinuity near the Mariana slab from an array of ocean bottom seismographs (2006)
  • 著者名/発表者名: Tibi R., D.A.Wiens, H.Shiobara, H.Sugioka, P.J.Shore
  • 雑誌名: Geophys.Res.Lett. 33 ページ: doi:10.1029/2005GL024523
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Shear-wave splitting in the Mariana trough-a relation between 3 back-arc spreading and mantle flow? (2006)
  • 著者名/発表者名: Volti, T., A.Gorbatov, H.Shiobara, H.Sugioka, K.Mochizuki, Y.Kaneda
  • 雑誌名: Earth Planet.Sci.Lett. 244 ページ: 566-575
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Noble gas systematics of submarine alkalic lavas near the Hawaiian hotspot (2005)
  • 著者名/発表者名: Hanyu, T.
  • 雑誌名: Chem. Geology 214 ページ: 135-155
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Hafnium isotope ratios of nine GSJ reference samples (2005)
  • 著者名/発表者名: Hanyu, T., S.Nakai, R.Tatsuta
  • 雑誌名: Geochem. J. 39 ページ: 83-90
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] High-velocity lid of East Antarctica : Evidence of a depleted continental lithosphere (2005)
  • 著者名/発表者名: Kuge, K., Y.Fukao
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. 110 ページ: doi: 10.1029/2004JB003382
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Probing South Pacific mantle plumes with ocean bottom seismographs (2005)
  • 著者名/発表者名: Suetsugu, D., H.Shiobara, H.Sugioka, G.Barruol, F.Schindele, D.Reymond, A.Bonnebille, E.Debayle, T.Isse, T.Kanazawa, Y.Fukao
  • 雑誌名: EOS, Trans. AGU 86 ページ: 429, 435
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Mantle discontinuity depths beneath the west Philippine basin from receiver function analysis of deep-sea borehole and seafloor broadband waveforms (2005)
  • 著者名/発表者名: Suetsugu, D., M.Shinohara, E.Araki, T.Kanazawa, K.Suyehiro, T.Yamada, K.Nakahigashi, H.Shiobara, H.Sugioka, K.Kawai, Y.Fukao
  • 雑誌名: Bull. Seism. Soc. Am. 95 ページ: Doi:10.1785/0120040169
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Submarine volcanic activity, ocean-acoustic waves and internal ocean tide (2005)
  • 著者名/発表者名: Sugioka, H., Y.Fukao, T.Hibiya
  • 雑誌名: Geophys. Res. Lett. 32 ページ: Doi: 10.1029/2005GL024001
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Noble gas systematics of submarine alkalic lavas near the Hawaiian hotspot (2005)
  • 著者名/発表者名: Hanyu, T.
  • 雑誌名: Chem.Geology 214 ページ: 135-155
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Hafnium isotope ratios of nine GSJ reference samples (2005)
  • 著者名/発表者名: Hanyu, T, S.Nakai, R.Tatsuta
  • 雑誌名: Geochem.J. 39 ページ: 83-90
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] High-velocity lid of East Antarctica : Evidence of a depleted continental lithosphere (2005)
  • 著者名/発表者名: Kuge, K., Y.Fukao
  • 雑誌名: J.Geophys.Res. 110 ページ: Doi:10.1029/20043B003382
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Probing South Pacific mantle plumes with ocean bottom seismographs (2005)
  • 著者名/発表者名: Suetsugu, D, H.Shiobara, H.Sugioka, G.Barruol, F.Schindele, D.Reymond, A.Bonnebille, E.Debayle, T.Isse, T.Kanazawa, Y.Fukao
  • 雑誌名: EOS, Trans.AGU 86 ページ: 429,435
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Mantle discontinuity depths beneath the west Philippine basin from receiver function analysis of deep-sea borehole and seafloor broadband waveforms (2005)
  • 著者名/発表者名: Suetsugu, D., M.Shinohara, E.Araki, T.Kanazawa, K.Suyehiro, T.Yamada, K.Nakahigashi, H.Shiobara, H.Sugioka, K.Kawai, Y.Fukao
  • 雑誌名: Bull.Seism.Soc.Am. 95 ページ: Doi:10.1785/0120040169
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Submarine volcanic activity, ocean-acoustic waves and internal ocean tide (2005)
  • 著者名/発表者名: Sugioka, H., Y.Fukao, T.Hibiya
  • 雑誌名: Geophys.Res.Lett. 32 ページ: Doi:10.1029/2005GL024001
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Trans-Pacific temperature field in the mantle transition region derived from seismic and electromagnetic tomography (2004)
  • 著者名/発表者名: Fukao, Y., et al.
  • 雑誌名: Earth Planet. Sci. Lett. 217 ページ: 425-434
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Rayleigh wave phase velocity measurements across the Philippine Sea from a broadband OBS array (2004)
  • 著者名/発表者名: Isse, T.
  • 雑誌名: Geophys. J. Int. 158 ページ: 257-266
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Length scales of mantle heterogeneities and their relationship to ocean island basalt geochemistry (2004)
  • 著者名/発表者名: Kogiso, T., M.M.Hirschmann, R.W.Reiners
  • 雑誌名: Geochim. Cosmochim. Acta 68 ページ: 345-360
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] High pressure partial melting of mafic lithologies in the mantle (2004)
  • 著者名/発表者名: Kogiso, T.
  • 雑誌名: J. Petrol. 45 ページ: 2407-2422
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Thickness of the mantle transition zone beneath the South Pacific as inferred from analyses of ScS reverberated and Ps converted waves (2004)
  • 著者名/発表者名: Suetsugu, D.
  • 雑誌名: Phys. Earth Planet. Inter. 146 ページ: 35-46
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Precise Re isotope ratio measurements by negative thermal ionization mass spectrometry (NTI-MS) using total evaporation technique (2004)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, K.
  • 雑誌名: Int. J. Mass Spectrom 235 ページ: 97-101
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Lithosphericthickness beneath the Pitcairnhot spottrailas inferred from Rayleigh wave dispersion (2004)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, Y., D.Suetsugu
  • 雑誌名: Phys. Earth Planet. Inter. 146 ページ: 75-85
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Trans-Pacific temperature field in the mantle transition region derived from seismic and electromagnetic tomography (2004)
  • 著者名/発表者名: Fukao, Y, et al.
  • 雑誌名: Earth Planet.Sci.Lett. 217 ページ: 425-434
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Rayleigh wave phase velocity measurements across the Philippine Sea from a broadband OBS array (2004)
  • 著者名/発表者名: Isse, T.
  • 雑誌名: Geophys.J.Int. 158 ページ: 257-266
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Length scales of mantle heterogeneities and their relationship to ocean island basalt geochemistry (2004)
  • 著者名/発表者名: Kogiso, T, M.M.Hirschmann, R.W.Reiners
  • 雑誌名: Geochim.Cosmochim.Acta 68 ページ: 345-360
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] High pressure partial melting of mafic lithologies in the mantle, (2004)
  • 著者名/発表者名: Kogiso, T.
  • 雑誌名: J.Petrol. 45 ページ: 2407-2422
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Thickness of the mantle transition zone beneath the South Pacific as inferred from analyses of ScS reverberated and Ps converted waves (2004)
  • 著者名/発表者名: Suetsugu, D.
  • 雑誌名: Phys.Earth Planet.Inter. 146 ページ: 35-46
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Lithospheric thickness beneath the Pitcairn hot spot trail as inferred from Rayleigh wave dispersion (2004)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, Y., D.Suetsugu
  • 雑誌名: Phys.Earth Planet.Inter. 146 ページ: 75-85
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [図書] Mantle plumes and hot spots, in 'Encyclopedia of Geology (2004)
  • 著者名/発表者名: Suetsugu, D., B.Steinberger, T.Kogiso
  • 総ページ数: 2750
  • 出版者: Ed. R.C. Selley, L.R.M. Cocks, I.R. Plimer, Elsevier
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [図書] Encyclopedia of Geology ("Mantl plumes and hot spots")(Ed. R.C.Selley, L.R.M.Cocks, I.R.Plimer) (2004)
  • 著者名/発表者名: Suetsugu, D., B.Steinberger, T.Kogiso
  • 出版者: Elsevier
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より