海溝近傍での海洋プレート変形に伴う水・熱の流動過程とその沈み込み帯への影響の解明

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H03733
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 山野 誠 東京大学, 地震研究所, 教授 (60191368)
• 研究分担者: 朴 進午 東京大学, 大気海洋研究所, 准教授 (70359199) ; 佐野 有司 高知大学, 海洋コア総合研究センター, 特任教授 (50162524) ; 平野 直人 東北大学, 東北アジア研究センター, 准教授 (00451831) ; 片山 郁夫 広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 教授 (10448235) ; 土岐 知弘 琉球大学, 理学部, 准教授 (50396925) ; 笠谷 貴史 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海洋機能利用部門(海底資源センター), グループリーダー (90373456) ; 川田 佳史 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海洋機能利用部門(海底資源センター), 臨時研究補助員 (50402558)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 海洋地殻 / アウターライズ / 沈み込み / 断層 / 地殻熱流量 / 間隙水 / 日本海溝 / 太平洋プレート

研究実績の概要

１．2022年4月の白鳳丸KH-22-6航海において、日本海溝及び千島海溝海側の太平洋プレート上で熱流量測定を行った。日本海溝海側斜面に発達する正断層の近傍では、断層に伴う流体循環の存在を示唆する異常が検出された。千島海溝・日本海溝のアウターライズ上では、海溝に直交する方向、平行な方向のいずれにも数kmスケールで熱流量が変動することが明らかになった。また、正断層近傍で海底表層及び深さ4mまでの堆積物・間隙水試料を採取した。間隙水試料の一部は海水と異なる希ガス同位体組成を持ち、マントル・マグマ起源物質の混入を反映した可能性がある。
２．東北沖日本海溝海域において、新たに取得した海底電磁場データを加えて構造解析を行い、プレート沈み込み前後の比抵抗モデルを構築した。海溝海側の上部地殻が流体に富んだ低比抵抗であり、これが沈み込んで流体を浅部に供給することを推定した。また、反射法地震探査データの解析により、沈み込む前の海洋地殻を断ち切る大規模な正断層の構造と物性を明らかにし、間隙水の分析結果と合わせて、断層に沿った流体循環のモデルを提唱した。
３．プチスポット火山で採取した岩石試料の分析結果に基づいて、沈み込む太平洋プレートの構造を推定し、これまでの認識とは異なる岩石や海底地質を提唱した。
４．岩石の地震波速度と電気比抵抗を同時に測定するシステムを立ち上げ、海洋プレートを構成する岩石について測定を実施した。また、実験結果に基づき、アウターライズ領域での割れ目の発達やプレート内に海水が浸透する過程を考察した。
５．間隙水流動の数値計算で、これまで開発してきた陽解法を用いた手法が、山体などの不規則な形状を扱える有限要素法にも適用可能であることを明らかにした。
６．海底での熱流量測定の精度向上を目指して製作中の新方式の機器に、熱伝導率測定の機能を組み込み、琵琶湖湖底において動作試験を行った。

現在までの達成度 (段落)

令和3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3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] A direct evidence for disturbance of whole sediment layer in the subducting Pacific plate by petit-spot magma-water/sediment interaction (2022)
  • 著者名/発表者名: Akizawa Norikatsu、Hirano Naoto、Matsuzaki Kenji M.、Machida Shiki、Tamura Chiori、Kaneko Junji、Iwano Hideki、Danhara Tohru、Hirata Takafumi
  • 雑誌名: Marine Geology 巻: 444 ページ: 106712～106712
  • DOI: 10.1016/j.margeo.2021.106712
  • 査読あり
• [雑誌論文] The mantle structure below petit-spot volcanoes (2022)
  • 著者名/発表者名: Hirano Naoto、Machida Shiki
  • 雑誌名: Communications Earth & Environment 巻: 3 ページ: -
  • DOI: 10.1038/s43247-022-00438-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Lithological structure of western Pacific lithosphere reconstructed from mantle xenoliths in a petit-spot volcano (2022)
  • 著者名/発表者名: Mikuni Kazuto、Hirano Naoto、Akizawa Norikatsu、Yamamoto Junji、Machida Shiki、Tamura Akihiro、Hagiwara Yuuki、Morishita Tomoaki
  • 雑誌名: Progress in Earth and Planetary Science 巻: 9 ページ: -
  • DOI: 10.1186/s40645-022-00518-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Simultaneous Measurements of Elastic Wave Velocity and Porosity of Epidosites Collected From the Oman Ophiolite: Implication for Low Vp/Vs Anomaly in the Oceanic Crust (2022)
  • 著者名/発表者名: Nagase Kumpei、Hatakeyama Kohei、Okazaki Keishi、Akamatsu Yuya、Abe Natsue、Michibayashi Katsuyoshi、Katayama Ikuo
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 49 ページ: -
  • DOI: 10.1029/2022GL098234
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Spring discharge mechanism along the southeast coast of Yonaguni Island in the southern Ryukyu forearc (2022)
  • 著者名/発表者名: Toki Tomohiro、Kataoka Hina、Takada Ryogo、Nakaya Shinji、Oshima Syogo、Ijiri Akira
  • 雑誌名: Journal of Hydrology: Regional Studies 巻: 40 ページ: 101051～101051
  • DOI: 10.1016/j.ejrh.2022.101051
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mantle-derived helium released through the Japan trench bend-faults (2021)
  • 著者名/発表者名: Park Jin-Oh、Takahata Naoto、Jamali Hondori Ehsan、Yamaguchi Asuka、Kagoshima Takanori、Tsuru Tetsuro、Fujie Gou、Sun Yue、Ashi Juichiro、Yamano Makoto、Sano Yuji
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 ページ: -
  • DOI: 10.1038/s41598-021-91523-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Seismic Reflection Images of Possible Mantle-Fluid Conduits and Basal Erosion in the 2011 Tohoku Earthquake Rupture Area (2021)
  • 著者名/発表者名: Park Jin-Oh、Tsuru Tetsuro、Fujie Gou、Jamali Hondori Ehsan、Kagoshima Takanori、Takahata Naoto、Zhao Dapeng、Sano Yuji
  • 雑誌名: Frontiers in Earth Science 巻: 9 ページ: -
  • DOI: 10.3389/feart.2021.687382
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 日本海溝周辺域の二次元比抵抗構造モデリング (2022)
  • 著者名/発表者名: 市原寛、笠谷貴史、馬場聖至、後藤忠徳、山野誠
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [学会発表] 日本海溝の海側アウターライズにおる音響基盤反射面の不連続性 (2022)
  • 著者名/発表者名: 孫岳、Jamali Hondori Ehsan、朴進午
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [学会発表] プレート沈み込み手前で発生するプチスポット火山が引き起こす地質擾乱・マントル交代作用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 平野直人、三國和音、新保陽輔、秋澤紀克、町田嗣樹
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [学会発表] オマーンオフィオライト掘削試料の物性測定に基づく海洋地殻の地震波速度と比抵抗の関係 (2022)
  • 著者名/発表者名: 赤松祐哉、長瀨薫平、阿部なつ江、岡﨑啓史、畠山航平、片山郁夫
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [学会発表] オマーンオフィオライトの苦鉄質岩を用いた静水圧下での比抵抗・地震波速度・空隙率の同時測定 (2022)
  • 著者名/発表者名: 谷本和優、赤松祐哉、片山郁夫
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [学会発表] 冷湧水・泥火山・熱水の地球化学 (2022)
  • 著者名/発表者名: 土岐知弘
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [学会発表] 日本海溝海側斜面における間隙水中の3He/4He比と流体循環 (2022)
  • 著者名/発表者名: 鹿児島渉悟、朴進午、山野誠、佐野有司
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2022年大会
  • 招待講演
• [学会発表] 日本海溝海側斜面における間隙水の同位体組成と流体循環 (2022)
  • 著者名/発表者名: 鹿児島渉悟、朴進午、山野誠、佐野有司
  • 学会等名: 日本地球化学会第69回年会
  • 招待講演
• [学会発表] 沈み込む太平洋プレートの実体とプチスポット火山群のAr-Ar年代・U-Pb年代 (2022)
  • 著者名/発表者名: 平野直人、角野浩史、岩野英樹、檀原徹、平田岳史
  • 学会等名: 日本地球化学会第69回年会
• [学会発表] Interpretation of electrical resistivity structure of oceanic crust based on analysis of seismic velocity structure (2022)
  • 著者名/発表者名: 赤松祐哉、片山郁夫
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会第152回総会・講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 日本海溝・千島海溝海側における熱流量分布の特徴：海洋地殻内の流体循環による熱輸送 (2021)
  • 著者名/発表者名: 山野誠、川田佳史、佐々木肯太、木下正高
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [学会発表] Mantle-derived helium released through the Japan trench bend-faults (2021)
  • 著者名/発表者名: 朴進午、高畑直人、Jamali Hondori Ehsan、山口飛鳥、鹿児島渉悟、鶴哲郎、藤江剛、孫岳、芦寿一郎、山野誠、佐野有司
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
  • 招待講演
• [学会発表] Resistivity imaging around the Japan trench based on ocean bottom electromagnetic surveys (2021)
  • 著者名/発表者名: 市原寛、笠谷貴史、後藤忠徳、馬場聖至、佐藤真也、山野誠
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
  • 招待講演
• [学会発表] 西太平洋プチスポット火山から探る太平洋プレート最古部の地殻・マントル (2021)
  • 著者名/発表者名: 三國和音、平野直人、秋澤紀克、町田嗣樹
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [学会発表] 日本海溝アウターライズに発達する正断層の特徴 (2021)
  • 著者名/発表者名: 孫岳、Jamali Hondori Ehsan、朴進午
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [学会発表] Heat flow anomalies on the seaward side of the Japan and Kuril trenches: Implications for fluid circulation and heat transport processes in oceanic crust of the incoming Pacific plate (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamano, M., K. Sasaki, Y. Kawada and M. Kinoshita
  • 学会等名: Joint Scientific Assembly IAGA-IASPEI 2021
  • 国際学会
• [学会発表] High 3He/4He ratios in pore fluids at the outer slope of the Japan Trench (2021)
  • 著者名/発表者名: Kagoshima, T., J.O. Park, M. Yamano and Y. Sano
  • 学会等名: Goldschmidt Conference 2021
  • 国際学会
• [学会発表] The roots of helium in surface sediments of submarine mud volcanoes off Tanegashima (2021)
  • 著者名/発表者名: Mitsutome, Y., T. Toki, T. Kagoshima, N. Takahata, Y. Sano, Y. Tomonaga, and A. Ijiri
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2021
  • 国際学会
• [学会発表] プチスポット溶岩の希ガス同位体組成から太平洋プレート下マグマの起源を探る (2021)
  • 著者名/発表者名: 中尾魁史、平野直人、角野浩史
  • 学会等名: 日本地球化学会第68回年会
• [学会発表] 沈み込む太平洋プレートの改変とプチスポット火山活動による北日本収束境界への影響 (2021)
  • 著者名/発表者名: 平野直人
  • 学会等名: 日本地球化学会第68回年会