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2019 年度 実績報告書

反応帯の微量元素浸透実験が拓く沈み込み帯の流体圧変動ダイナミズム

研究課題

研究課題/領域番号 18K13628
研究機関東北大学

研究代表者

宇野 正起  東北大学, 環境科学研究科, 助教 (50748150)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
キーワード地殻浸透率 / 地殻流体圧 / 岩石ー水反応 / 変成作用 / 中部下部地殻 / 反応輸送モデル
研究実績の概要

本年度は,(1) カルサイトーアパタイト反応実験による反応帯形成実験,(2) 東南極セール・ロンダーネ山地の反応帯解析を行い,その成果を投稿論文として出版した.
(1)では,カルサイトとリン酸アンモニウム溶液を150―250℃で反応させることで拡散律速型の反応帯の形成に成功した.反応フロントの位置は拡散律速型の未反応核モデルで定量的に説明でき,その有効拡散係数は空隙率の1―2乗則に従うことを明らかにした.また,反応中の実効拡散係数は,反応物・生成物の静的な拡散係数よりも1桁近く高く,反応による空隙生成で,実効的な拡散係数が有意に大きくなることが示された.
これらの実験結果より,低空隙率であり,物質移動が空隙流体中の拡散に支配される地殻条件下でも,有効拡散係数の空隙率依存性を考慮することで,拡散律速型の反応輸送モデルが適用できることが示された.
(2)では,複数の天然の岩石―流体反応帯へ反応輸送モデル・熱力学解析を適用し,地殻内流体圧分布と浸透率を制約した.角閃岩相からグラニュライト相の反応帯に記録された流体圧勾配はいずれも約100 MPa / 10 cmと非常に高い.一方,その流体圧継続時間は数時間から1年程度と多岐に渡り,破壊現象毎に流体活動時間が桁で異なることが示された.反応帯の浸透率は,10^-20―10^-22 [m2]と低く,亀裂のない成熟した地殻では地殻浸透率は非常に低いこと,亀裂生成により一時的に5桁以上大きくなることが明らかになった.これらの値より,従来研究で示されていた10^-18 [m2]という地殻浸透率は数百万年スケールの時間平均であり,数時間―年スケールでは,10^-20―10^-22 [m2]と低く,亀裂生成の繰り返しにより長期的な浸透率が上昇すると考えられる.これらの成果は,Mindaleva et al. (2020) Lithosとして出版された.

  • 研究成果

    (44件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 4件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (33件) (うち国際学会 12件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Talc CPO determined by improved EBSD procedure for sheet silicates: Implications for anisotropy at the slab-mantle interface due to Si-metasomatism2020

    • 著者名/発表者名
      Nagaya, Takayoshi; Okamoto, Atsushi; Oyanagi, Rosuke; Seto, Y; Miyake, Akira; Uno, Masaoki; Muto, Jun; Wallis, Simon;
    • 雑誌名

      American Mineralogist

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.2138/am-2020-7006

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Sparse isocon analysis: A data-driven approach for material transfer estimation2020

    • 著者名/発表者名
      Kuwatani, Tatsu; Yoshida, Kenta; Ueki, Kenta; Oyanagi, Ryosuke; Uno, Masaoki; Akaho, Shotaro
    • 雑誌名

      Chemical Geology

      巻: 532 ページ: 119345

    • DOI

      10.1016/j.chemgeo.2019.119345

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Rapid fluid infiltration and permeability enhancement during middle-lower crustal fracturing: Evidence from amphibolite-granulite-facies fluid-rock reaction zones, Sor Rondane Mountains, East Antarctica2020

    • 著者名/発表者名
      Diana Mindaleva, Masaoki Uno, Fumiko Higashino, Takayoshi Nagaya, Atsushi Okamoto, Noriyoshi Tsuchiya
    • 雑誌名

      Lithos

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1016/j.lithos.2020.105521

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Transport and Evolution of Supercritical Fluids During the Formation of the Erdenet Cu?Mo Deposit, Mongolia2020

    • 著者名/発表者名
      Agroli Geri、Okamoto Atsushi、Uno Masaoki、Tsuchiya Noriyoshi
    • 雑誌名

      Geosciences

      巻: 10 ページ: 201

    • DOI

      10.3390/geosciences10050201

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Formation of secondary olivine after orthopyroxene during hydration of mantle wedge: evidence from the Khantaishir Ophiolite, western Mongolia2019

    • 著者名/発表者名
      Dandar, Otgonbayar; Okamoto, Atsushi; Uno, Masaoki; Oyanagi, Ryosuke; Nagaya, Takayoshi; Burenjargal, Ulziiburen; Miyamoto, Tsuyoshi; Tsuchiya, Noriyoshi
    • 雑誌名

      Contributions to Mineralogy and Petrology

      巻: 174 ページ: 86

    • DOI

      10.1007/s00410-019-1623-1

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Evaluation of caldera hosted geothermal potential during volcanism and magmatism in subduction system, NE Japan2019

    • 著者名/発表者名
      Amanda, Fajar F.; Yamada, Ryoichi; Uno, Masaoki; Okumura, Satoshi; Tsuchiya, Noriyoshi
    • 雑誌名

      Geofluids

      巻: 2019 ページ: 3031586

    • DOI

      10.1155/2019/6053815

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Fault weakening caused by smectite swelling2019

    • 著者名/発表者名
      Kameda, Jun; Uno, Masaoki; Conin, Marianne; Ujiie, Kohtaro; Hamada, Yohei; Kimura, Gaku
    • 雑誌名

      Earth, Planets and Space

      巻: 71 ページ: 131

    • DOI

      10.1186/s40623-019-1108-5

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Evidence for multiple stages of serpentinization from the mantle through the crust in the Redwood City Serpentinite melange along the San Andreas Fault in California2019

    • 著者名/発表者名
      Uno, Masaoki; Kirby, Stephen
    • 雑誌名

      Lithos

      巻: 334-335 ページ: 276-292

    • DOI

      10.1016/j.lithos.2019.02.005

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Mechanisms and possible applications of the Al-H2O reaction under extreme pH and low hydrothermal temperatures2019

    • 著者名/発表者名
      Alviani, Vani Novita; Setiani, Putri; Uno, Masaoki; Oba, Masahiro; Hirano, Nobuo; Watanabe, Noriaki; Tsuchiya, Noriyoshi; Saishu, Hanae
    • 雑誌名

      International Journal of Hydrogen Energy

      巻: 44 ページ: 29903-29921

    • DOI

      10.1016/j.ijhydene.2019.09.152

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Enhancement of Permeability Activated by Supercritical Fluid Flow through Granite2019

    • 著者名/発表者名
      Nohara, Tsuyoshi; Uno, Masaoki; Tsuchiya, Noriyoshi
    • 雑誌名

      Geofluids

      巻: 2019 ページ: 1-16

    • DOI

      10.1155/2019/6053815

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Utilization of Geothermal Hot Spring Water for Hydrogen Production by Al-H2O Hydrothermal Reaction2019

    • 著者名/発表者名
      Alviani, Vani Novita; Kosaka, Takuya; Uno, Masaoki; Oba, Masahiro; Hirano, Nobuo; Watanabe, Noriaki; Tsuchiya, Noriyoshi; Saishu, Hanae
    • 雑誌名

      Journal of the Geothermal Research Society of Japan

      巻: 41 ページ: 101-107

    • DOI

      10.11367/grsj.41.101

    • 査読あり
  • [学会発表] Silicified Zone in Porphyry-Copper Deposit as a Potential Cap-Rock for Supercritical Geothermal Reservoir2020

    • 著者名/発表者名
      Fajar F. Amanda, Ryoichi Yamada, Masaoki Uno, Noriyoshi Tsuchiya
    • 学会等名
      International Workshop on Water Dynamics 17th
    • 国際学会
  • [学会発表] Thermal contraction of quartz drives transient permeability enhancement in magmatic-hydrothermal system2020

    • 著者名/発表者名
      Geri Agroli, Atsushi Okamoto, Masaoki Uno, Noriyoshi Tsuchiya
    • 学会等名
      International Workshop on Water Dynamics 17th
    • 国際学会
  • [学会発表] Metamorphic evolution of the eclogite from the Khungui zone, Zavkhan Terrane, Western Mongolia2020

    • 著者名/発表者名
      Manzshir BAYARBOLD, Atsushi OKAMOTO, Otgonbayar DANDAR, Masaoki UNO, Noriyoshi TSUCHIYA
    • 学会等名
      International Workshop on Water Dynamics 17th
    • 国際学会
  • [学会発表] Talc CPO from talc-rich schists in the Sanbagawa and Franciscan metamorphic belts: implications as a weak layer formed due to Si-metasomatism at slab-mantle interfaces2020

    • 著者名/発表者名
      Takayoshi Nagaya, Atsushi Okamoto, Simon Wallis, Ryosuke Oyanagi, Yusuke Seto, Akira Miyake, Masaoki Uno, Jun Muto
    • 学会等名
      International Workshop on Water Dynamics 17th
    • 国際学会
  • [学会発表] The Nature of Metasomatism in Mantle Wedge: Evidence from the Alag Khadny Accretionary Wedge, Western Mongolia2020

    • 著者名/発表者名
      Otgonbayar DANDAR; Atsushi OKAMOTO; Masaoki UNO; Noriyoshi TSUCHIYA
    • 学会等名
      International Workshop on Water Dynamics 17th
    • 国際学会
  • [学会発表] Knockout seawater experiments and insights for hydrothermal alteration of midocean ridges2020

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Okamoto, Yusuke Netsu, Masaoki Uno, Noriyoshi Tsuchiya
    • 学会等名
      International Workshop on Water Dynamics 17th
    • 国際学会
  • [学会発表] Crustal fracturing and brecciation processes in middle crust associated with granitoid intrusions in S_r Rondane Mountains, East Antarctica2020

    • 著者名/発表者名
      Tatsuya Takemori, Masaoki Uno, M. Satish-Kumar, Noriyoshi Tsuchiya, Atsushi Okamoto
    • 学会等名
      International Workshop on Water Dynamics 17th
    • 国際学会
  • [学会発表] Short fluid infiltration events in the low permeable metamorphic rocks at crustal P-T conditions2020

    • 著者名/発表者名
      Diana MINDALEVA, Masaoki UNO, Atsushi OKAMOTO, Noriyoshi TSUCHIYA
    • 学会等名
      International Workshop on Water Dynamics 17th
    • 国際学会
  • [学会発表] Fluid pressure and permeability evolution in the crust: insights from natural metamorphic reaction zones and hydrothermal experiments2020

    • 著者名/発表者名
      宇野 正起
    • 学会等名
      International Workshop on Water Dynamics 17th
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Role of potassium-rich fluid in pore formation of amphibole schist under supercritical condition2020

    • 著者名/発表者名
      Astin Nurdiana, Atsushi Okamoto, Masaoki Uno, Noriyoshi Tsuchiya
    • 学会等名
      International Workshop on Water Dynamics 17th
    • 国際学会
  • [学会発表] Fluid pressure gradients and permeability evolution in the crust: insights from metamorphic fluid-rock reaction zones and hydrothermal experiments2020

    • 著者名/発表者名
      Masaoki Uno, Atsushi Okamoto, Diana Mindaleva, Hisamu Kasahara, Naoki Sugisawa, Jun Kameda, Noriyoshi Tsuchiya
    • 学会等名
      JpGU-AGU Joint Meeting 2020
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Hydration and Ca-metasomatism in Mantle Wedge: An evidence from the Alag Khadny Accretionary Wedge, Western Mongolia2019

    • 著者名/発表者名
      Otgonbayar Dandar, Atsushi Okamoto, Masaoki Uno, Noriyoshi Tsuchiya
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合(JpGU) 2019年大会
  • [学会発表] 全岩組成を用いた物質移動量のデータ駆動型解析2019

    • 著者名/発表者名
      桑谷 立,吉田 健太,上木 賢太,大柳 良介,宇野 正起,赤穂 昭太郎
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合(JpGU) 2019年大会
  • [学会発表] Geochronology and petrochemistry of late Paleozoic magmatic rocks of the Mandakh area, Southeast Mongolia.2019

    • 著者名/発表者名
      Otgonbayar Dandar, Atsushi Okamoto, Masaoki Uno, Noriyoshi Tsuchiya
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合(JpGU) 2019年大会
  • [学会発表] 反応誘起応力による地殻応力発生と浸透率発展:MgO-H2O系での測定2019

    • 著者名/発表者名
      宇野 正起,笠原 久夢,岡本 敦,土屋 範芳
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合(JpGU) 2019年大会
  • [学会発表] The pressure-temperature path and mineral assemblage of the Khonichiin ovoo area, Southeastern Mongolia2019

    • 著者名/発表者名
      Otgonbayar Dandar, Atsushi Okamoto, Masaoki Uno, Noriyoshi Tsuchiya
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合(JpGU) 2019年大会
  • [学会発表] Development of reaction-induced stress and permeability in MgO-H2O system2019

    • 著者名/発表者名
      笠原久夢,宇野正起,岡本敦,土屋範芳
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合(JpGU) 2019年大会
  • [学会発表] Evolution of fluid chemistry during basalt-water and basalt-seawater interactions revealed by hydrothermal flow-through experiments2019

    • 著者名/発表者名
      根津勇介,岡本敦,平野伸夫, 宇野正起,土屋範芳
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合(JpGU) 2019年大会
  • [学会発表] Elucidation of effective diffusion coefficient along grain boundaries by hydrothermal experiment using low porosity rocks2019

    • 著者名/発表者名
      杉沢直樹, 宇野正起, 土屋範芳
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合(JpGU) 2019年大会
  • [学会発表] Porosity generation during feldspar replacement as the mark of potassium-rich supercritical fluids on the top of granitic intrusion2019

    • 著者名/発表者名
      A. Nurdiana, A. Okamoto, M. Uno, K. Yoshida, N. Tsuchiya
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合(JpGU) 2019年大会
  • [学会発表] Short fluid infiltration events in the low permeable metamorphic rocks triggered by crustal fracturing at amphibolite_granulite facies conditions2019

    • 著者名/発表者名
      Diana Mindaleva, Masaoki Uno, Fumiko Higashino, Atsushi Okamoto, Noriyoshi Tsuchiya
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合(JpGU) 2019年大会
  • [学会発表] Evolution and total budget of fluid in granitic magma through magmatism and volcanism in subduction zone, NE Japan2019

    • 著者名/発表者名
      Fajar F. Amanda, Ryoichi Yamada, Masaoki Uno, Satoshi Okumura, and Noriyoshi Tsuchiya
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合(JpGU) 2019年大会
  • [学会発表] 岩石-水反応帯から見積もる地殻内の流体圧勾配と浸透率2019

    • 著者名/発表者名
      宇野 正起, Diana Mindaleva, 土屋 範芳
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合(JpGU) 2019年大会
  • [学会発表] CRUSTAL PERMEABILITY REVEALED BY METAMORPHIC PROCESSES AND RAPID INFILTRATION OF GEOFLUIDS2019

    • 著者名/発表者名
      Diana Mindaleva, Masaoki Uno, Atsushi Okamoto, Noriyoshi Tsuchiya
    • 学会等名
      Geothermal Volcanology Workshop 2019
  • [学会発表] MgO_H2O 系 における反応誘起破壊と透水率の時間発展2019

    • 著者名/発表者名
      笠原久夢,宇野正起,岡本敦,土屋範芳
    • 学会等名
      日本鉱物科学会(JAMS) 2019年年会
  • [学会発表] 超臨界流通式水熱実験による玄武岩 - 海水系における元素の選択的溶脱に伴う変質過程2019

    • 著者名/発表者名
      根津勇介,岡本敦,平野伸夫, 宇野正起,土屋範芳
    • 学会等名
      日本鉱物科学会(JAMS) 2019年年会
  • [学会発表] Fluid pressure gradients and permeability fluctuations estimated from metamorphic fluid-rock reaction zones2019

    • 著者名/発表者名
      Masaoki Uno
    • 学会等名
      International Joint Workshop on Slow Earthquakes 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Geological evidences of short fluid activity at crustal P-T conditions in the low permeable metamorphic rocks triggered by crustal fracturing2019

    • 著者名/発表者名
      Diana Mindaleva, Masaoki Uno, Atsushi Okamoto, Noriyoshi Tsuchiya
    • 学会等名
      International Joint Workshop on Slow Earthquakes 2019
  • [学会発表] 岩石-流体反応帯から見積もる地殻内の流体圧勾配・浸透率とその変動2019

    • 著者名/発表者名
      宇野正起,Mindaleva Diana,土屋範芳
    • 学会等名
      日本地質学会(JGS) 第126年学術大会
  • [学会発表] 蛇紋岩体中のドロマイトー滑石脈の形成と泥質片岩境界との反応帯:三波川帯関東山地長瀞の例2019

    • 著者名/発表者名
      岡本 敦・大柳 良介・吉田 一貴・サティシュ クマール・宇野 正起
    • 学会等名
      日本地質学会(JGS) 2019年山口大会
  • [学会発表] Crustal permeability and timescales estimated from metamorphic fluid-rock reaction zones.2019

    • 著者名/発表者名
      Diana Mindaleva, Masaoki Uno, Atsushi Okamoto, Noriyoshi Tsuchiya
    • 学会等名
      日本鉱物科学会(JAMS) 2019年大会
  • [学会発表] The Structure of Caprocks in Supercritical Geothermal Reservoir, Observed in a Granite-Porphyry System, NE Japan2019

    • 著者名/発表者名
      F. F. Amanda, R. Yamada, M. Uno, and N. Tsuchiya
    • 学会等名
      日本地熱学会(GRSJ) 2019年熊本大会
  • [学会発表] 日本の地殻浸透率マップ作成に向けた基礎的検討2019

    • 著者名/発表者名
      石橋 琢也,冨樫 聡,宇野 正起
    • 学会等名
      日本地熱学会(GRSJ) 2019年熊本大会

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公開日: 2021-01-27  

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