沈み込み帯ウェッジマントルにおけるアンチゴライト蛇紋岩の構造推定

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20K14575
• 研究機関: 東京学芸大学
• 研究代表者: 永冶 方敬 東京学芸大学, 教育学部, 講師 (10795222)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: アンチゴライト蛇紋岩 / 前弧マントルレオロジー / 結晶軸選択配向(CPO)形成機構 / 変形機構 / 脱水分解反応 / ブルーサイト / トポタキシー / 深部Slow地震

研究実績の概要

沈み込み帯において沈み込む海洋プレート上方の上部マントル(ウェッジマントル, WM)を本研究対象領域とする。WMを構成するかんらん岩は、特にプレート境界で海洋プレートからの水流体によって含水化し、蛇紋石鉱物(中でもアンチゴライト(Atg)と呼ばれる鉱物)を主体とする蛇紋岩に変化する。そのため、含水WMの力学的・水理的な特性を理解するためには、このAtg蛇紋岩の構造とその上記特性の解明が重要となる。これまで変形実験や天然の岩石試料の観察・分析から、Atgの結晶軸はWMで強く配列する一方、その結晶軸の配列パターン(結晶軸選択配向(CPO)などで表現される)は複数存在する可能性が指摘されている。
以上を踏まえ、WMにおけるAtg蛇紋岩の構造推定を目的とした本研究では、本年度までに国内複数地域の野外調査とAtgを含む天然の蛇紋岩試料の採取を実施し、これらの採取試料を含む国内外の試料の室内分析からAtgの結晶方位を測定した。これらの本測定試料の解析に加え、これまで報告された複数地域・岩石から、AtgのCPOパターン情報を比較・コンパイルすることで、特定のCPOパターンについて形成メカニズムをまとめた。また蛇紋岩がブルーサイトを含む場合にはWMの比較的浅部で脱水反応が生じる可能性がある。天然試料で観察される、この脱水過程での岩石構造の変化を実験的に再現し、特にブルーサイトのCPOの測定に初めて成功したことで、かんらん石とブルーサイトとの間にトポタキシーと呼ばれる結晶学的な方位関係の存在を初めて発見・報告した。
本年度、これまでの成果に基づき、沈み込み帯浅部WM全体における複数種類のAtgのCPOパターンの分布及び形成メカニズムを推定し、深部Slow地震発生領域での蛇紋岩の変形様式を提案した。今後、含水WMの構造と力学的・水理的特性に関する未公表の研究成果については査読付き国際英文誌へ投稿していく予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Ultramafic Rocks from the Sanbagawa Belt: Records of Mantle Wedge Processes (2024)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Okamoto, Takayoshi Nagaya, Shunsuke Endo, and Tomoyuki Mizukami
  • 雑誌名: Elements 巻: in press ページ: －
  • DOI: 10.2138/gselements.20.2.83
  • 査読あり
• [雑誌論文] Subduction plate interface shear stress associated with rapid subduction at deep slow earthquake depths: example from the Sanbagawa belt, southwestern Japan (2024)
  • 著者名/発表者名: Yukinojo Koyama, Simon R. Wallis, and Takayoshi Nagaya
  • 雑誌名: Solid Earth 巻: 15 ページ: 143-166
  • DOI: 10.5194/se-15-143-2024
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Duplex Underplating, Sediment Dehydration and Quartz Vein Mineralization in the Deep Tremor Source Region (2024)
  • 著者名/発表者名: Kohtaro Ujiie, Naoki Nishiyama, Hisaki Yamamoto, Minoru Yamashita, Takayoshi Nagaya, Takashi Sano, Yui Kouketsu
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Solid Earth 巻: 129:e2023JB027901 ページ: 1-29
  • DOI: 10.1029/2023JB027901
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Deformation-induced, retrograde transformation of kyanite to andalusite: An example of felsic granulite in the southern Bohemian Massif (2024)
  • 著者名/発表者名: Takuro Yoshioka, Kyuichi Kanagawa, Yoshikuni Hiroi, Takao Hirajima, Martin Svojtka, Tomokazu Hokada, Simon R. Wallis, Takayoshi Nagaya, Akira Miyake
  • 雑誌名: Tectonophysics 巻: in press ページ: －
  • DOI: 10.1016/j.tecto.2024.230293
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Mineralogical aspects of asteriscus of goldfish (Carassius auratus) consisting of vaterite (2024)
  • 著者名/発表者名: Gen TAKAHASHI, Taiga OKUMURA, Takayoshi NAGAYA, Michio SUZUKI and Toshihiro KOGURE
  • 雑誌名: Journal of Mineralogical and Petrological Sciences 巻: 119:003 ページ: 1-10
  • DOI: 10.2465/jmps.231206
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Microstructure, deformation mechanisms and stress along the plate interface: the view from the Sanbagawa belt (2024)
  • 著者名/発表者名: Yukinojo Koyama, Simon R. Wallis, Takayoshi Nagaya
  • 学会等名: 変成岩などシンポジウム2024
• [学会発表] B-type antigorite crystal preferred orientation (CPO) by grain boundary sliding from Sanbagawa belt, Shikoku, Japan: implications for the distribution of antigorite CPO patterns in subduction zones (2023)
  • 著者名/発表者名: Takayoshi Nagaya, Simon R. Wallis, Ryosuke Ando
  • 学会等名: The 2nd International association of Geochemistry (IAGC) Conference (the 17th Congress of Water-Rock Interaction (WRI17) and the 14th Applied Isotope Geochemistry (AIG14))
  • 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: Madison Frank, Kohtaro Ujiie, Ginta Motohashi, Takayoshi Nagaya
  • 学会等名: The 2nd International association of Geochemistry (IAGC) Conference (the 17th Congress of Water-Rock Interaction (WRI17) and the 14th Applied Isotope Geochemistry (AIG14))
  • 国際学会
• [学会発表] Duplex Underplating, Sediment Dehydration and Quartz Vein Mineralization in the Deep Tremor Source Region (2023)
  • 著者名/発表者名: Kohtaro Ujiie, Naoki Nishiyama, Hisaki Yamamoto, Minoru Yamashita, Takayoshi Nagaya, Takashi Sano, Yui Kouketsu
  • 学会等名: American Geophysical Union (AGU) Fall Meeting 2023
  • 国際学会
• [学会発表] 沈み込み境界の深部スロー地震発生領域における最大剪断応力分布とその時間変化: 西南日本三波川沈み込み帯の例 (2023)
  • 著者名/発表者名: 小山 雪乃丞、ウォリス サイモン、永冶 方敬、青矢 睦月
  • 学会等名: 日本地質学会第130年学術大会（2023年京都）
• [学会発表] 長野県伊那地域・三波川帯における超苦鉄質岩類の鉱物組み合わせの空間変化に基づく蛇紋岩化及び接触変成プロセスの解明 (2023)
  • 著者名/発表者名: 延原 香穂、築島 由理恵、森 宏、永冶 方敬、新屋 貴史、早川 由帆
  • 学会等名: 日本地質学会第130年学術大会（2023年京都）
• [学会発表] 衝撃回収実験により形成された、石英中のFeather Featuresの特徴 (2023)
  • 著者名/発表者名: 多田 賢弘、黒澤 耕介、富岡 尚敬、永冶 方敬、伊佐 純子、Christopher Hamann、大野 遼、新原 隆史、岡本 尚也、松井 孝典
  • 学会等名: 日本惑星科学会 2023年秋季講演会