海半球計画の新展開 : 最先端の海底観測による海洋マントルの描像

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22000003
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 歌田 久司 東京大学, 地震研究所, 教授 (70134632)
• 研究分担者: 川勝 均 東京大学, 地震研究所, 教授 (60242153) ; 塩原 肇 東京大学, 地震研究所, 准教授 (60211950) ; 馬場 聖至 東京大学, 地震研究所, 助教 (70371721) ; 一瀬 建日 東京大学, 地震研究所, 助教 (60359180) ; 末次 大輔 海洋研究開発機構, 地球内部ダイナミクス領域, 地球深部活動研究プログラム・プログラムディレクター (20359178)
• 研究期間 (年度): 2010-04-21 – 2015-03-31
• キーワード: 海洋マントル / リソスフェア / アセノスフェア / マントル遷移層 / 海底観測 / 最先端技術

研究概要

前年度に引き続き、北西太平洋シャツキー海台の北西の海域Aおよび南東の海域Bにおける海底長期観測を継続した。平成25年8月に実施した傭船(OOC(株)の作業船「かいゆう」)による観測航海により、これまでに設置した全ての自己浮上型機器(広帯域海底地震形BBOBSおよび海底電磁力計OBEM)を回収した。さらに一部の観測点にはBBOBSやOBEMを再設置して、長期観測を続けるとともに、新たな観測点に装置を設置して観測網の充実をはかった。
この航海で回収したデータと、平成24年度までに回収しデータの統合解析を行なった。海域Aと海域Bの平均海洋底年代はそれぞれ一億三千万年および一億三千五百万年とわずかな違いしかないので、両者からはほぼ同じマントル構造が得られるものと予想された。しかし、解析の結果はこのわずかな年代の違いではとても説明し難い程の大きな違いを示した。昨年度末の段階では、海底電磁気観測から求めた電気伝導度構造についてのみこのような傾向が示唆されただけであったが、地震波速度構造および異方性についても、海域Aと海域Bの違いは顕著なものがあり、「ふつう」の海洋マントルに年代(リソスフェアの冷却)だけでは説明のつかない強い不均質が存在することがより確かなものとなった。
一方室内実験からは、上部マントルの主要鉱物であるオリビンの結晶軸選択配向に、粒界すべり卓越の拡散クリープ下での変形が重要な役割を果たすことが示され、これによって観測で得られている地震波速度異方性の分布をよく説明できた。さらに、追加配分によって、クリープ試験において電気伝導度測定および弾性波速度測定のその場での同時測定ができる変形試験機を導入した。来年度に完了する予定の海底観測データの解析結果に、この実験システムによる物性測定結果を組み合わせることにより、粘性・電気伝導度および地震波速度(異方性も含めて)などのデータの全てを説明する最適解(=海洋マントルの描像)を明らかにする準備が整った。

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

当初計画では平成25年度に予定していた最先端の観測装置の回収が平成26年度にずれ込んだというマイナス要素はあるものの、回収したデータからは興味深い結果が得られつつ有る. また、これまでに設置した海底観測点数は、当初予定を上回つているのに加えて、最終年度の航海では当初計画になかった制御震源による構造探査を行なうので、より詳細な構造推定ができるものと期待される。室内実験も、順調に進んでいる。

今後の研究の推進方策

最終年度(平成26年度)には、研究船と傭船による合計2回の航海を実施して、これまでに設置した全ての機器を回収する予定である。傭船航海では、制御震源による探査を行い、新たな情報を得る。観測機器回収後は速やかにデータを解析して成果を得る。そのための解析手法等の準備は十分に整っている。

研究成果

• [雑誌論文] Three-dimensional simulation of the electromagnetic fields induced by the 2011 Tohoku tsunami (2014)
  • 著者名/発表者名: Zhang, L.L., Utada, H., Shimizu, H., Baba, K., Maeda, T.
  • 雑誌名: J. Geophys. Res.(Solid Earth) 巻: 119 ページ: 150-168
  • DOI: 10.1002/2013JB010264
  • 査読あり
• [雑誌論文] Estimating the electrical conductivity of the melt phase of a partially molten asthenosphere from seafloor magnetotelluric sounding data (2014)
  • 著者名/発表者名: Utada, H, Baba, K.
  • 雑誌名: Phys. Earth Planet. Inter. 巻: 227 ページ: 41-47
  • DOI: 10.1016/j.pepi.2013.12.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three-dimensional resistivity structure and magma plumbing system of the Kirishima volcanoes as inferred from broad-band magnetotelluric data (2014)
  • 著者名/発表者名: Aizawa, K., Koyama, T., Hase, H., Uyeshima, M., Kanda, W., Utsugi, M., Yoshimura, R., Yamaya, Y., Hashimoto, T., Yamazaki, K., Komatsu, S., Watanabe, A., Miyakawa, K. and Ogawa, Y.
  • 雑誌名: JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH : SOLID EARTH 巻: 119 ページ: 198-215
  • DOI: 10.1002/2013JB010682
  • 査読あり
• [雑誌論文] Broadband Ocean Bottom Seismology (2014)
  • 著者名/発表者名: Suetsugu, D., and H. Shiobara
  • 雑誌名: Annual Review of Earth and Planetary Sciences 巻: 42(印刷中)
  • DOI: 10.1146/annurev-earth-060313-054818
  • 査読あり
• [雑誌論文] Intricate heterogeneous structures of the top 300 km of the Earth's inner core inferred from global array data : I. Regional 1D attenuation and velocity profiles (2014)
  • 著者名/発表者名: Iritani, R., Takeuchi, N. & Kawakatsu, H.
  • 雑誌名: Phys. Earth Planet. Int. 巻: (印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Strength of slab inferred from the seismic tomography and geologic history around the Japanese Islands (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Honda
  • 雑誌名: Geochem. Geophys. Geosyst. 巻: (印刷中)(in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of mineral fraction on the rheological properties of forsterite + enstatite during grain size sensitive creep : 3 Application of grain growth and flow, laws on peridotite ultramylonitel : Grain size and grain growth laws. (2014)
  • 著者名/発表者名: Tasaka, M., Hiraga, T. and Michibayashi, K.
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. 巻: 119 ページ: 840-857
  • DOI: 10.1002/2013JB010619
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tsunami : Ocean dynamo generator (2014)
  • 著者名/発表者名: Sugioka, H., Y. Hamano, K. Baba, T. Kasaya, N. Tada, D. Suetsugu
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 4 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1038/srep03596
  • 査読あり
• [雑誌論文] The response of the dayside equatorial electrojet to step-like changes of IMF Bz. (2013)
  • 著者名/発表者名: Ohtani, S., Uozumi, T., Kawano, H., Yoshikawa, A., Utada, H., Nagatsuma, T., Yumoto, K.
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. (Space physics) 巻: 194 ページ: 3637-3646
  • DOI: 10.1002/jgra.50318
  • 査読あり
• [雑誌論文] Subduction of oceanic asthenosphere : A Critical Appraisal in Central Alaska (2013)
  • 著者名/発表者名: Song, T. -R. A., and H. Kawakatsu
  • 雑誌名: Earth and Planetary Science Letters 巻: 367 ページ: 82-94
  • 査読あり
• [雑誌論文] Extraction of Moho-generated phases from vertical and radial receiver functions of seismic array (2013)
  • 著者名/発表者名: Tonegawa, T., R. Iritani, and H. Kawakatsu
  • 雑誌名: Bull. Seismol. Soc. Am. 巻: 103 ページ: 2011-2024
  • DOI: 10.1785/0120120295
  • 査読あり
• [雑誌論文] Radially anisotropic structure beneath the Shikoku Basin from broadband surface wave analysis of ocean bottom seismometer records (2013)
  • 著者名/発表者名: Takeo, A., K. Nishida, T. Isse, H. Kawakatsu, H. Shiobara, H. Sugioka, and T. Kanazawa
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. 巻: 118 ページ: 41-659
  • DOI: 10.1002/jgrb.50219
  • 査読あり
• [雑誌論文] Small-scale heterogeneities in the oceanic lithosphere inferred from guided waves (2013)
  • 著者名/発表者名: Shito, A., D. Suetsugu, T. Furumura, H. Sugioka, and A. Ito
  • 雑誌名: Geophys. Res. Lett 巻: 40
  • DOI: 10.1002/grl.50330
  • 査読あり
• [雑誌論文] Can a sheet-like low-velocity region form an elongated Large Igneous Province? (2013)
  • 著者名/発表者名: Namiki, A., Sueyoshi, K. & Takeuchi, N.
  • 雑誌名: Geochem. Geophys. Geosys. 巻: 14 ページ: 3053-3066
  • DOI: 10.1002/ggge.20182
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three-dimensional inversion of magnetotelluric phase tensor data (2013)
  • 著者名/発表者名: Patro, P. K., Uyeshima, M. and Siripunvaraporn, W
  • 雑誌名: Geophysical Journal International 巻: 192 ページ: 58-66
  • 査読あり
• [雑誌論文] Consequences of viscous anisotropy in a deforming, two-phase aggregate. Part 1. Governing equations and linearized analysis (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Takei and R. F. Katz
  • 雑誌名: Journal of Fluid Mechanics 巻: 734 ページ: 424-455
  • 査読あり
• [雑誌論文] Consequences of viscous anisotropy in a deforming, two-phase aggregate. Part 2. Numerical solutions of the full equations (2013)
  • 著者名/発表者名: R. F. Katz and Y. Takei
  • 雑誌名: Journal of Fluid Mechanics 巻: 734 ページ: 456-485
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of mineral fraction on the rheological properties of forsterite + enstatite during grain size sensitive creep 1 : Grain size and grain growth laws. (2013)
  • 著者名/発表者名: Tasaka, M. and Hiraga, T.
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. 巻: 118
  • DOI: 10.1002/jgrb.50285
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of mineral fraction on the rheological properties of forsterite + enstatite during grain size sensitive creep 2 : Deformation experiments (2013)
  • 著者名/発表者名: Tasaka, M., Hiraga, T. and Zimmerman, M. E.
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. 巻: 118
  • DOI: 10.1002/jgrb.50284
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparison of microstructures in superplastically deformed synthetic materials and natural mylonites : Mineral aggregation via grain boundary sliding (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiraga, T., Miyazaki, T. Yoshida, H. and Zimmerman. M. E.
  • 雑誌名: Geology 巻: 41 ページ: 959-962
  • 査読あり
• [雑誌論文] Olivine crystals align during diffusion creep of Earth' s upper mantle (2013)
  • 著者名/発表者名: Miyazaki, T., Sueyoshi, K. and Hiraga
  • 雑誌名: Nature 巻: 502 ページ: 321-326
  • 査読あり
• [雑誌論文] One-dimensional modeling of multiple scattering in the upper inner core : Depth extent of a scattering region in the Eastern hemisphere (2013)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, S.
  • 雑誌名: J. Earth Sci. 巻: 24 ページ: 706-715
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-velocity anomaly adjacent to the western edge of the Pacific low-velocity province (2013)
  • 著者名/発表者名: Idehara, K., Tanaka, S., Takeuchi, N.
  • 雑誌名: Geophys. J. Int. 巻: 192 ページ: 1-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Finite frequency whole mantle P wave tomography : Improvement of subducted slab images (2013)
  • 著者名/発表者名: Obayashi, M., J. Yoshimitsu, G. Nolet
  • 雑誌名: Geophys. Res. Lett. 巻: 40 ページ: 5652-5657
  • DOI: 10.1002/2013GL057401
  • 査読あり
• [雑誌論文] Subducted slabs stagnant above, penetrating through, and trapped below the 660 km discontinuity (2013)
  • 著者名/発表者名: Fukao Y. and M. Obayashi
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. Solid Earth 巻: 118 ページ: 5920-5938
  • DOI: 10.1002/2013JB010466
  • 査読あり
• [学会発表] Experimental study of attenuation and dispersion of a polycrystalline material from purely elastic to viscous behavior : towards seismological application (2014)
  • 著者名/発表者名: Yasuko Takei, Fumiya Karasawa, Hatsuki Yamauchi
  • 学会等名: Geofluid-3
  • 発表場所: 東京工業大学デジタル多目的ホール(東京都目黒区)
  • 年月日: 20140228-0303
• [学会発表] Tsunami-induced electromagnetic fields in the ocean (2014)
  • 著者名/発表者名: Sugioka, H. Y. Hamano
  • 学会等名: IASPEI2014
  • 発表場所: Göteborg Convention Centre (Gothenburg, Sweden)
  • 年月日: 2014-07-26
• [学会発表] 「ふつうの海洋マントル」プロジェクトによって明らかになった海洋マントルの構造 (2014)
  • 著者名/発表者名: 一瀬建日・塩原肇・杉岡裕子・伊藤亜妃・竹尾明子・歌田久司・川勝均・利根川貴志・田中聡
  • 学会等名: BlueEarth 2014
  • 発表場所: 東京海洋大学品川キャンパス(東京都港区)
  • 年月日: 2014-02-20
• [学会発表] Simulation of the electromagnetic fields induced by Tohoku tsunamis of 2011 (2014)
  • 著者名/発表者名: Luolei Zhang, Hisashi Utada, Hisayoshi Shimizu, Kiyoshi Baba, Takuto Maeda
  • 学会等名: Conductivity Anomaly meeting
  • 発表場所: 東京大学地震研究所(東京都文京区)
  • 年月日: 2014-01-08
• [学会発表] OBSs with the self burying broadband sensor in the NOMan project and an new style OBS for the ultra-deep sea (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Shiobara, H. Sugioka, T. Isse, A. Ito, M. Shinohara, T. Kanazawa
  • 学会等名: IRIS OBSIP, OBS Workshop
  • 発表場所: The Portofino Hotel (Redondo Beach, CA, USA)
  • 年月日: 20131021-1022
  • 招待講演
• [学会発表] BBOBS-NX : practical observation tool for broadband seismology at the seafloor (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Shiobara, H. Sugioka, T. Isse, A. Ito, M. Shinohara, T.
  • 学会等名: Joint Assembly IAHS-IASPO-IASPEI
  • 発表場所: Göteborg Convention Centre (Gothenburg, Sweden)
  • 年月日: 20130722-0726
  • 招待講演
• [学会発表] Experimental study on anelasticity of polycrystalline material for seismological application (2013)
  • 著者名/発表者名: Y Takei
  • 学会等名: CIDER Workshop on Seismic Attenuation in the Earth s Mantle
  • 発表場所: Lamont-Doherty Earth Observatory, New York (USA)
  • 年月日: 20130509-10
• [学会発表] In-situ characterization of the lithosphere/asthenosphere system of the "normal oceanic" mantle via ocean bottom geophysical observations : first results of the NOMan project (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Kawakatsu
  • 学会等名: AGU(アメリカ地球物理連合) Fall Meeting
  • 発表場所: The Moscone Center (San Francisco, USA)
  • 年月日: 2013-12-11
  • 招待講演
• [学会発表] Preliminary result of the oceanic mantle structure revealed by "Normal Oceanic Mantle Project" (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Isse, H. Shiobara, H. Sugioka, A. Ito, A. Takeo, H. Utada, H. Kawakatsu, T. Tonegawa, S. Tanaka
  • 学会等名: AGU 2013 fall meeting
  • 発表場所: THE Moscone Center (サンフランシスコ・アメリカ合衆国)
  • 年月日: 2013-12-11
• [学会発表] Development of crystal-preferred orientation of olivine during diffusion creep : a matter of olivine crystal shape (2013)
  • 著者名/発表者名: Miyazaki, T., Sueyoshi, K. and Hiraga T.
  • 学会等名: American Geophysical Union, Fall Meeting
  • 発表場所: The Moscone Center (San Francisco, USA)
  • 年月日: 2013-12-11
• [学会発表] Preliminary analysis of seismic anisotropy in the uppermost mantle beneath NW Pacific reveled by the Normal Oceanic Mantle project (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Takeo, T. Isse, K. Nishida, H. Kawakatsu, H. Shiobara, H. Sugioka, A. Ito, H. Utada
  • 学会等名: AGU 2013 fall meeting
  • 発表場所: THE Moscone Center (サンフランシスコ・アメリカ合衆国)
  • 年月日: 2013-12-09
• [学会発表] Toward in-situ Characterization of the Lithosphere/Asthenosphere System of the《Normal Oceanic》Mantle (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Kawakatsu
  • 学会等名: College de France workshop : "Structure and Dynamics of the Lithosphere/Asthenosphere System"
  • 発表場所: Collège de France (Paris, FRANCE)
  • 年月日: 2013-11-19
  • 招待講演
• [学会発表] The three-dimensional conductivity structure in the upper mantle beneath the Philippine Sea and the western Pacific Ocean (2013)
  • 著者名/発表者名: Noriko Tada, Kiyoshi Baba, Hisashi Utada
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会 第134回総会及び講演会
  • 発表場所: 高知大学朝倉キャンパス(高知県高知市)
  • 年月日: 2013-11-03
• [学会発表] Toward In-Situ Characterization of the Lithosphere/Asthenosphere System of the "Normal Oceanic" Mantle : The NOMan Project (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Kawakatsu
  • 学会等名: Ocean Bottom Seismograph Workshop
  • 発表場所: The Portofino Hotel (Redondo Beach, CA, USA)
  • 年月日: 2013-10-21
  • 招待講演
• [学会発表] 海洋多重反射波の補正法(広帯域海底地震計間P波相対走時測定のための) (2013)
  • 著者名/発表者名: 大林政行・石原 靖・末次大輔
  • 学会等名: 日本地震学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 神奈川県民ホール、産業貿易センター(神奈川県横浜市)
  • 年月日: 2013-10-09
• [学会発表] 「ふつうの海洋マントル」プロジェクトによって明らかになった海洋マントルの構造 (2013)
  • 著者名/発表者名: 一瀬建日・塩原肇・杉岡裕子・伊藤亜妃・竹尾明子・歌田久司・川勝均・利根川貴志・田中聡
  • 学会等名: 日本地震学会2013年度秋季大会
  • 発表場所: 神奈川県民ホール、産業貿易センター(神奈川県横浜市)
  • 年月日: 2013-10-08
• [学会発表] フィリピン海プレートを伝播するPo/So波 (2013)
  • 著者名/発表者名: 志藤あずさ・末次大輔・古村孝志
  • 学会等名: 日本地震学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 神奈川県民ホール、産業貿易センター(神奈川県横浜市)
  • 年月日: 2013-10-08
• [学会発表] Random heterogeneities in the Philippine Sea plate inferred from guided waves (2013)
  • 著者名/発表者名: 志藤あずさ
  • 学会等名: IASPEI General Assembly
  • 発表場所: Göteborg Convention Centre (Gothenburg, Sweden)
  • 年月日: 2013-07-24
• [学会発表] Thickening of a Basal Low Velocity Layer in the Mantle beneath the Western Pacific Detected by Short-Period P-waves near the Core Shadow Zone (2013)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, S., H Kawakatsu, M Obayashi, Y John Chen, J Ning, S Grand, F Niu, J Ni
  • 学会等名: AOGS2013
  • 発表場所: Brisbane Convention & Exhibition Centre, Brisbane, Australia
  • 年月日: 2013-06-28
  • 招待講演
• [学会発表] Past achievements and new attempts in seismological studies (2013)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, S.
  • 学会等名: Gordon Research Conference on the Interior of the Earth
  • 発表場所: Mount Holyoke College South Hadley, MA, USA
  • 年月日: 2013-06-03
  • 招待講演
• [学会発表] Absence of the Stagnant Slab beneath Northeast China Constrained by a Seismic Station in Mongolia (2013)
  • 著者名/発表者名: 竹内 希・NECESSArray Project Team
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場(千葉県千葉市)
  • 年月日: 2013-05-23
• [学会発表] Three-dimensional analysis technique for marine magnetotelluric method (2013)
  • 著者名/発表者名: Noriko Tada
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会(JpGU)
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場(千葉県千葉市)
  • 年月日: 2013-05-22
• [学会発表] The three-dimensional conductivity structure beneath the Philippine Sea and the western Pacific Ocean (2013)
  • 著者名/発表者名: Noriko Tada, Kiyoshi Baba, Hisashi Utada
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会(JpGU)
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場(千葉県千葉市)
  • 年月日: 2013-05-22
• [学会発表] Topography of the inner core boundary inferred from frequency dependent amplitude ratio of PKiKP/PcP (2013)
  • 著者名/発表者名: Satoru Tanaka, Hrvoje Tkalcic
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会(JPGU, 2013)
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場(千葉県千葉市)
  • 年月日: 2013-05-21
• [学会発表] Three-dimensional simulation of the electromagnetic fields induced by tsunamis : A case study for the 2011 Tohoku Tsunami (2013)
  • 著者名/発表者名: Luolei Zhang, Hisashi Utada, Hisayoshi Shimizu, Kiyoshi Baba, Takuto Maeda
  • 学会等名: 5th International Symposium on Three-Dimensional Electromagnetics
  • 発表場所: 北海道大学コファレンスホール(北海道札幌)
  • 年月日: 2013-05-09
• [学会発表] Three-dimensional electrical conductivity structure beneath the Philippine Sea using three-dimensional marine MT inversion dealing with topographic effect (2013)
  • 著者名/発表者名: Noriko Tada, Kiyoshi Baba, Hisashi Utada
  • 学会等名: 5th International Symposium on Three-Dimensional Electromagnetics "Future Challenges"
  • 発表場所: 北海道大学コファレンスホール(北海道札幌)
  • 年月日: 2013-05-09
• [図書] 2013 Elasticity, anelasticity, and viscosity of a partially molten rock. In Physics and Chemistry of the Deep Earth (ed. S. Karato) (2013)
  • 著者名/発表者名: Takei, Y.
  • 総ページ数: 402 (66-93)
  • 出版者: John Wiley & Sons, Ltd.
• [備考] ふつうの海洋マントル
  • URL: http://www.eri.u-tokyo.ac.jp/yesman/index_j.html
• [備考] 海底からのぞく新しい地球
  • URL: http://www.noman.jp/
• [備考] 「with-earth. jp」
  • URL: http://with-earth.jp/