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2018 Fiscal Year Annual Research Report

Mechanical responses and evolution of fluid pathways during fluid-rock reactions : Implications for permeability and fluid connectivity in subduction zones

Publicly Offered Research

Project AreaCrustal dynamics-Unified understanding of intraisland deformation after the great Tohoku-oki earthquake-
Project/Area Number 17H05310
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

宇野 正起  東北大学, 環境科学研究科, 助教 (50748150)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2019-03-31
Keywords反応誘起応力 / 反応誘起破壊 / 吸水反応 / 浸透率発展 / 流路形成 / ペリクレース / 蛇紋岩化作用
Outline of Annual Research Achievements

本年度は,高温高圧吸水反応浸透率測定装置を立上げ,高温高圧下での吸水反応による浸透率の時間発展の測定に成功し,その温度・封圧・流体圧依存性について明らかにしつつある.また,前年度に開発したその場観察応力測定装置を改良し,高精度流量計を導入することで,その場観察応力測定と反応率・反応速度測定の同時測定が可能となり,応力発展と反応速度の関係を経時計測することができた.
吸水反応における浸透率測定では,ペリクレース焼結体に対して150~300°C, 封圧10~45 MPaで流通式反応試験をおこない,その浸透率変化を測定した.その結果,吸水反応の進行とともに急激な空隙閉塞と浸透率低下がみられること,また,浸透率低下率は封圧とともに増大すること,体積膨張によるスリーブSUS管の破壊がおこること,SUS管の破壊は反応速度の早い高温側で早く起こることが明らかになった.スリーブSUS管の破壊は意図したものではなかったが,吸水反応による急速な応力発生をあらわしている.均質なペリクレース出発物質では,期待されていたような浸透率の増加は確認されなかったものの,供試体の外側に対して顕著な応力発生が起きていたことが確認され,流体供給や反応物質の不均質な分布が,浸透率の増加に重要であることが示唆された.また,テフロンスリーブを用い,局所的な流体供給を行った実験では,反応の進行とともに浸透率の変動が確認され,亀裂生成による浸透率上昇が確認された.上記の結果より,吸水反応による流路発展には,反応速度と変形速度の競合のみならず,流体・反応物質の不均質性が重要であることが示唆された.

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (35 results)

All 2019 2018 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (31 results) (of which Int'l Joint Research: 12 results,  Invited: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] アメリカ地質調査所 メンロパーク支所(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      アメリカ地質調査所 メンロパーク支所
  • [Journal Article] Evidence for multiple stages of serpentinization from the mantle through the crust in the Redwood City Serpentinite m?lange along the San Andreas Fault in California2019

    • Author(s)
      Masaoki Uno, Stephen Kirby
    • Journal Title

      Lithos

      Volume: 336-337 Pages: 276~292

    • DOI

      10.1016/j.lithos.2019.02.005

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Evaluation of Caldera Hosted Geothermal Potential during Volcanism and Magmatism in Subduction System, NE Japan2019

    • Author(s)
      Fajar F. Amanda, Ryoichi Yamada , Masaoki Uno, Satoshi Okumura, Noriyoshi Tsuchiya
    • Journal Title

      Geofluids

      Volume: 2019 Pages: 1~14

    • DOI

      10.1155/2019/3031586

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Drone brings new advance of geological mapping in Mongolia: Opportunities and challenges2018

    • Author(s)
      Otgonbayar Dandar, Atsushi Okamoto, Masaoki Uno, Undarmaa Batsaikhan, Ulziiburen Burenjargal, Noriyoshi Tsuchiya
    • Journal Title

      Mongolian Geoscientist

      Volume: 47 Pages: 53~57

    • DOI

      10.5564/mgs.v0i47.1063

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Crustal fluid pressure gradients and permeability estimated from fluid-rock reaction zones2019

    • Author(s)
      Masaoki Uno, Diana Mindaleva, Noriyoshi Tsuchiya
    • Organizer
      16th International Workshop on Water Dynamics
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Pore network of feldspar replacement as the mark potassium-rich supercritical fluids on the top of granitic intrusion2019

    • Author(s)
      Astin Nurdiana, Atsushi Okamoto, Masaoki Uno, Kenta Yoshida, Noriyoshi Tsuchiya
    • Organizer
      16th International Workshop on Water Dynamics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Short fluid infiltration events in the low permeable metamorphic rocks at amphibolite_granulite facies conditions linked to crustal fracturing2019

    • Author(s)
      Diana Mindaleva, Masaoki Uno, Fumiko Higashino, Atsushi Okamoto, Noriyoshi Tsuchiya
    • Organizer
      16th International Workshop on Water Dynamics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Water budget within the crust through magmatism and volcanism of granitic magma in subduction zone, NE Japan2019

    • Author(s)
      Fajar F. Amanda, Ryoichi Yamada, Masaoki Uno, Satoshi Okumura, Noriyoshi Tsuchiya
    • Organizer
      16th International Workshop on Water Dynamics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Experimental investigation of reaction-induced stress and permeability developments in MgO-H2O system2019

    • Author(s)
      Hisamu Kasahara, Masaoki Uno, Atsushi Okamoto, Noriyoshi Tsuchiya
    • Organizer
      16th International Workshop on Water Dynamics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Elucidation of effective diffusion coefficient along grain boundaries by hydrothermal experiment using low porosity rocks2019

    • Author(s)
      Naoki Sugisawa, Masaoki Uno, Noriyoshi Tsuchiya
    • Organizer
      16th International Workshop on Water Dynamics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Formation of pseudomorphs after orthopyroxene during serpentinization and Ca-metasomatism of mantle wedge (the Alag Khadny accretionary wedge, the Chandman area, western Mongolia)2019

    • Author(s)
      Otgonbayar Dandar, Atsushi Okamoto, Masaoki Uno, Noriyoshi Tsuchiya
    • Organizer
      16th International Workshop on Water Dynamics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] The pressure-temperature path and mineral assemblage of the Khonichin Ovoo Area, southeastern Mongolia2019

    • Author(s)
      Undarmaa Batsaikhan, Tsuchiya Noriyoshi, Masaoki Uno, Shuhei Sakata, Uyanga Bold, Yukio Isozaki, Otgonbayar Dandar, Hikaru Sawada
    • Organizer
      16th International Workshop on Water Dynamics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Al-H2O reaction under acidic and alkaline conditions for hydrogen production2019

    • Author(s)
      Vani Novita Alviani, Masaoki Uno, Masahiro Oba, Nobuo Hirano, Noriaki Watanabe, Noriyoshi Tsuchiya, and Hanae Saishu
    • Organizer
      16th International Workshop on Water Dynamics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Hydrothermal flow-through experiments on basal-water and basalt-seawater interactions near critical condition2019

    • Author(s)
      Yusuke Netsu, Atsushi Okamoto, Masaoki Uno, Nobuo Hirano, Noriyoshi Tsuchiya
    • Organizer
      16th International Workshop on Water Dynamics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Principal Component Analysis Reveals Diverse Mantle Melting at the Gala_pagos Plume_ridge Interaction Zone2018

    • Author(s)
      Masaoki Uno, Kenta Ueki and Tatsu Kuwatani
    • Organizer
      American Geophysical Union 2018 Fall Meeting
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Timescales of Cl-bearing fluid infiltration estimated by multiple trace elements profiles in apatite for granulite/amphibolite-hosted reaction zones, S_r Rondane Mountains, East Antarctica2018

    • Author(s)
      Diana Mindaleva, Masaoki Uno, Fumiko Higashino, Atsushi Okamoto, Noriyoshi Tsuchiya
    • Organizer
      第9回極域科学シンポジウム
  • [Presentation] カルデラ堆積物中のメルト包有物を用いた水収支と 地熱エネルギーポテンシャル評価2018

    • Author(s)
      アマンダ F. F.,山田 亮一,宇野 正起,土屋 範芳
    • Organizer
      日本地熱学会 平成30年学術講演会
  • [Presentation] アルミニウムと温泉水による水素製造の速度論2018

    • Author(s)
      バニ ノビタ,小坂 拓也,宇野 正起,平野 伸夫,大庭 雅寛,渡邉 則昭,土屋 範芳,最首 花恵
    • Organizer
      日本地熱学会 平成30年学術講演会
  • [Presentation] 地殻に付与される流体の量 -Water Budgetに関する作業仮説-2018

    • Author(s)
      土屋 範芳, 宇野 正起, Fajar Amanda
    • Organizer
      日本鉱物科学会2018年年会
  • [Presentation] Ca-metasomatism of the Mantle Wedge: an Example from the Khantaishir Ophiolite in the Chandman area, Western Mongolia2018

    • Author(s)
      Otogonbayar Dandar, Atsushi Okamoto, Masaoki Uno, Noriyoshi Tsuchiya
    • Organizer
      日本鉱物科学会2018年年会
  • [Presentation] Pore throat network by feldspar replacement with potassium-rich fluids on the top of granitic magma during supercritical fluid processes2018

    • Author(s)
      Astin Nurdiana, Okamoto Atsushi, Uno Masaoki, Yoshida Kenta, Tsuchiya Noriyoshi
    • Organizer
      日本鉱物科学会2018年年会
  • [Presentation] 吸水反応における反応誘起応力の反応速度・変形速度依存性:MgO- H2O系における実験的研究2018

    • Author(s)
      笠原 久夢, 宇野 正起, 岡本 敦, 土屋 範芳
    • Organizer
      日本鉱物科学会2018年年会
  • [Presentation] 超臨界における玄武岩の熱水変成反応プロセスと物質移動2018

    • Author(s)
      根津 勇介, 岡本 敦, 平野 伸夫, 宇野 正起, 土屋 範芳
    • Organizer
      日本鉱物科学会2018年年会
  • [Presentation] 東南極セールロンダーネ山地,グラニュライト・角閃岩相反応帯における多元微量元素解析による含Cl流体の浸透の時間スケール2018

    • Author(s)
      ミンダリョワ ディアナ, 宇野 正起, 東野 文子, 岡本 敦, 土屋 範芳
    • Organizer
      日本鉱物科学会2018年年会
  • [Presentation] 350 _ 450℃水熱反応によるアパタイト中のハロゲン置換反応実験2018

    • Author(s)
      杉沢 直樹, 東野 文子, 宇野 正起, 岡本 敦, 土屋 範芳
    • Organizer
      日本鉱物科学会2018年年会
  • [Presentation] ギブス自由エネルギー最小化による反応帯形成のフォーワードモデル2018

    • Author(s)
      宇野正起
    • Organizer
      日本地質学会第125年学術大会
  • [Presentation] Evaluation of deep geothermal reservoir and magma process revealed by melt inclusion-example in Fukano caldera, NE Japan-2018

    • Author(s)
      F. F. Amanda, M. Uno, N. Tsuchiya, R. Yamada
    • Organizer
      Grand RENEWABLE ENERGY 2018
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 島弧地殻内のスラブ流体のマスバランス:地殻-メルト反応帯と古カルデラ分化過程からのプロセス解析2018

    • Author(s)
      宇野正起,土屋範芳
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2018年大会
  • [Presentation] 吸水反応による反応誘起応力の温度依存性とその支配プロセス:MgO_H2O系からの制約2018

    • Author(s)
      宇野正起,笠原久夢,岡本敦,土屋範芳
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2018年大会
  • [Presentation] Crystal Preferred Orientation of Secondary Olivine Formed after Orthopyroxene in Mantle Wedge during Serpentinization from the Khantaishir Ophiolite, Western Mongolia2018

    • Author(s)
      Otogonbayar Dandar, Atsushi Okamoto, Takayoshi Nagaya, Masaoki Uno, Noriyoshi Tsuchiya
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2018年大会
  • [Presentation] Mantle Wedge Metasomatic Hydration; Evidence from the Khantaishir Ophiolite, Western Mongolia2018

    • Author(s)
      Otogonbayar Dandar, Atsushi Okamoto, Masaoki Uno, Noriyoshi Tsuchiya
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2018年大会
  • [Presentation] Fluids transport and magma-driven metamorphism related to Granitic Pegmatite Complex in Kinka-san Island, NE Japan2018

    • Author(s)
      Astin Nurdiana, Atsushi Okamoto, Masaoki Uno, Noriyoshi Tsuchiya
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2018年大会
  • [Presentation] MgO_H2O系における反応誘起応力の直接測定2018

    • Author(s)
      笠原久夢,宇野正起,岡本敦,土屋範芳
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2018年大会
  • [Presentation] 玄武岩-水系における熱水変成作用によるザクロ石の合成2018

    • Author(s)
      根津勇介,岡本敦,宇野正起,平野伸夫,大柳良介,土屋範芳
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2018年大会
  • [Presentation] Time scales of Cl-bearing fluid infiltration and permeability estimated by reactive transport modelling for granulite/amphibolite-hosted reaction zones, S_r Rondane Mountains, East Antarctica2018

    • Author(s)
      Diana Mindaleva, Masaoki Uno, Fumiko Higashino, Takayoshi Nagaya, Ryosuke Oyanagi, Atsushi Okamoto, Noriyoshi Tsuchiya
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2018年大会

URL: 

Published: 2019-12-27  

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