SCG60-01

会場:201A

時間:5 月 25 日 11:00-11:15

九州地方の 3 次元比抵抗構造を基にした温度構造とメルト分布
Thermal structure and melt fraction distribution of mantle from a 3-D electrical conductivity structure beneath Kyushu
畑 真紀 1∗ ; 上嶋 誠 1
HATA, Maki1∗ ; UYESHIMA, Makoto1
1
1

東京大学地震研究所
Earthquake Research Institute, The University of Tokyo

The Kyushu Island in the Southwest Japan Arc has many Quaternary active volcanoes, which exist along the volcanic frontof N30o E-S30o W, in relation to the subduction of the Philippine Sea Plate (PSP). The volcanoes are located in northern andsouthern regions of the island, and no volcano is located in the central region between the two volcanic regions of the island.
We have performed three-dimensional (3-D) inversion analyses to obtain a lithospheric-scale electrical conductivity structure(model) beneath the entire Kyushu Island using the Network-Magnetotelluric (MT) data [Hata et al. , 2015]. One of two major
findings from a distribution of conductive anomalies in the model is that the volcanoes in the northern and southern volcanic
regions have two different origins bordering the non-volcanic region at deep depths. Secondly, the degrees of magmatism and therelative contributions of slab-derived fluids to the magmatism vary spatially in the one non-volcanic and two volcanic regions.
Then, in this study, we try to verify whether the respective conductivity anomalies impart a different effect on temperature andmelt fraction.
We use laboratory work results to determine thermal structure and melt fraction distributions derived from the electrical conductivity structure beneath the Kyushu Island. The laboratory work results are relation between electrical conductivity andtemperature for four nominally anhydrous minerals (Olivine, Orthopyroxene, Clinopyroxene, and Garnet) in solid phase, relation between electrical conductivity and temperature for hydrous basaltic melt in liquid phase, and a parameterization result ofisobaric hydrous mantle melting. In this presentation, we will show our approach to determine temperature and melt fraction
as a function of the water contents among the four mantle minerals and the basaltic melt, which integrate laboratory-derived
conductivity and field-derived conductivity. We will also show thermal structure profiles and melt fraction distribution profilesof the mantle wedge beneath the one non-volcanic region and the two volcanic regions of the Kyushu Island.

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SCG60-02

会場:201A

時間:5 月 25 日 11:15-11:30

プレート沈み込み開始とマグマ形成場の時空間変化：中新世西南日本を対象としてSubduction Initiation and spatial and temporal variation of magma generating conditionin the Miocene SW Japan森里 文哉 1∗ ; 小澤 一仁 1
MORISATO, Fumitoshi1∗ ; OZAWA, Kazuhito1
1
1

東京大学大学院理学系研究科地球惑星科学専攻
Department of Earth and Planetary Science, Graduate School of Science, University of Tokyo

はじめに
島弧でのマグマ形成メカニズムと沈み込み帯の熱的・化学的構造の関係は二次元断面モデルで議論されてきたが (Spiegelman & McKenzie, 1987; Tatsumi, 1989 など)，東北日本弧では沈み込み帯の三次元構造を考慮する必要性が示された (Tamura
et al., 2002; Ueki & Iwamori, 2007 など)．さらに，数値シミュレーションで定常的な沈み込み帯のマントルウェッジに三次元的な局所対流が生じることが示されている (Honda, 2011)．一方，三次元構造の形成メカニズムについては，良くわ
かっていない．この課題解決には，沈み込み開始期の地質記録からの制約が不可欠であるが，多くの場合情報は断片的である（海野・石塚, 2010 など）．
中新世の西南日本弧では，四国海盆の沈み込み開始に関連して幅広い時間 (12〜18Ma)・空間 (〜900km) で火成活動が起きていた（Sumii, 2000; Tatsumi et al., 2001, など）．これらの火成活動の推移は二次元モデルによって議論されてきた（Kimura et al., 2005）．しかし，四国西部・四国東部・紀伊半島では約 50km 間隔で火成活動と地殻構造が島弧横断方向に伸長したクラスタ構造を形成しており，マントルの三次元構造を考慮する必要性を示している．本研究では，Sakuyama
et al., (2014) の方法により瀬戸内火山帯のマグマ形成場の時空間変化を推定し，沈み込み開始直後の三次元的マントルの熱・物質の起源と輸送過程を描き出すことを目的とする．
瀬戸内火山帯では，天然の安山岩を用いた複数相飽和実験 (Tatsumi & Ishizaka, 1982 など)，マントルウェッジと沈み込
みスラブの地球化学的特徴 (Shimoda et al., 1998 など)，テクトニクス復元によって推定される当時の熱的構造 (Furukawa& Tatsumi, 1999) に基づく議論から，スラブ溶融メルトとマントルカンラン岩の反応で含水量 4wt%以上の初生安山岩質
メルトが形成されたと推定されている (Tatsumi et al., 2006)．本研究では上記目的達成のため，天然情報からの制約でマントル融解条件推定時の仮定をできる限り排除する．
今回我々は四国東部クラスタに焦点をあて，クラスタの中央部 (金山・城山・五色台地域) と西縁部 (七宝山地域) に相当する地域で XRF, LA-ICP-MS による安山岩質溶岩の全岩主成分・微量元素組成分析を行った．東縁部 (小豆島地域) に関しては Tatsumi et al (2006) によるデータを用いた．
結果・考察
クラスタ中心の安山岩の主要元素組成バリエーションは，水を最大 2wt%含む単一の親マグマの結晶分化（alphaMELTS）と娘マグマ間のマグマ混合で説明できる．噴出物の含水量 (0.48〜1.7wt%：逸見ほか, 1976) と少量の空隙を考慮すると，結晶分化過程で大規模な脱ガスは起きていなかったと考えて良い．噴出物中の斜方輝石の波動累帯構造に記録された初生的なメルト組成から，メルト分離時のマントル組成に制約を課した．初生マグマ組成を，SiO2 =56.8〜57.1wt%，MgO=13.2〜11.7wt%，H2 O= 0.9〜1.5wt%と推定した．このマグマは，深さ約 30km(alphaMELTS)，温度 1240〜1200 ℃ (Sugawara,
2000; Medard & Grove, 2008) でカンラン石および斜方輝石と平衡共存する．
分化指標である SiO2 含有量に対する微量元素濃度トレンドから，マグマ形成初期はクラスタの全域に共通の島弧的なソース物質が溶融に関与していたが，後期には HFS 元素や重希土類元素に富む，より肥沃なソース物質がクラスタ中央部での溶融に関与したこと，また，クラスタ中央部と東縁部のソース物質は後期に LIL 元素に富むスラブ由来流体の影響を強く受けたことが明らかになった．ソースマントルを肥沃なレールゾライトとし，単斜輝石が消失するために 25%程
度の部分溶融度を仮定した場合，ポテンシャル温度は 1300〜1250 ℃，融解開始深さは?75km と見積もられる．
これらの結果から，沈み込み開始に伴うマントルの強制対流によって上昇流の局在化が起きることで火成活動のクラスタリングが形成されるモデルを考案した．ソース物質の特徴の時間変化は，スラブの進行に伴ってより深所のマントルが上昇することに加え，スラブ起源物質が上昇流に取り込まれてマグマ形成に関与することで説明できる．定常的な沈み込み帯の三次元熱構造の起源は，沈み込み開始初期まで遡る可能性がある．
キーワード: プレート沈み込み開始, 初生マグマ, 西南日本, 瀬戸内火山岩帯, マントルダイナミクス
Keywords: Subduction initiation, Primary magma, Southwest Japan, Setouchi Volcanic Belt, Mantle dynamics

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SCG60-03

会場:201A

時間:5 月 25 日 11:30-11:45

プレート境界上の低粘性層による沈み込み帯 3 次元温度構造の発達
Development of a 3D thermal structure in the subduction zone due to a low viscosity layer
at the plate interface
森重 学 1∗MORISHIGE, Manabu1∗
1
1

京都大学地球熱学研究施設
IGS, Kyoto University

It is essential to understand the detailed 3D thermal structure in the subduction zone to better constrain the transport of fluid
and melt there. In this presentation, I will propose a simple and new mechanism to produce the along-arc variation in the thermal
structure. In the northeast Japan, the earthquakes at the plate interface may occur down to 50 km depth. On the other hand, theslab and mantle may need to decouple down to 80 km depth in this region to explain the observed low surface heatflow in theforearc. These observations may show that the slab and mantle are decoupled by non-brittle deformation from 50 down to 80 km
depth. Based on this idea, I set a thin low viscosity layer (LVL) just above the subducting slab within the depth range.
3D finite element models are used to investigate the effects of LVL on the thermal structure. The model domain is divided
into four parts: the crust, a small portion of the mantle wedge tip which is rigid, the viscous mantle wedge, and the subducting
slab. The model is exactly the same in the along-arc direction. The flow is computed only in the viscous mantle wedge, whereas
temperature is computed for the whole model domain. When the viscosity in LVL is relatively high, the slab and mantle are
effectively decoupled but there is no along-arc variation in the flow and thermal structure. I find, however, that when the viscosity
in LVL is sufficiently low the corner flow starts to show 3D features and it leads to the along-arc temperature variation. It is
well known that the distribution of Quaternary volcanoes in the northeast Japan forms clusters whose characteristic wavelength
is around 80 km. The model proposed here successfully explains the observed wavelength based on an assumption which issimpler and better constrained by observations compared to previous models.
A previous study has proposed that slab and mantle are decoupled down to a common depth (70-80 km) for most subduction
zones. It means that the LVL considered in this study could exist for other subduction zones as well. Therefore, the new model
proposed here can be applied to a wide range of regions.
Keywords: subduction zone, plate interface, low viscosity layer, distribution of volcanoes, slab-mantle coupling

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SCG60-04

会場:201A

時間:5 月 25 日 11:45-12:00

S 波伝搬経路解析が制約する含水ウェッジマントルの分布とダイナミクス
S-wave ray path analysis constrains the distribution and dynamics of the hydrated mantlewedge
永冶 方敬 1∗ ; ウォリス サイモン 1 ; ワーカー アンドリュー 3 ; ウーキー ジェームズ 2 ;ケンダル マイケル 2
NAGAYA, Takayoshi1∗ ; WALLIS, Simon1 ; WALKER, Andrew3 ; WOOKEY, James2 ; KENDALL, Michael2
1

名古屋大学 環境学研究科 地球環境科学専攻, 2 ブリストル大学 理学部 地球科学科, 3 リーズ大学 環境学部 地球環境学科
Department of Earth and Planetary Sciences, Nagoya University, 2 School of Earth Sciences, University of Bristol, 3 School ofEarth 9 and Environment, University of Leeds

1

H2 O を含む沈み込み流体はプレート収束域におけるダイナミクスと地球表層から深部への物質循環を理解する上で重要である。マントルウェッジの水に富む流体は主にプレート運動によって沈み込んだアンチゴライト由来である。アンチゴライトは沈み込むスラブの脱水が予想される、比較的暖かい沈み込み帯に分布すると一般的に考えられている。地
震波観測はアンチゴライトが多い領域やその含有量を決定するのによく用いられる (アンチゴライト単結晶では、低 Vp= ~ 6.5 ̶ 6.7 km/s, 低 Vs = ~ 3.4 ̶ 3.7 km/s かつ高 Vp/Vs = ~ 1.8 ̶ 1.9)。
しかしながら、アンチゴライトは強い地震波異方性 (∆ Vp ≤ 46 %と∆ Vs ≤ 66 %) を示すため、アンチゴラ
イトの地震波速度や Vp/Vs 比が、地震波の伝搬経路によっては非常に高いバラツキを示す可能性がある (Vp = 5.6 ̶ 8.9
km/s, Vs = 2.5 ̶ 5.1 km/s そして Vp/Vs = 1.2 ̶ 3.4) 。これは観測した地震波速度の平均値を用いた解析では必ずしも含
アンチゴライト蛇紋岩とかんらん石に富む dry マントルを区別できないことを意味する。そのためアンチゴライト、つまり水の分布と含有量の決定は極めて難しいと考えられる。
本研究では、長い delay time(~ 1 s) を伴う海溝に平行な S 波異方性が観測されている琉球弧をモデル地域とし、観測された地震波経路を用いてウェッジマントル内で生じることが予想される S 波スプリッティングの理論計算を行った。地震波観測地点に対して前弧側から入射する地震波と背弧側から入射する地震波の双方の S 波スプリッティングの観測結果を説明するためには、ウェッジマントル内の最深部でスラブに平行に配列するアンチゴライトがその上方のウェッ
ジマントル中深部では鉛直方向に配列しなければならず、またそれらの領域のアンチゴライトの含有率は 65 %以上であることが明らかになった。地震波伝搬経路と変形したアンチゴライトを含むマントルの地震波異方性を考慮した、この解析方法はアンチゴライトの分布、含有率、そして配列方向を制約することができる。 琉球弧におけるアンチゴライトの配列方向の変化は、1019 Pa s 以下の長期体積粘性率の含水前弧マントルにおける対流の存在が考えられる。
他地域の S 波スプリッティングの観測結果を解析した結果、琉球弧の例と同様ウェッジマントル内に、長い delay
time を伴う海溝に平行な S 波異方性が、スラブの年代に関係なく、冷たい沈み込み帯からも観測されていることが明らかになった (e.g 伊豆̶ボニンとトンガ̶カーマディック沈み込み帯)。この結果は、スラブの脱水に関係した、大規模な蛇紋岩化と含水マントル流動がこれまでの想定より広く起こっている可能性を示唆しており、冷たい沈み込み帯の前弧マントルは dry であるという一般に受け入れられている認識を見直す必要があるかもしれない。
しかしながら、ウェッジマントル内での delay time が短い沈み込み帯もまたウェッジマントルの温度構造に関係なく報告されている。強い S 波スプリッティングを示さない、いくつかの沈み込み帯とその温度構造の不整合には、ウェッジマントル底部の含水層の構造浸食と関係があるかもしれない。もう一つの要因としてはスラブの沈み込み角度が関係しているかもしれない。長い delay time を伴う沈み込み帯では比較的、高角の沈み込み角度 (~ 40 ̶ 60 °) を持っており (琉球, アリューシャン, 伊豆̶ボニンそしてトンガ̶カーマディック沈み込み帯)、低角の沈み込み角度を持つ沈み込み帯では、強い S 波異方性は観測されていない。高角の沈み込み帯は、対流に必要なウェッジマントル内でのスラブに平行な面構造とほぼ鉛直な面構造の両領域を発達させる空間を提供している、重要な幾何学的形状かもしれない。
キーワード: S 波スプリッティング, アンチゴライト, 含水ウェッジマントル, 地震波異方性, 地震波伝播経路, マントル対流
Keywords: Shear waves splitting, Antigorite, Hydrated mantle wedge, Seismic anisotropy, Seismic ray path, Mantle convection

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SCG60-05

会場:201A

時間:5 月 25 日 12:00-12:15

Ｓ波の偏向異方性解析から求められた 1891 年濃尾地震断層域におけるマントルの異方性
The mantle anisotropy obtained from shear-wave splitting in the region of 1891 Nobi
earthquake
飯高 隆 1∗ ; 平松 良浩 2 ; 濃尾地震断層域 合同地震観測グループ 1
IIDAKA, Takashi1∗ ; HIRAMATSU, Yoshihiro2 ;THE RESEARCH GROUP FOR THE JOINT SEISMIC, Observations at the nobi area1
1
1

東京大学・地震研究所, 2 金沢大学
Earthquake. Res. Inst., University of Tokyo, 2 Kanazawa University

１） はじめに内陸地震の発生は，日本列島域周囲の海洋プレートの沈み込みなど，プレート運動に伴って生ずる歪が島弧地殻内部に蓄積し，それに伴い特定の断層への応力集中がおこり破壊に至るという，一連のプロセスから成ると考えられる。その物理メカニズムを理解するためには，島弧地殻内の不均質構造を解明するとともに，プレート境界から加わる歪・応力がその不均質構造や内部変形によって局在化していく過程を明らかにしなければならない。2009 年から 5 ヶ年計画で実施された 地震及び火山噴火予知のための観測研究計画 においては，全国の大学・関係機関と共同で，1891 年に発生した国内最大規模の内陸地震である濃尾地震の断層域を研究対象とした，地震観測，地球電磁気観測，GPS 観測等による地球物理的総合観測が実施された。この断層は，新潟-神戸歪集中帯の中に位置しており，断層への歪・応力集中の様子を調べるのに適した断層である。
これまでにおこなってきた跡津川断層などにおける合同観測の研究から，内陸地震の発生に関しては地表近傍の構造だ
けでなく，下部地殻の構造や地殻の下に沈み込んでいる海洋プレートから供給される流体の影響が大きいことがわかってきた。濃尾断層域でおこなっている総合観測の一環である自然地震のテレメータ観測のデータを用いた広域トモグラ
フィ解析によっても，濃尾断層域下のフィリピン海プレートから上部地殻へとつながる低速度域が検出された。そのため，地殻構造のみならず，マントルの構造に関しても理解する必要があるものと思われる。そこで本研究では，この領域においてＳ波偏向異方性解析をおこなった。
２） データ
震源は，2009 年から 2014 年までの深さ 200km 以深の稍深発地震・深発地震を用いた。観測点は，本計画で設置した臨時観測網のデータに加え，防災科研の Hi-net のデータを使用させていただいた。
３） 結果
濃尾地震断層域でのＳ偏向異方性の解析結果は，偏向方向の空間分布において，特徴的な結果が得られた。濃尾地震
断層域の北東側では，NE-SW 方向の偏向異方性が観測された。また，今回の観測領域の東側の観測点では，E-W 方向の
偏向異方性が観測された。しかしながら，濃尾地震断層域においては，NW-SE 方向の偏向異方性が観測され，周囲の偏向方向と大きく異なることがわかった。マントルの異方性の原因を考える上で２つの原因が考えられる。ひとつは，マントルの対流によるオリビンの選択的配向であり，もう一つは流体やマグマなどの存在による不均質構造によるものである。
これまでのＳ波偏向異方性の研究でも，今回の観測領域の東側の観測点では，E-W 方向の偏向方向が観測されている(e.g., Ando et al., 1983)。この結果は，沈み込む太平洋プレートによるマントルウェッジのマントル対流の方向と一致し，対流によるオリビンの選択的配向と考えると説明がつく。また，観測領域の北東側の観測点においては，フィリピン海
プレートが北東方向に沈み込んでおり，沈み込むフィリピン海プレートの対流によるマントル内のオリビンの選択的配向と考えられる。このことは，Iidaka et al. (2009) によって示されている。しかしながら，濃尾地震断層域の北西-南東の偏向方向はこれまでに示されてきた結果と大きく異なる。
この地域は，沈み込むフィリピン海プレートから濃尾地震震源域に向かって，低速度や低比抵抗域が存在しマントル内の流体の存在を示唆する結果も得られている。これらのことをもとに，この領域での異方性の原因を明らかにしていく。

キーワード: マントル, 偏向異方性, 濃尾地震
Keywords: mantle, Splitting, Nobi earthquake

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SCG60-06

会場:201A

時間:5 月 25 日 12:15-12:30

浅部ウェッジマントルの蛇紋岩の再考 ーブルース石の重要性ー
Reconsideration of serpentinite in the shallow wedge mantle -Importance of brucite河原 弘和 1∗ ; 遠藤 俊祐 2 ; ウォリス サイモン 1 ; 永冶 方敬 1 ; 森 宏 2 ; 山本 鋼志 1 ; 淺原 良浩 1
KAWAHARA, Hirokazu1∗ ; ENDO, Shunsuke2 ; WALLIS, Simon1 ; NAGAYA, Takayoshi1 ; MORI, Hiroshi2 ;YAMAMOTO, Koshi1 ; ASAHARA, Yoshihiro1
1
1

名古屋大学大学院環境学研究科, 2 産業技術総合研究所
Earth & Planetary Sciences, Nagoya University, 2 National Institution of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)

ウェッジマントル内の加水・脱水反応に伴う流体の挙動は，沈み込み帯の様々な現象において重要な役割を果たしている．かんらん岩 + H2 O 系における，重要な加水・脱水反応として，次のものが上げられる．
antigorite (Atg) = olivine (Ol) + orthopyroxene (Opx) + H2 O (1)Atg + brucite (Brc) = Ol + H2 O (2)
Atg の単独脱水分解反応プロセス（反応 1）の天然の例は詳しく研究されている（e.g. Padron-Navarta et al., 2011）が，Atg + Brc の脱水反応プロセス（反応 2）に着目した先行研究は非常に少ない．より低温で起こる Brc の形成・分解反応（反応 2）は，浅部ウェッジマントル内での H2 O 収支を考える上で重要である．また，Ol が H2 O 流体と反応し分解する
とき，流体の SiO2 activity が高いと Brc は生成されず，次の反応により Atg のみが形成される．
Ol + SiO2 aq + H2 O = Atg (3)つまり Brc は，岩体中に SiO2 に富む流体がどの程度浸透したかを推定するための指標となり得る．加えて，Brc は Atg
や Ol と比べて変形しやすい性質があるので，剪断帯を発達させるなどウェッジマントルの物性にも影響を与えることが予想される．したがって，ウェッジマントル内で起きる様々な現象を検討する上で，蛇紋岩に含まれる Brc の存在量，組織などの情報は不可欠である．しかし，SiO2 に富むスラブ流体や初生的な Opx 周囲の high SiO2 activity によって Brc の生成が阻害されていると考えられてきた（e.g. O’Hanley, 1996）ため，浅部ウェッジマントルにおける Brc の重要性はこれまで十分認識されていなかった．
沈み込み型変成帯である三波川帯にはウェッジマントル起源の岩体が数多く点在している（Aoya et al., 2013）．本研
究ではそれらのうち，低変成度部（深度 30 km 相当）に位置する数 km スケールの白髪岩体に注目した．同岩体はダナイ
ト起源の変成蛇紋岩体で，反応 2 で形成された変成 Ol を含む（Kunugiza, 1980）．本研究では，同岩体の野外調査による地質図作成と計 111 試料の薄片観察を行った．その結果，岩体広範に Brc が分布することがわかった．ただし，岩体東部
境界から約 100 m の幅を持つ領域は Atg のみからなる蛇紋岩が分布している．また，Brc は組織観察および組成累帯構造により，変成ピーク（Ol ＋ Atg または Ol + Brc 安定領域）以前から存在するもの（Brc I）と，後退変成時のもの（Brc
II）に識別できる．Brc I は変成 Ol の包有物または粗粒結晶からなる脈として産し，Atg とは変成 Ol によって隔てられている．Brc II は Atg と直接接し，脈として産する．Brc I は Mgt 離溶ラメラを大量に含む褐色のコアと無色のリムからなる累帯構造を示す．離溶前の Brc 組成を復元すると，Brc I はコアからリムにかけて Mg# (= Mg / (Mg + Fe)) が上昇するのに対し，Brc II では減少する．また変成 Ol もコアからリムに向かって Mg#が増加する累帯構造を示す．Fe を含む系
では反応 2 は連続反応となり，観察される Brc I と変成 Ol の組成変化は温度上昇期に，Brc II の組成変化は温度下降期に形成されたことを示す．以上の組織観察，鉱物組成変化と全岩組成分析をもとに Fe を含む系でシュードセクション解析を行い，変成ピーク以前の Brc の存在量を見積もったところ，Si metasomatism の顕著でないところでは最大 20 vol% 程度となった．このような著量の Brc が浅部ウェッジマントルに存在するのであれば，その物性に大きな影響を与えると考えてよいだろう．
引用文献：Aoya, M. et al. (2013) Geology, 41, 451-454; Kunugiza, K. (1980) J. Jpn. Assoc. Min. Petrol. Econ. Geol, 75,
14-20; O’Hanley, D. S. (1996) Oxford University Press, New York, 277pp; Padron-Navarta, J. A. et al. (2011) J. Petrol, 52,
2047-2078.
キーワード: ブルース石, アンチゴライト, ウェッジマントル, 蛇紋岩, 沈み込み帯
Keywords: brucite, antigorite, wedge mantle, serpentinite, subduction zone

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SCG60-07

会場:201A

時間:5 月 25 日 12:30-12:45

沈み込み帯における蛇紋岩の脆性-延性転移：間隙水圧の役割
Brittle-ductile transition of serpentinites in subduction zones: Roles of pore fluid pressure
清水 以知子 1∗
SHIMIZU, Ichiko1∗
1
1

東京大学地球惑星科学専攻
Faculty of Earth and Planetary Science, University of Tokyo

地球物理学的観測から、マントルウェッジや沈み込むスラブは部分的に蛇紋岩化していると考えられている。スロー
地震や微動の起きている西南日本の沈み込みプレート境界上には低速度・高 Vp/Vs 異常帯が観測されているが、東北日
本の 2011 年東北沖地震 (M9) の震源域ではそのような速度異常は見られない (Shimizu, 2014)。これらの事実はプレート境界の地震発生過程が蛇紋岩や高間隙水圧流体の存在に強く影響を受けていることを示唆している。中深発地震と蛇紋岩の脱水反応の関係についても、高温高圧変形実験や沈み込み帯の温度構造についての研究にもとづいて議論されてきた。沈み込むスラブの二重震発面において脱水反応が力学的不安定性を誘起するメカニズムについてはいくつかの異なるモデルが提案されている。本講演では高温高圧下の蛇紋岩のレオロジー特性や摩擦物性について概観するとともに、これまで我々の行ってきた変形実験の結果をいくつか紹介し、間隙水圧が蛇紋岩の脆性-延性遷移および沈み込み帯の地震発生過程に及ぼす影響を議論する。
引用文献

Shimizu, I., 2014, Rheological profile across the NE Japan interplate megathrust in the source region of the 2011 Mw9.0
Tohoku-oki earthquake, Earth, Planets and Space, 66:73, doi:10.1186/1880-5981-66-73(http://www.earth-planets-space.com/content/66/1/73)
謝辞：本講演で紹介するアンチゴライト蛇紋岩についての実験・解析結果は 道林克禎、渡邉悠太、高橋美紀、上原真
一、中谷正生、勝田 長貴、村上 拓馬の各氏との共同研究で得られた。
キーワード: 蛇紋岩, 間隙水圧, レオロジー, 脆性-延性転移, 地震発生過程, 高温高圧変形実験
Keywords: serpentine, pore pressure, rheology, brittle-ductile transition, seismogenic zone, high-PT deformation experiment

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SCG60-08

会場:201A

時間:5 月 25 日 14:15-14:30

海洋スラブ不規則地形による条痕作用および沈み込み帯の分類
Streak process due to irregular slab topography and the classification of subduction zones
江口 孝雄 1∗
EGUCHI, Takao1∗
1
1

防衛大学，地球海洋学科
Dept. Earth and Ocean Sci., N.D.A.

海山（または海山列）やトランスフォーム断層化石の断裂帯（F.Z.）等のような短波長の不規則地形を伴った海洋リ
ソスフェアの海溝系への接近と沈み込みは，沈み込み帯での巨大地震の発生様式に影響する可能性がある（例えば，江口，1979，1996；Hilde, 1983; Suzan, 2010）。ここで言う「条痕」とは，プレート境界面での「摩擦抵抗」の「強化」をもたらす，海洋リソスフェア上層部の不規則地形（特に，凸地形）によるせん断変形等，および条痕作用の結果としての様々な規模の地震活動を指す。この凸地形の原因は海山や断裂帯だけでない。アウターライズ付近からの海洋リソス
フェア折れ曲がりによるリソスフェア表層部の開口割れ目形成による，海溝系とほぼ平行な凹凸地形も条痕作用に関与する（例えば，Hilde, 1983）。
そのような海洋リソスフェア表層構造の短波長異常によるプレート境界面での条痕作用に着目して，「条痕テクトニクス」（streak tectonics，または abrasion tectonics）なる表現が提案されている（例えば，江口，1996）。沈み込み帯での条痕作用と大地震の発生様式の関係については，類似研究が多い（例えば，Ranero 他, 2008）。
これらの条痕作用のため，比較的高温下では，焼き付き状態を含めた弾塑性モデルも可能かもしれないが，前弧先端付近は相対的に低温で，上盤リソスフェアの非弾性的な並進と回転を伴うブロック形成などの大規模変形が進行する。
また，海溝軸から前弧域にかけては，条痕作用により海洋リソスフェア最上部の未固結／固結堆積層と海洋地殻が沈み込み進行方向（?プレート間相対運動方向）での「後ずさり変形」が認められよう。
ところで，プレート境界面では，沈み込む側の海洋プレート上層部に含まれていた液体（水など）の一部がプレート境界面での摩擦抵抗を「弱化」する（例えば，von Huene 他, 2004）。プレート境界面とその近傍域での液体は，密度差による上下方向への移動のみならず，その通路や溜まり箇所での周辺岩石との化学反応を経た力学的強度の変化を含め，プレート境界面での摩擦抵抗を低減する場合が多いだろう。
何れにしても，プレート境界面での条痕と液体は，それぞれ摩擦抵抗の強化と弱化に関与するので，互いに相反する機能を果たす。しかしながら，少なくとも沈み込み帯での条痕と流体の作用に関する物理学の詳細は未解明である（例
えば，Suzan, 2010）。
付加帯のみに着目した沈み込み帯分類（例えば，Bilek, 2010）を参考にすると，条痕作用が海溝セグメント全体で進行する沈み込み帯，つまり長波長の条痕作用のある沈み込み帯では付加体は浸食を受ける，あるいは付加帯が存在しないような「浸食型沈み込み帯」（erosional subduction zone），そして短波長の凸地形に関係した条痕作用があろうとも海溝セグメント全体の長波長成分としては付加帯が成長するような「付加帯成長型沈み込み帯」（accreting subduction zone）の二種類が対極となる。しかしながら，この付加帯重点主義の沈み込み帯分類モデルは，沈み込み帯の幾つかの主要な特徴を説明できるとは限らない。
今回は，2011 年東北地方太平洋沖地震などの沈み込み帯巨大地震の前後におけるプレート境界面変形様式にも着目して，条痕作用を再考察する。また，付加帯の有無とは別の沈み込み帯パラメータに着目した沈み込み帯分類学も再検討する。
キーワード: 条痕, 沈み込み帯, 海洋スラブ, 凸地形
Keywords: streak, subduction zone, oceanic slab, convex topography

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SCG60-09

会場:201A

時間:5 月 25 日 14:30-14:45

Split of the Philippine Sea plate and non-volcanic seismic swarm in Wakayama district,
SW Japan
Split of the Philippine Sea plate and non-volcanic seismic swarm in Wakayama district,
SW Japan
加藤 愛太郎 1∗ ; 岩崎 貴哉 2
KATO, Aitaro1∗ ; IWASAKI, Takaya2
1
1

名古屋大学大学院環境学研究科, 2 東京大学地震研究所
Graduate School of Environmental Studies, Nagoya University, 2 Eathquake Research Institute, the University of Tokyo

To understand the driving force of an intensive non-volcanic seismic swarm in Wakayama district of the Kii Peninsula, Japan,
we used a series of dense seismic linear arrays to measure fine-scale variations of seismic structures beneath the seismic swarm
area. Kato et al. (2014, EPS) revealed that a low-velocity anomaly confined to just beneath the seismic swarm area is clearly
imaged, which correlates spatially with an uplifted surface area and a highly conductive and strong attenuative body, implying
the presence of fluids therein. In addition, they suggested that dehydration conversion from oceanic basalt to eclogite within the
subducting Philippine Sea Plate takes place at depths greater than 50 km. Fluids released from the subducting oceanic crust could
cause serpentinization of the mantle wedge.
In 2013, we conducted a new seismic experiment (deployment of 40 portable seismic stations) to investigate the structure
between Wakayama district and Awaji Island at the western extension of the seismic swarm area, where the Philippine Sea
Plate has been proposed to split (Ide et al., 2010). From a new receiver function image with high spatial resolution, we foundthat the dehydrated oceanic crust (high-velocity without intra-slab seismicity) steeply gets to be shallow toward offshore from
Wakayama district and close to the bottom of the overlying crust beneath Awaji Island. Interestingly, we found out a split or
gap of the oceanic crust beneath the center of Awaji Island. However, the gap width appears to be significantly smaller than one
proposed by Ide et al. (2010). Due to this split of the oceanic crust, hot mantle is easily leaking into the mantle wedge beneath
Wakayama district, resulting to warm thermal condition. These anomalous structures of the oceanic crust and mantle wedge
may locally promotes dehydration reactions of the subducting oceanic crust, leading to local increase in fluid flux to the shallow
seismic swarm area.

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SCG60-10

会場:201A

時間:5 月 25 日 14:45-15:00

間隙流体圧場の時間発展解析に基づく地震発生メカニズムの考察
Insight into earthquake generation from evolution of pore fluid pressures in a stimulated
geothermal reservoir
寺川 寿子 1∗ ; Deichmann Nicholas2
TERAKAWA, Toshiko1∗ ; DEICHMANN, Nicholas2
11名古屋大学・環境学研究科, 2 チューリッヒ工科大学
Graduate School of Environmental Studies, Nagoya University, 2 ETH Zurich

We developed an inversion method to estimate the evolution of pore fluid pressure fields from earthquake focal mechanism
solutions. The basic assumption in this approach is that seismic slip occurs in the direction of the resolved shear traction acting
on pre-existing faults, controlled by the Coulomb failure criterion with a constant friction coefficient. Application of the method
to induced seismicity in the Basel enhanced geothermal system (EGS) in Switzerland shows the evolution of pore fluid pressure
in response to fluid injection experiments. For a few days following the initiation of the fluid injection, overpressurized fluids
were concentrated around the injection well and then anisotropically propagated within the reservoir until the well was shut inand bled off. At four representative locations the pore fluid pressure increased together with the wellhead pressure for the first
3?5 days, and reached a ceiling by the time of shutting in. The peak pressure in the reservoir was less than the minimum principal
stress at each depth, indicating that hydraulic fracturing did not occur during the stimulation. This suggests that seismic events
may play an important role in promoting the development of permeable channels, particularly southeast of the borehole where
the largest seismic event (Mw 2.95) occurred. The induced events were primarily controlled by a decrease in fault strength due
to an increase in pore fluid pressures. However, the largest event (the mainshock) was not directly related to a drastic decrease infault strength at the hypocenter. The precise relative location of the hypocenters indicated that substantial stress loading by thepreshocks on the same fault plane promoted the dynamic rupture of the mainshock.
キーワード: 間隙流体圧, 応力, 地震, メカニズム解, インバージョン解析, 注水実験
Keywords: pore fluid pressure, stress, earthquake, focal mechanism, inversion theory, fluid injection

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会場:201A

時間:5 月 25 日 15:00-15:15

地震波走時トモグラフィから推定された紀伊半島下のスラブ起源流体の特徴
Characteristics of slab-derived fluids beneath Kii Peninsula inferred from seismic traveltime tomography澁谷 拓郎 1∗ ; 平原 和朗 2
SHIBUTANI, Takuo1∗ ; HIRAHARA, Kazuro2
1
1

京大・防災研, 2 京大・理DPRI, Kyoto Univ, 2 Science, Kyoto Univ

１．はじめに
四国西部から東海中部に至る地域では，沈み込むフィリピン海プレートの深さ 30〜40 km において，深部低周波イベ
ントが帯状に分布する（Obara, 2002）。近畿中部から紀伊半島にかけての地域では，前弧側にもかかわらず，温泉ガスの 3 He/4 He 比が高く（Sano and Wakita, 1985）、炭酸ガスと塩分に富んだ有馬型温泉水が湧出している（Kazahaya et al.,2011）。これらの事象は，海洋地殻とともに沈み込んだ「水」が，深さ 30〜40km で脱水し，深部低周波イベントの発生に関与するとともに，地下浅部まで移動するというプロセスを示唆している。
２．レシーバ関数解析
我々は，紀伊半島下に沈み込むフィリピン海プレートとその周辺の構造を推定するため，2004 年からアレイ地震観測を行ってきた。約 5 km 間隔で線状に配置した地震計で記録された遠地地震のレシーバ関数解析により S 波速度不連続面のイメージングを行った。フィリピン海スラブ傾斜方向の 4 測線とこれらにほぼ直交する 2 測線について作成したレシーバ関数イメージから大陸モホ面、スラブ上面および海洋モホ面を読み取り、それらの 3 次元的形状を推定した。この解析で得られた新たな知見は、大陸モホ面が沈み込むフィリピン海スラブの上をせり上がるように南東方向に傾き上がっていることである。
３．地震波走時トモグラフィ
本研究のトモグラフィでは FMTOMO（Rawlinson et al., 2006）を改良したプログラムを用いた。波線追跡と理論走時の計算には波面法に基づく robust な手法（de Kool et al., 2006）が使われている。速度構造モデルに，レシーバ関数解析
により推定した大陸モホ面，スラブ上面および海洋モホ面の 3 次元的形状を組み込んだ。さらに，定常観測点に加えて，アレイを構成する臨時観測点の読み取り値も使用した。臨時観測点の稠密な配置により，高い分解能が得られた。
Figure 1 に東経 135.7°に沿って潮岬から若狭湾に至る南北断面での P 波速度（Vp）と S 波速度（Vs）およびそれらの比（Vp/Vs）の不均質構造を示す。沈み込むスラブの深さ 30〜40 km に見られる深部低周波地震（赤丸）の発生域が 5%程度の低速度域になっていることがわかる。上で述べたように、深部低周波地震が発生するスラブ境界面の深さ 30〜
40 km では、含水鉱物の脱水により「水」が放出される。この影響で低速度領域が形成されると考えられる。
さらに和歌山県北部（北緯 34.0〜34.5°）の下部地殻に 10 %を超えるような強い低速度領域が大きく広がっている。
この直上の上部地殻（深さ 5〜10 km）では微小地震活動が非常に活発であることが知られている。下部地殻の低速度領域から流体が上昇し、脆性領域である上部地殻において、既存断層面での間隙水圧を上げることにより、地震が発生しやすくなるというメカニズムが考えられる。
この低速度領域では、Vp も Vs も低速度異常を示すが、Vp の方がその程度が大きいので Vp/Vs 比は 1.6 程度と小さい値となる。これに対し、深部低周波地震発生域周辺の低速度領域では、Vp/Vs 比は 1.75〜1.8 程度の大きな値となっている。この 2 つの低速度領域の Vp/Vs 比に見られる違いは、流体で満たされた間隙のアスペクト比の違いで説明できるかもしれない（Takei, 2002）。あるいは、和歌山県北部の下部地殻の低速度領域の小さい Vp/Vs 比は、シリカに飽和した流体の存在を示唆するものかもしれない（Manning, 1996）。
防災科学技術研究所，気象庁，東京大学地震研究所，名古屋大学，京都大学防災研究所の定常観測点の波形データを利用した。

キーワード: トモグラフィ, レシーバ関数, フィリピン海スラブ, 紀伊半島, スラブ起源流体, 南海トラフ巨大地震
Keywords: tomography, receiver function, Philippine Sea slab, Kii Peninsula, slab-derived fluids, Nankai Trough megaquake

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SCG60-11

会場:201A

時間:5 月 25 日 15:00-15:15

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SCG60-12

会場:201A

時間:5 月 25 日 15:15-15:30

沈み込み帯の断層における地震時の流体岩石相互作用：断層岩の化学分析からのア
プローチ
Coseismic fluid-rock interactions in subduction-zone faults: Constraints from geochemical analyses of fault rocks
石川 剛志 1∗ISHIKAWA, Tsuyoshi1∗
1
1

海洋研究開発機構高知コア研究所
JAMSTEC Kochi

断層岩の金属微量元素・同位体分析は，地震時の断層における流体岩石相互作用の理解に有効であることが最近明らかとなってきた。原岩と流体の組成が既知であれば，断層岩の微量元素・同位体組成の変化と，固相／流体間における元素の分配係数に基づき，地震時の流体岩石相互作用の有無および温度を見積もることができる。例えば，1999 年台湾集集地震で活動したチェルンプ断層や，房総付加体中の化石断層においては，断層すべり帯に明瞭な微量元素組成の変化（Li, Rb, Cs の減少，Sr の増加等）が認められ，地震時に 350 ℃以上の高温流体岩石相互作用が生じたことが明らかとなっている（Ishikawa et al., 2008; Hamada et al., 2011）。また，四万十付加体久礼地域の化石断層では，地震時に摩擦溶融によるシュードタキライトの生成に先行して 350 ℃以上の流体岩石相互作用が生じていたことが明らかとなった（Honda etal., 2011）。地震時の断層すべり帯の摩擦加熱は長くても数 10 秒のタイムケールであるため，地震時の流体岩石相互作用の痕跡が断層岩に記録されるのはそれ自体驚くべきことであるが，実際に湿条件での高速摩擦実験により，300 ℃程度でも短時間に断層岩の微量元素組成に変化が生じることが明らかとなってきている（Tanikawa et al., submitted）。これは，地震時の断層すべり帯では動的破壊による超微細粒子形成で，流体岩石相互作用に与する非常に大きな表面積が確保され続けることによると考えられる。
このような断層岩の地球化学的解析は，熱圧化（thermal pressurization）等，断層すべりのメカニズムの理解に有効であるが，一方で沈み込み帯の断層を流れる流体の組成に制約を与えることも可能である。中央構造線安康地域の断層帯
では，断層すべり帯のみに明瞭な Li の増加と Sr 同位体比の上昇が認められた。中央構造線沿いに湧出する高 Li/Na の有
馬型冷湧水の組成を用いてモデル計算を行うと，断層岩の組成的特徴は最高 250 ℃の流体岩石相互作用でよく説明される（Ishikawa et al., 2014）。このことは，地震時の断層すべりが深部から上昇してきた高 Li/Na の流体の存在下で起こったことを示している。また，かつての地震発生帯深度におけるプレート境界断層と見なされるコディアック付加体の断層帯では，すべり帯の岩石に，350 ℃以上の流体岩石相互作用を特徴づける Rb, Cs の減少，Sr の増加とともに，チェルンプ・房総（深度 1〜2 km 程度）では見られない Li の顕著な増加が認められた（Yamaguchi et al., 2014）。これも，高 Liの流体の存在下での断層すべりを反映している可能性が高い。
このような地球化学的手法の展望と今後の課題についても紹介する。
キーワード: 流体岩石相互作用, 断層岩, 地震, 地球化学, 沈み込み帯
Keywords: fluid-rock interactions, fault rocks, earthquake, geochemistry, subduction zones

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会場:201A

時間:5 月 25 日 15:30-15:45

粘土鉱物の膨潤性が浸透率に与える影響と異常間隙水圧の発生条件
Effect of swelling cray minerals on permeability and occurrence condition of abnormal
pore pressure
加来 奈文美 1∗ ; 片山 郁夫 1
KAKU, Nahomi1∗ ; KATAYAMA, Ikuo1
1
1

広島大学理学研究科地球惑星システム学専攻
Department of Earth and Planetary Systems Science, Hiroshima University［はじめに］
２０１１年３月１１日、東北地方太平洋沖地震が発生した。これは三陸沖を震源とする巨大地震であり、陸側の北陸プレート先端が大きく滑りあがったことがこの地震が巨大化した直接の原因であるがこれはプレート先端が大きく滑ることはないという従来の説を覆す結果であった。断層サンプルの 78%に粘土鉱物のひとつであるスメクタイトが存在していること、地震発生時に局所的な異常間隙圧があったことから、スメクタイトがこの地震発生に関与していると考えられる。本研究では粘土鉱物の膨潤によって浸透率が低下することで異常間隙水圧が発生したとの仮説を立て、粘土鉱物の透水実験によってその仮説を検証し、プレート境界の地震発生に関する議論を行った。
［実験手法］
浸透率測定実験は水と窒素ガスを間隙流体として定差圧流量法により行った。定差圧流量法とは試料両端にかかる間隙圧差を一定にした状態で下流から流れる流量をもとに浸透率を求める方法である。測定は間隙流体によって使い分
け、ガスのときは容器内変形透水試験機、水のときはシリンジポンプを用い、封圧 10MPa、間隙圧 2,5MPa の条件で行った。試料には二種類の粘土鉱物 (イライト、モンモリロナイト) を用い、初めにガスで、次に水で測定を行いそれらの浸透率結果の比較を行った。
［実験結果］
測定結果として、水での浸透率はガスで測定した値よりも低く、その低下はイライトで 1.5 桁、モンモリロナイトで4.4 桁ほどであった。
[考察]
測定結果に見られるガスから水への浸透率の低下は粘土鉱物が吸水・膨張し粒子間のすきまを押しつぶすことで流路が減少し、流量が低下したためだと考えられる。モンモリロナイトは浸透率の低下幅が大きいため水による影響が強く、地下に局所的に存在するとき周囲よりも透水性が低いことが考えられる。また、この結果を異常間隙圧発生条件(Neuzil,1995)（|ΓD | ＞１のとき異常間隙水圧が発生し、Γ は水の供給速度を表す）に適用すると、イライトは条件を満たさず異常間隙水圧は起こらないが、一方モンモリロナイトは条件を満たすため、沈み込み帯において局所的に存在する
とき、異常間隙圧が発生する可能性が非常に高いと言える。

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SCG60-14

会場:201A

時間:5 月 25 日 15:45-16:00

シリカ溶解・析出によるき裂閉塞と透水率変化
Fracture sealing and permeability change induced by silica dissolution and precipitation
岡本 敦 1∗ ; 山田 稜 1 ; 田中 寛人 1 ; 最首 花恵 2 ; 土屋 範芳 1
OKAMOTO, Atsushi1∗ ; YAMADA, Ryo1 ; TANAKA, Hiroto1 ; SAISHU, Hanae2 ; TSUCHIYA, Noriyoshi111

東北大学, 2 産業技術総合研究所
Tohoku University, 2 National Institute of Advanced Industrial Science and Technology

Solubility of silica significantly varies with depth within the crust; therefore, dissolution and precipitation of silica minerals
control the hydrological properties of the crust (Saishu et al., 2014), and may affect earthquake cycles (Audet and Burgmann,2014). However, permeability is usually measured as a static property of a rock, and it is unclear how porosity structure of afracture and permeability changes during dissolution or precipitation of minerals (i.e., silica); especially the effects of saturation index and effective confining pressure. In this study we conducted two-types of the hydrothermal experiments; (1) silica
precipitation in porous media and (2) dissolution of granite with a fracture. For both experiments, we used novel flow-throughreactors with tube-in-tube vessel, which make possible, after the experiments, to analyze porosity structure by micro X-ray CT(revolution is 10 micron/boxel).
The silica precipitation experiments were conducted under the supercritical (420 degreeC, 30 MPa) and vapor conditions (380degreeC, 20 MPa). The inner tube of the precipitation vessel (4 mm diameter, ˜200 mm long) was filled with alumina balls (1mm diameter). The input solution was made by dissolution of granite + quartz sands under liquid conditions, and thus, highsupersaturated solutions were brought into the precipitation vessel. In both conditions, nucleation of silica minerals occurred but
showed the contrasting porosity patterns. In the supercritical condition, amorphous silica was surrounded the surfaces of alumina
balls and walls, and discrete quartz grains and cristobalite formed within the amorphous silica. In contrast, in the vapor condition,fine-grained quartz crystals were nucleated, and settled on the bottom. As the results, the developed porosity in the supercriticalfluids was more tortuous that in the vapor. At the end of the experiments under the supercritical condition, the oscillation of
upstream fluid pressure (and thus permeability) was observed; such an oscillation was probably caused by repeated sealing andbreak of the bottleneck of the pore network.
In the granite dissolution experiments, the granite core (Aji granite, 8 mm diameter, 45 mm long) with a tensile fracture was
input into the inner SUS jacket with 0.1 mm thick. The P-T condition for the dissolution was 350 degreeC and 25 MPa, underthe effective confining pressure of 0 ? 15 MPa. The X-ray CT images revealed that (1) quartz was preferentially dissolved toform the convex surfaces, whereas that (2) mean fracture aperture decreased with time. The decrease in the mean aperture wasconsistent with the decrease in permeability from 10−13 to 10-15 m2 during experiments. According to the solution chemistries,
feldspars (Pl + Kfs) dissolution also occurred, which volume was about one-third of that of quartz. The dissolution of feldspars
at the contact regions (pressure solution) is critical for the permeability decrease in the granite fracture under confining pressure.
References
Saishu, H., Okamoto, A., Tsuchiya, N., 2014. Terra Nova, 26, 253-259.
Audet, P., Burgmann, R., 2014. Nature, 510, 389.

キーワード: シリカ, 花崗岩, 溶解・析出, 間隙構造, X 線 CT, 透水率
Keywords: silica, granite, dissolution/precipitation, porosity structure, X-ray CT, permeability

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SCG60-15

会場:201A

時間:5 月 25 日 16:15-16:30

前弧マントルにおけるかんらん岩の加水反応速度に関する実験的研究
Experimental study on the hydration rate of peridotites at forearc mantle wedge conditions
中谷 貴之 1∗ ; 中村 美千彦 1
NAKATANI, Takayuki1∗ ; NAKAMURA, Michihiko1
1
1

東北大学大学院理学研究科
Graduate School of Science, TOHOKU Univ.

Recent ground water studies in southwestern Japan suggest that slab-derived fluid upwells through the forearc mantle wedge
without significant reaction with the country rocks (e.g., Kazahaya et al. 2014; Kusuda et al., 2014), which may provide a clue tounderstanding the hydrological budget in forearc regions. The rate of serpentinization is one of the primary parameter for constraining the flow regime of slab-derived fluid in the stagnant forearc mantle wedge. Hydration experiments for kinetic studies
have been vigorously conducted previously at relatively low P-T conditions (up to ca. 350 ℃ and 0.3 GPa), in which olivine
reacts with water to form the low T serpentine variety lizardite (or chrysotile) and brucite. However, antigorite is expected to be
the dominant serpentine variety under the higher P-T condition corresponding to the forearc mantle wedge (350 to 650 ℃ and 1.0
to 2.0 GPa). Moreover, serpentine formation needs a silica source in addition to olivine (e.g., orthopyroxne) at the temperature
above 450 to 500 ℃ due to the instability of phase assemblage serpentine + brucite.
In order to constrain the serpentinization rates of peridotite under the mantle wedge conditions, we conducted piston-cylinder
experiments at temperature of 400 ℃ (brucite-present condition) and 500 to 580 ℃ (brucite-absent condition), and pressure of
1.3 and 1.8 GPa. Three types of starting materials were prepared from the crushed powder of a San Carlos lherzolite xenolith:1) olivine (Ol), 2) orthopyroxene (Opx) + clinopyroxene (Cpx) and 3) Ol + Opx. Hereafter these systems are abbreviated as
OL, OPX+CPX and OL+OPX respectively. The starting materials were reacted with 15 wt% distilled water for 4 to 19 days.
The hydration reaction proceeded in all the experiments, except for the OL system under the brucite-absent conditions. Basedon Raman spectroscopy results and crystal shapes, the synthesized serpentine minerals were identified as lizardite in most of theruns except for antigorite in the OL+OPX system at 1.8 GPa. The Al2 O3 in the system possibly stabilized the aluminous lizardite(Caruso and Chernosky, 1979). In the OL+OPX system, the reaction progress followed a diffusion-controlled rate law in the
brucite-present condition and an interface-controlled rate law in the brucite-absent conditions. The rate constants were estimatedto be 1.5 × 10−16 m2 /s and 8.7 × 10−12 to 1.5 × 10−11 m/s in the brucite-present and the brucite-absent condition, respectively.
We applied the experimentally-obtained hydration rates of peridotites to a reactive-transport model for the stagnant mantle
wedge hydration. In the case of grain-scale pervasive flow, slab-derived fluid is completely fixed in the mantle wedge peridotite.
Otherwise, aqueous fluid possibly penetrate all the way through the mantle wedge via crack-like pathways (we assumed thevertical distance of 10 km) with a spacing >0.025 to 0.80 m in the brucite-present conditions and >2.6 to 4600 m in the bruciteabsent condition. This indicates that slab-derived fluid may upwell easily through a cold forearc mantle wedge like in Western
Shikoku rather than a warm forearc mantle wedge like in Cascadia.

キーワード: 前弧, マントル, 流体, 蛇紋岩, アンチゴライト, 反応速度論
Keywords: forearc, mantle, fluid, serpentinite, antigorite, kinetics

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SCG60-16

会場:201A

時間:5 月 25 日 16:30-16:45

水熱実験による地殻-マントル境界における交代作用
Hydrothermal experiments on the metasomatic reactions at crust-mantle boundary.
大柳 良介 1∗ ; 岡本 敦 1 ; 土屋 範芳 1
OYANAGI, Ryosuke1∗ ; OKAMOTO, Atsushi1 ; TSUCHIYA, Noriyoshi111

東北大学大学院環境科学研究科
Graduate School Of Environmental Studies, Tohuku University

Hydration and dehydration reactions play crucial roles on global circulation of H2O in the earth’s interior and serpentinization(hydration of ultramafic rocks) is representative hydration process at slow-spreading ridge, bending faults and subduction zone.
It is known that silica activity has a large impact on controlling the reaction path during serpentinization [e.g., 1 and 2]. At
the crust?mantle boundary, a steeper silica activity gradient is expected, and a large mass transfer including silica would cause
metasomatic zoning. However, detailed mechanism to produce metasomatic reactions and its relation to the mass transfer are
still poorly understood.
In present study, hydrothermal experiments (250C, Psat) were carried out in two systems: the olivine (Ol)?quartz (Qtz)?H2O
and Ol?plagioclase (Pl)?H2O system, as analogues of crust-mantle boundary. Especially, by using unique tube-in-tube typehydrothermal experiments vessel, spatio-temporal evolution for metasomatic reactions as a function of distance from Ol?Qtz or
Ol?Pl boudaries were evaluated.
In the Ol?Qtz?H2O experiments, the mineralogy of the reaction products in the Ol-hosted region changed with increasing
distance from the Ol?Qtz boundary, from smectite + serpentine (Smc zone) to serpentine + brucite + magnetite (Brc zone). Massbalance calculations revealed that olivine hydration occurred without any supply of silica in the Brc zone. In contrast, the Smczone was formed by silica metasomatism via competitive hydration and dehydration reactions. In the Smc zone, smectite formed
via the simultaneous progress of olivine hydration and serpentine dehydration, and around the boundary of the Smc and Brc
zones, serpentine formation occurred by olivine hydration and brucite dehydration.
In the Ol?Pl?H2O experiments, the mineralogy of the reaction products in the Ol-hosted region changed with increasing
distance from the Ol?Pl boundary, from chlorite + serpentine (Chl zone) to serpentine + brucite + magnetite (Brc zone). Olivine
hydration proceeded in both zones, but the total H2O content in the products was greatest at the boundary than other part of theinner tube in the Ol?Pl?H2O experiments.
Our result indicates that in Ol?Qtz?H2O experiments, the competitive progress of serpentinization and silica metasomatic
reactions would cause fluctuations in pore fluid pressure. However, in Ol?Pl?H2O experiments, fluid pressure was not raised.
This metasomatic reaction possibly affects the mechanical strengths of the crust?mantle boundary.

References[1] Frost, B. R., & Beard, J. S. (2007). Journal of Petrology, 48(7), 1351?1368.
[2] Ogasawara, Y., Okamoto, A., Hirano, N., & Tsuchiya, N. (2013). Geochimica et Cosmochimica Acta, 119, 212?230.

キーワード: 超塩基性岩, 交代作用, 蛇紋岩化作用, 間隙水圧
Keywords: Ultramafic rocks, Metasomatism, Serpentinization, Pore fluid pressure

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SCG60-17

会場:201A

時間:5 月 25 日 16:45-17:00

枕状溶岩構造を持つローソン石エクロジャイト中の藍閃石の水素、酸素同位体
Hydrogen and oxygen isotope of glaucophane in lawsonite eclogites preserving pillow
structure
増山 雄也 1 ; 浜端 大治 1 ; 富安 史也 2 ; 上野 雄一郎 2 ; 岡本 和明 1∗
MASUYAMA, Yuya1 ; HAMABATA, Daichi1 ; TOMIYASU, Fumiya2 ; UENO, Yuichiro2 ; OKAMOTO, Kazuaki1∗
1
1

埼玉大学, 2 東京工業大学
Saitama University, 2 Tokyo Institute of Technology

In order to understand evolution of life, change of seawater chemistry from Hadean, Archean to present is significant. Pillow
structure is well-preserved in the Archean greenstone belt (e.g. Komiya et al., 1999). Oxygen and hydrogen isotope of rims
in the pillow is useful conventional tool to decipher chemistry of Paleao-seawater from Archean to Present. However, Archean
greenstone belt suffered regional metamorphism from greenschist to Amphibolite facies condition. Therefore, it is necessary totestify the validity of pillow chemistry from recent (Phanerozoic) metamorphosed greenstone. We have systematically collectedpillowed greenstone from blueschist and eclogites. Two eclogite exhibiting pillow structures were chosen for oxygen and hydrogen isotope analysis. One is from Corsica (lawsonite eclogite collected with Dr. Alberto Vidale Barbarone) and another isfrom Cazadero, Franciscan belt (collected by Dr. Tatsuki Tsujimori). The both are ascribed as MORB from major and trace
bulk chemistry and Ca is rich in the core and Na is poor in the rims. The former exhibits garnet, omphacite, lawsonite, andglaucophane. Phengite is in core of the pillow and chlorite is in the rims. In the latter, besides garnet, omphacite, epdiote andglaucophane, chlorite is recognized with phengite in the core. Glaucophane is richer in the rims from the both samples, therefore
istope analysis of glaucophane was done. Mineral separation was carefully done using micro-mill, heavy liquid and isodynamic
separator. 20 mg specimens were used for oxygen isotope analysis and 2mg were for hydrogen analysis. δ 18 O of the all analysis(7.7 to 8.3) is within the range of unaltered igneous oceanic crust and high temperature hydrothermal alteration although rims
(8.3 for Franciscan and 8.0 for Corsica) are higher than cores (7.7 for Franciscan and Corsica). δD data is also consistent withhydrothermal alteration. It is relative higher in core from the Corsica and Franciscan (-45 and -56) than of the rims (-49 and -57,
respectively), suggesting dehydration in deep subduction zone.
キーワード: lawsonite eclogite, pillow structure, glaucophane, oxygen isotope, hydrogen isotope, seawater chemistry
Keywords: lawsonite eclogite, pillow structure, glaucophane, oxygen isotope, hydrogen isotope, seawater chemistry

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SCG60-18

会場:201A

時間:5 月 25 日 17:00-17:15

分子動力学シミュレーションによる石英表面の水の構造および物理化学特性の解明
Structure and physico-chemical properties of interfacial water on a quartz revealed bymolecular dynamics simulation
石川 慧 1∗ ; 佐久間 博 2 ; 土屋 範芳 1
ISHIKAWA, Satoru1∗ ; SAKUMA, Hiroshi2 ; TSUCHIYA, Noriyoshi111

東北大学大学院環境科学研究科, 2 独立行政法人 物質・材料研究機構
Graduate School of Environmental Studies, Tohoku, 2 National Institute for Materials Science

Structure of water in thin film may have different characteristics compared with that of bulk water. Thin film water can bepresent at mineral grain boundaries or fractures, and its structure might be influenced by mineral surface. In this study, classicalmolecular dynamics (MD) simulations were performed to investigate the structure and physico-chemical characteristics of thinfilm water on a quartz surface.
The model of the quartz surface was characterized by the termination of silanol (Si-OH) group. Water molecules were confined
between these surfaces, and we simulated several thicknesses of water in the slab geometry.
Density of water oscillates to be about 1 nm from the quartz surface at 298 K. This structure became less clear with heating,and almost disappeared above 473 K. The self-diffusion coefficients of the confined water were calculated from mean squaredisplacements. These values were lower than that of bulk water indicating that the mobility of confined water is low between
quartz surfaces.
These changes in the physical properties of interfacial water on quartz might affect such as slips in the fracture surface of the
Earth’s crust.
キーワード: 界面水, 石英, 分子動力学, 自己拡散係数
Keywords: interfacial water, quartz, molecular dynamics, self-diffusion coefficient

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