著者

片山 郁夫 是永 淳

出版者

一般社団法人 日本地質学会

雑誌

日本地質学会学術大会講演要旨 第114年学術大会(2007札幌) (ISSN:13483935)

巻号頁・発行日

pp.341, 2007 (Released:2009-01-30)

著者

片山 郁夫 平内 健一 中島 淳一

出版者

公益社団法人 東京地学協会

雑誌

地学雑誌 (ISSN:0022135X)

巻号頁・発行日

vol.119, no.2, pp.205-223, 2010-04-25 (Released:2010-07-06)

参考文献数

70

被引用文献数

6 8 2

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Water is known to play important roles in earthquake generation and volcanic activity. Consequently, the presence of water and its heterogeneous distribution in subduction zones may contribute to the variability of subduction seismicity and arc magmatism. In this study, we infer water distribution, including aqueous fluids and hydrous minerals, based on the seismic tomography beneath Japan, and discuss subduction processes in terms of water circulation in subduction zones. Two distinct oceanic plates, the Pacific plate and Philippine Sea plate, are subducting beneath Japan. These plates have quite different characteristics. The Pacific plate is old (∼130 Ma) and is subducting beneath northeast Japan as rapidly as 10 cm/year. In contrast, the Philippine Sea plate is relatively young (∼20-50 Ma) and is subducting at ∼3-5 cm/year beneath southwest Japan. The subducting old Pacific plate results in cold environments beneath northeast Japan, whereas the thermal structure beneath southwest Japan is relatively warm as a result of the young Philippine Sea plate subduction. Most water is released by eclogite transformation in the subducting oceanic crust, and the expelled water infiltrates into the mantle wedge, forming hydrous minerals such as serpentine and chlorite. The seismic tomography beneath northeast Japan shows that eclogite transformation occurs at depths of ∼80-100 km, and above these depths, a low-velocity anomaly and high Vp/Vs are detected in the mantle wedge. In southwest Japan, eclogite transformation occurs at much shallower depths (50-60 km) due to a warm subduction geotherm. The down-dip limit of interplate seismicity is likely to be controlled by a brittle-ductile transition in southwest Japan, whereas such a limit beneath northeast Japan coincides with the low-velocity anomaly at depths of 60-70 km, suggesting that the presence of serpentine inhibits earthquake activity at the plate interface. The double plane of intraplate seismicity is probably caused by dehydration of eclogite forming reactions in the upper plane and serpentine/chlorite dehydration in the lower plane, although seismic activity is absent at the mantle wedge where water is released by serpentine breakdown. Low-frequency tremors above the Philippine Sea plate are mostly located at the interface between island arc Moho and subducting plate surface. Abundant aqueous fluids in this region due to permeability contrasts may trigger low-frequency tremors. A slab parallel low-velocity zone beneath northeast Japan is interpreted as a melt-filled upwelling flow in the mantle wedge. Such an anomaly is not detected in southwest Japan, and slab melting of the subducting Philippine Sea plate is probably the source of the arc magmatism in this region.

著者

奥田 花也 片山 郁夫 佐久間 博 河合 研志

雑誌

JpGU-AGU Joint Meeting 2020

巻号頁・発行日

2020-03-13

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Brucite (水酸化マグネシウム)は蛇紋岩の主構成鉱物の一つであり、超苦鉄質岩の水和反応によって形成される。これまでbruciteは粒径が非常に小さく天然環境で観察されにくいことから注目されてこなかったが、近年の研究では含水下マントルウェッジにおいてantigoriteと安定に共存し(Kawahara et al., 2016)、さらにマントルウェッジでの長期スロースリップがbruciteの形成に伴う高有効法線応力によって説明される可能性も示唆されている(Mizukami et al., 2014)。さらに、bruciteの存在はマントルウェッジ中の岩石の摩擦の安定性を変える可能性がある。このようにbruciteは水和した超苦鉄質岩帯における地震活動に影響する可能性があるが、bruciteの摩擦特性はこれまであまり調べられていなかった。本研究では一連の摩擦実験によりbruciteの基礎的な摩擦特性を報告する。摩擦実験は粒径70 nmの合成試薬を用いて広島大学の二軸摩擦試験機により行った。大気乾燥下と含水条件下の両方で、様々な垂直応力下(10, 20, 40, 60 MPa)で実験を行った。最大の剪断変位は20 mmであり、実験初期の剪断速度は3 μm/secとした。33 μm/secでのvelocity step testを数回行い、それぞれのstepから速度状態依存摩擦構成則(RSF)を用いて定量的に摩擦の不安定性を解析した。乾燥下において、定常状態の摩擦係数はおよそ0.40であり、不安定滑り(velocity-weakeningまたはstick-slip)が全ての垂直応力で観察された。剪断変位が2 mm程度において摩擦係数に明瞭なピークが観察され、このピークの摩擦係数は垂直応力に反比例した。含水下においては、ピークの摩擦係数は乾燥下と同様垂直応力に反比例したが、摩擦係数自体は乾燥下の場合より低かった。垂直応力が10と20 MPaの場合はvelocity-weakeningが観察されたが、40と60 MPaの高い垂直応力の場合はvelocity-strengtheningに変化した。こう垂直応力での安定滑りは100 MPaの垂直応力での先行研究と調和的である(Moore & Lockner, 2007)。RSF則のaとbの値は乾燥下の場合の方が含水下の場合より小さく、臨界すべり距離dcも乾燥下の場合の方が含水下の場合より短かった。Antigoriteはbruciteよりも高い摩擦係数を示すため、bruciteの不安定な摩擦挙動は含水した超苦鉄質岩帯において地震を引き起こす可能性がある。なお本研究では温度依存性については調べていない。発表では、実験したガウジの微細構造観察を通して摩擦特性のメカニズムについて考察を行い、実験結果と先行研究でのモデルから天然の超苦鉄質岩帯における地震活動について議論する予定である。

著者

片山 郁夫

出版者

特定非営利活動法人 日本火山学会

雑誌

火山 (ISSN:04534360)

巻号頁・発行日

vol.61, no.1, pp.69-77, 2016-03-31 (Released:2017-03-20)

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Water plays an important role for magma genesis and frictional properties; consequently, water circulation systems contribute to the variation of magmatic and seismic activity at subduction zones. Although subducting plate transports a large amount of water, most of water is released into the mantle via dehydration reactions at elevated temperature during subduction. Aqueous fluids released from the subducting plate then migrate along the plate boundary due to permeability anisotropy developed in the highly sheared serpentinite. Based on laboratory data, we estimated the fluid migration velocity to be〜7cm/year, which is close to the descending plate velocity, suggesting that polarity of water migration can be different in subduction systems. In northeast Japan, fluid migration velocity is slower than the subduction velocity, and hence water is transported downward into the deeper portions trapped by the mantle corner flow. In contrast, in southwest Japan where the fluid velocity is higher than the subduction velocity, water could be returned to the shallow regions along the subducting plate interface. This model can explain the seismic low velocity anomalies and geochemical signatures in these regions, in which the hydration of the plate interface is observed in shallow mantle wedge in southwest Japan, but is limited to the deeper parts of the mantle in northeast Japan. Water transported to deep levels could contribute to the active arc volcanism in northeast Japan, whereas water circulating at shallow levels in southwest Japan could trigger slow earthquakes due to fluid pressure build-up at the plate boundary.

著者

東 真太郎 片山 郁夫 平内 健一 山下 茂

出版者

日本鉱物科学会

雑誌

日本鉱物科学会年会講演要旨集

巻号頁・発行日

vol.2010, pp.118-118, 2010

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本研究では、地殻・マントル境界でのレオロジー変化を流動則の外挿によるのではなく、高圧変形実験によって、含水条件下のモホ面付近における斜長石とカンラン石の強度を直接決定する実験を行った。実験条件は圧力1GPa、温度400~800℃の条件で斜長石とオリビンの出発物質を同時にアルミナピストンに挟み、相対的な強度を決定する。実験後の変形微細組織から、斜長石とオリビンはどちらも格子選択配向を示し、転位密度からも斜長石とオリビンは転位クリープに対応する塑性変形をしていることが確認された。実験結果としては、400℃においてオリビンは斜長石より強度が低いが、一方で800℃においては、オリビンより斜長石の方が柔らかくなった。結果として、斜長石とオリビンの強度比は温度に依存することが示された。そして、地球のモホ面に対応する温度圧力条件では斜長石よりオリビンの方が強度が低い、もしくは、ほとんど強度に差がないという結果が得られた。この結果から、地球の大陸リソスフェアの地殻とマントルのレオロジー層構造のモデルとして適切であるのは「クレームブリュレモデル」であることが考えられる。

著者

東 真太郎 片山 郁夫

出版者

日本惑星科学会

雑誌

日本惑星科学会誌遊星人 (ISSN:0918273X)

巻号頁・発行日

vol.24, no.4, pp.318-325, 2015-12-25 (Released:2017-08-25)

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アポロ計画で設置された地震計によって月にも地震(月震)が起きることがわかっている.月震は発生領域や発生メカニズムによって,浅発月震,深発月震,熱月震,インパクトによる月震に分類されており,我々はこの月震の中でも深さ約800-1200km付近で起きる深発月震について,月内部のレオロジー構造とともに考察した.月内部の温度構造から考察されるレオロジー構造から,深発月震は明らかに塑性変形領域で発生していることがわかった.通常は破壊や滑りが起こらない塑性変形領域で深発月震が起こるメカニズムを,地球で起きる地震の発生メカニズムのモデルを参考に考察した.

著者

平内 健一 片山 郁夫

出版者

公益社団法人 東京地学協会

雑誌

地学雑誌 (ISSN:0022135X)

巻号頁・発行日

vol.124, no.3, pp.371-396, 2015-06-25 (Released:2015-07-10)

参考文献数

140

被引用文献数

3 5

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Serpentine minerals (lizardite, chrysotile, and antigorite) are a major group of hydrous phyllosilicates resulting from the hydrothermal alteration of mantle peridotite. Their distinct rheological properties mean that serpentine minerals have a strong influence on the mechanical and seismogenic behavior of faults and plate boundaries in both continental and oceanic settings. In this paper we review the results of laboratory experiments performed to understand the frictional and mechanical properties, and deformation mechanisms of serpentinite. Frictional sliding experiments at low slip rates show that antigorite exhibits velocity-strengthening behavior (a−b > 0) over a wide range of temperature (25-400°C) , while values of (a−b) for chrysotile become negative as temperature increases (25-281°C) . This indicates that the stability of slip along serpentinite-bearing faults depends on the serpentine species and fault depth. Frictional sliding of antigorite at seismic slip rates leads to weakening by flash heating. Axial compression experiments at confining pressures of up to 4 GPa show that antigorite is stronger than lizardite by at least a factor of two. The flow law for dislocation creep of antigorite based on stress values at 〜15% strain also predicts differential stresses that are substantially lower than those for the dislocation creep of olivine at natural strain rates (10−10 to 10−14 s−1) . This suggests that the viscosity of serpentinite promotes slab–mantle decoupling. However, the antigorite flow law should be used with caution because antigorite starts to deform by semi-brittle flow after 〜20% strain. Large-strain simple-shear deformation of antigorite aggregates at high pressure (1 GPa) results in a strong alignment of antigorite c-axes normal to the shear plane. This observation explains the trench-parallel anisotropy beneath the Ryukyu subduction zone. Although dehydration embrittlement is considered a primary cause of intermediate-depth earthquakes, recent high-pressure experiments on antigorite show stable sliding behavior or detect no acoustic emissions during dehydration reactions. We emphasize that the presence of talc derived from the metasomatic alteration of serpentine further weakens and stabilizes the slab–mantle interface and promotes long-lived ( > 1 Ma) detachment faulting.