[1ch113-20] T3.［Topic Session］Collaboration and advance of geological, experimental, and seismological research on slow earthquakes

[T3-O-14] Quantification of silica transportation at subduction zone using volume change of metamorphic rocks

*Soejima Shogo¹, WALLIS Simon¹ (1. University of Tokyo)

Keywords:Volume change, Deformed vein, Slow earthquakes, Silica transportation

近年、沈み込み境界に沿って移動する水流体によって輸送されるSiO2が注目されている。大陸地殻下部へのシリカの濃集がスロー地震の繰り返し時間スケールに影響を与える可能性が提案され、5－15vol.%の石英が大陸地殻下部に付加するプロセスが地震学的データをもとに考えられている[1]。また、地震学的観測によってウェッジマントルの底部に沿ったアンチゴライトに富む領域の存在の可能性が示唆されている。しかしそのアンチゴライト領域のマントルウェッジにおける存在量の推定値は、全ての沈み込み帯において20vol.%以下という推定[2]から地域によっては100vol.%に達する場合もある[3]という推定まで幅広く、これまでの地震学的観測のみでは十分制約されていない。広範囲のアンチゴライト領域の形成には水とともに大量のシリカが必要である。したがって、スロー地震の繰り返しの時間スケールを説明する説の検証やマントルウェッジにおけるアンチゴライト領域の存在量の制約のために、沈み込み帯におけるシリカの移動の定量化が必要である。しかし、沈み込んだ岩石の中で輸送されたシリカの量の制約はほとんどできてない。このようなシリカの供給源として、沈み込んだ石英に富む堆積物が考えられる。沈み込み境界に沿って輸送される水に富む流体は、高温高圧下でシリカをよく溶解し、移動させる可能性がある。ある領域からのシリカの除去と、別の領域での再沈殿は、岩石の大きな体積変化と関連付けられ、マントルウェッジ下部での岩石の体積変化の大部分はシリカの移動によるものだと考えられる。したがって、沈み込んだ堆積物由来の変成岩類の体積変化を推定できれば、沈み込み境界域におけるシリカの移動を議論できる。最大の問題は、信頼できる体積変化の推定法が存在しないことである。ここではその問題を解決できる新しい解析法を提案する。 これまでに提案された岩石の体積変化を推定する方法は、絶対伸縮を含む歪みの推定に基づく幾何学的方法と、全岩化学組成に基づく化学的方法に大別される。しかし、これらの手法は同じ地域に適用した場合でも推定結果に大きな不一致が生じる場合が多く、妥当性には疑問が残される。本研究では、変形脈群法という変形した鉱物脈の組の方向と変形タイプを用いて、体積変化の推定を行う新たな手法を検討した。 この手法を体積変化の推定に用いることができる可能性は以前から認識されていた[4] [5]が、その実用化についてはほとんど検討されていなかった。変形脈群法は、他の幾何学的なアプローチよりも信頼性が高い可能性がある。なぜなら、鉱物脈は個々の鉱物粒子よりもはるかに大きなスケールで発達し、粒界の滑りの効果を含む変形を記録することができるためである。本研究では，さらに変形脈群法の不確実性を評価するために，統計解析を組み込んだ新しいアプローチを開発した．新たに開発した手法を、フランシスカン帯のデルプエルトキャニオンの変成砂岩の変形解析に適用した。この解析によって、有限変形の3つの要素（歪み、平均渦度数、体積変化）すべてに制約を与えられる。 解析結果は、無視できる程度の体積変化に対応しているが、大幅な体積増加の可能性も示す。これは、同地域の先行研究で鉱物粒子の観察に基づいて推定された大幅な体積減少を示す結果[6]とは真反対である。実際には、個々の鉱物結晶の周りに顕著な過成長などの体積増加を示す組織が認められないため、体積増加は限定的であろう。 顕著な体積変化がないことは、流体フラックスが限られているか、流体中のシリカが飽和しているために、この地域では大規模なシリカ輸送がないことを意味する。これは、マントルウェッジ下部での厚さ数キロメートルのアンチゴライト領域の形成や、地殻下部のスロー地震発生領域での大規模なシリカの濃集領域の形成に十分なシリカが存在しないことを意味する。したがって我々のデータは、他の沈み込み型変成帯でも同様のことを確認できればマントルウェッジの底部に沿ったアンチゴライトに富む領域は、一般的に考えられているよりも限定的であり、シリカの付加以外のプロセスがスロー地震のタイムスケールを支配している可能性を示唆している。 [1] Audet & Burgmann (2014), Nature, 510, 389–392. [2] Abers et al. (2017), Nat. Geosci., 10, 333–337. [3] Bostock et al. (2002), Nature, 417, 536–538. [4] Passchier (1990), Tectonophysics, 180, 185–199. [5] Wallis (1992), J. Struc. Geol., 14, 271–280. [6] Ring (2008), GSA, Special paper, 445