[S-CG46] 岩石―流体相互作用の新展開：表層から沈み込み帯深部まで

[SCG46-01] 海洋地殻玄武岩と流体の相互作用による曹長石の形成がもたらす海溝型巨大地震の発生メカニズムへの影響

★招待講演

*奥田 花也¹、Niemeijer André²、高橋 美紀³、山口 飛鳥⁴、Spiers Christopher² (1.海洋研究開発機構 高知コア研究所、2.ユトレヒト大学 地球科学科、3.産業技術総合研究所 地質調査総合センター、4.東京大学 大気海洋研究所)

キーワード：玄武岩、摩擦、地震

海溝型巨大地震は沈み込むプレートやその上の堆積物が沈み込む過程で被る続成作用と密接に関連すると考えられている。これまでの研究では主に堆積物が着目されており、温度上昇に伴うスメクタイトのイライト化や圧密による堆積物の固結化などの影響によってプレート境界断層の摩擦特性が深度に応じて変化することで、温度が約150-300℃の地震発生帯で海溝型巨大地震が起きる可能性が議論されてきた。一方で、過去に地震発生帯を経験した四万十帯などの陸上付加体では、海洋地殻玄武岩に変形が集中している様子が見られる。このことは地震発生帯での地震が堆積物ではなく海洋地殻玄武岩で発生しうることを示唆している。しかしこれまで海洋地殻玄武岩が示す摩擦特性とその地震発生プロセスへの影響はよくわかっていなかった
そこで本研究では、過去に地震発生帯を経験したと考えられている徳島・牟岐メランジュから採取した玄武岩を用いた熱水摩擦実験を行った。詳細はOkuda, Niemeijer et al. (2023, JGR Solid Earth)を参照されたい。摩擦係数の速度依存性を示す(a-b)は、100℃から400℃の間で負の値をとった。この(a-b)が負の場合、地震を起こすポテンシャルがあることを表す。すなわち沈み込み帯における地震発生帯を含む幅広い温度レンジで海洋地殻玄武岩が地震を起こしうることが示唆された。
実験後回収試料の微細構造観察を行ったところ、玄武岩に含まれる曹長石の圧力溶解クリープが観察された一方で、輝石は脆性破壊している様子が見られた。複数の温度・速度における微細構造や摩擦特性の結果から、曹長石の圧力溶解クリープが変質玄武岩の摩擦特性を支配すると考えられる。変質玄武岩中の曹長石は、沈み込む過程での海洋地殻玄武岩と海水起源流体との反応により、約150℃で灰長石から形成され、また粒径の減少および微細な緑泥石の形成を伴う。一般に圧力溶解クリープは粒径が小さい方が効果的に起こるほか、平板状結晶である緑泥石は摩擦係数が低い。このことから、沈み込みに伴う流体反応による変質過程が海洋地殻玄武岩の摩擦特性を支配し、地震発生帯における地震発生ポテンシャルを増加させることが明らかとなった。
このような岩石-流体相互作用による岩石の力学特性への化学的影響は未解明な点が多い。今後流体反応を制御し、長期的な化学反応を考慮した試料を用いた変形実験などによって、地震発生機構のより多角的な理解が深まると期待される。