[S-CG59] 沈み込み帯へのインプット：海洋プレートの進化と不均質

[SCG59-P04] プチスポット火山の玄武岩および焼結堆積岩の物理特性：予察的結果

奥田 花也¹、*赤松 祐哉²、片山 郁夫³、町田 嗣樹⁴、平野 直人⁵、秋澤 紀克³ (1.海洋研究開発機構　高知コア研究所、2.海洋研究開発機構　海域地震火山部門、3.広島大学　先進理工系科学研究科、4.千葉工業大学　次世代海洋資源研究センター、5.東北大学　東北アジア研究センター)

キーワード：プチスポット火山、力学的強度、地震波速度、日本海溝

北西太平洋に点在することが知られるプチスポット火山（Hirano et al., 2006; 2008）は、日本海溝に沈み込む太平洋プレート上の堆積物の地質構造や岩石層構造に熱的・物質科学的擾乱を与える。この擾乱は日本海溝で発生する巨大地震のすべり域の空間的制約に寄与している可能性が指摘されており、とくに堆積物中へのプチスポット火山の貫入によって形成される固結した焼結堆積岩が効果的であるという仮説が提案されている(Fujie et al., 2020; Akizawa et al., 2022)。しかし、この固結した焼結堆積岩や、プチスポット火山の本体をなす玄武岩の力学的特性は未解明であり、そのため日本海溝における巨大地震への影響も明らかでない。そこで本研究では、2024年に行われたYK24-10S航海において、しんかい6500により北西太平洋のプチスポット火山から採取した玄武岩および焼結堆積岩を用いた三軸圧縮試験を行い、プチスポット火山の玄武岩およびその周囲の焼結堆積岩の物理特性を調べた。
実験には広島大学設置の容器内変形透水試験機を用い、封圧は最大で25 MPa、間隙水圧は上流が1 MPa、下流が大気解放条件での透水を行いつつ、一部の試料については差応力を載荷し、三軸破壊強度を測定した。実験前後には各試料のμXCT撮影を行い、変形構造を観察したほか、実験前に大気圧条件でのP波速度を測定した。また実験試料を採取した同じ岩石試料から採取した破片を用いて空隙率を測定した。
大気圧下でのP波速度は玄武岩が4.4-4.8 km/s、焼結堆積岩が1.9 km/sであり、空隙率は玄武岩が43-45%、焼結堆積岩が57-59%であった。この玄武岩のP波速度および空隙率は日本近海のその他の海底火山から噴出した火山岩と同様の値であった(Akamatsu et al., 2025)。焼結堆積岩は手で保持でき、かつコアリングできるほど固結していたものの、同様の空隙率をもつ堆積物と比較してもP波速度は高いわけではなかった。玄武岩は有効封圧9.5 MPaにおいては差応力が42.2 MPaで破壊が起こった。同有効圧条件で変形前の玄武岩の透水率は~0.5×10⁻¹⁶ m²であったが、破壊後は~1.5×10⁻¹⁶ m²と高くなった。変形前の玄武岩の透水係数は有効封圧が19.5 MPaの条件でもほぼ同じであった。焼結堆積岩は有効封圧4.5 MPaの条件で封圧のみで塑性変形を起こしてしまった。この際の透水率は~0.5×10⁻¹⁷ m²と玄武岩より低い結果が得られた。この結果から焼結堆積岩はP波速度からも推測されるように力学的強度が高くないことが予測される。

謝辞：プチスポット火山からの試料採取に際し、YK24-10S航海における「よこすか・しんかい6500」の乗員および乗船研究者のご協力に感謝します。