山形-福島県境で群発地震を引き起こした地殻内の流体量を推定 群発地震の周期性、大地震との関係、金鉱脈との関連性を示唆

山形-福島県境で群発地震を引き起こした地殻内の流体量を推定　群発地震の周期性、大地震との関係、金鉱脈との関連性を示唆

2022年12月 1日 11:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情報】

〇流体科学研究所　助教　椋平祐輔
研究室ウェブサイト

【発表のポイント】

2011年3月11日に起きた東北地方太平洋沖地震の7日後から山形-福島県境で発生した群発地震^＊１について、群発地震発生前に地殻内に蓄積されていた流体量を推定した。
群発地震を誘発した流体は、沈み込み帯の平均脱水量^＊２から100?10000年で再チャージされることを明らかにした。
流体量の定量化と、再チャージ期間の推定から、群発地震と巨大地震の関係性、また群発地震による鉱脈の形成など、新たな関係性を見出した。
沈み込み帯の流体ダイナミクスを解明するための、これまでにない時間?空間解像度で流体を定量化する新たなアプローチを提案し、その有用性を示した。

【概要】

沈み込み帯での水の循環の理解は、巨大地震の発生を始め多くの現象の理解にとって大変重要です。しかしこれまで、流体の大まかな分布や、地質学的スケールでの理論的な循環量が分かっているのみで、具体的にどこで、どれだけ流体が蓄積していて地震等の現象と結びついているかはよく分かっていませんでした。

東北大学流体科学研究所の椋平祐輔助教、同大学大学院環境科学研究科の宇野正起助教、同大学大学院理学研究科地震?噴火予知研究観測センターの吉田圭佑助教は、資源工学?水理学分野の物理モデルを用いて、2011年東北地方太平洋沖地震の7日後に山形?福島県境で発生した群発地震について、群発地震を誘発した流体量を10⁶～10⁸ m³と推定しました。この量の流体が群発地震発生領域付近に蓄積されていたことを世界で初めて明らかにしました。さらに、この流体量は100年?10000年の期間で再びチャージされることを示し、1000年サイクルで発生する地震の規模マグニチュード（M）9クラスの大地震との関連を示唆した他、群発地震も金をはじめとする様々な鉱物脈を生成しうる可能性も示唆しました。

これらの知見は沈み込み帯の流体ダイナミクスを理解する上で、これまでと桁違いの時空間高解解像度での情報を提供し、新たな知見をもたらした他、沈み込み帯の様々なプロセスでの地化学的な議論や、異なる地質学的条件での群発地震の流体量推定の基となることが期待されます。

本成果は、2022年11月19日、英国Nature 虎扑电竞社が発行する科学誌Communications Earth & Environmentに掲載されました。

図1 本研究成果の概念図
a) 群発地震発生領域への流体の供給の概念図。流体の存在を示唆するS波^＊3の低速度域から、流体が上昇し群発地震を引き起こしたと考えられる。本研究で推定したのはこの群発地震に関与した流体量である。
b) 群発地震を引き起こした流体量の再チャージ期間。青で示した流体量を、下部地殻からの流体供給（灰色）で再チャージすると、100～10000年程度の時間が必要。一方でM9クラス自身の周期は1000年であり、再チャージ期間に含まれる。右には本研究で使用した物理モデルと、それぞれによる流体推定量を示している。

【用語解説】

＊１　群発地震
前震?本震?余震の区別がはっきりせず、ある地域に集中的に多数発生するような地震群のこと。

＊２　沈み込み帯の平均脱水量
沈み込んだプレート（スラブ）内に含まれる含水鉱物が、マントル深部へ沈み込む過程で様々な温度?圧力条件下で分解され、水流体を放出すること。このスラブ起源流体は上昇しマグマ（メルト）等を経由しながら、沈み込み帯内部を循環する。本研究では、そのうち地殻内部に水流体として存在しており、群発地震に寄与した量を求めた。

＊３　S波
地震波の進行方向に垂直に振動する波で横波とも呼ばれる。一般にS波によって地面は大きく揺れる。地震波速度構造解析で得られる火山直下のS波低速度域はメルト（溶融した岩石）に富む領域と解釈されており、その周囲に水流体が放出されている可能性が高い。

詳細（プレスリリース本文）