(1) 課題番号：1501

(2) 実施機関名：大阪大学大学院理学研究科

(3) 課題名：地殻流体の実体の解明

(4) 本課題の5ヵ年計画の概要とその中での平成14年度までの成果：

(4-1) 「地震予知のための新たな観測研究計画の推進について」（以下、建議）の項目：

　(2).準備過程における地殻活動

　エ.構造の不均質および地殻流体に関する調査研究

(4-2) 関連する「建議」の項目：1.(1) ウ，(2) イ・ウ

(4-3) 「5ヵ年計画全体としてのこの研究課題の概要と到達目標」に対する到達した成果：

1 GPa，900℃にて脱水した蛇紋岩の弾性波速度は，かんらん石-輝石-H2O系の示す弾性波速度と整合的である．この結果は，流体を含む地球内部構成物質の物性が，構成鉱物とH2Oの物性から見積もれることを示しており，その意義は大きい．すなわち，上部地殻，下部地殻，上部マントルのそれぞれの物性が，例えば，石英-長石-H2O系，輝石-角閃石-H2O系，かんらん石-輝石-H2O系の物性から見積もれる．部分溶融（メルト）を含む系についても同様に，鉱物-メルト系の物性から見積もれる．これらの研究成果をふまえ，地球内部低速度層の原因としてのH2O流体，あるいはメルトの存在について検討を加えることが可能である．メルトの体積弾性率はH2Oのそれに比べほぼ一桁高いため，今回の鉱物-流体系の観点から，鉱物-メルト系の速度比(Vp/Vs値)は高くなり，鉱物-H2O系のVp/Vs値は低くなる．例えば東北日本弧の詳細な3次元速度構造では，一般に，上部マントル低速度層でVp/Vs値は高く，上部地殻低速度層でVp/Vs値は低い．よって，上部マントル低速度層はメルトの存在により，一方，上部地殻低速度層はほぼH2O流体により引き起こされている．Vp・Vsの両観測データから，H2O量またはメルト量を別々に見積もることができる．

(5)　平成14年度成果の概要：

(5-1) 「平成12年度全体計画骨子の補足説明　３．具体的な課題提案の背景」のどの項目を実施したのか：

　(4) 地震発生に対する地殻流体の役割

　(4)-1. 地殻流体の実体の解明

　(4)-2. 断層面の破壊強度に対する地殻流体の役割

　(4)-3. 島弧の変形に対する地殻流体の役割

(5-2) 平成14年度項目別実施計画のどの項目を実施したのか：

準備過程における地殻活動

(3) 断層およびその周辺の微細構造と地殻流体の挙動の解明

(5-3) 平成14年度に実施された研究の概要：

日本列島の場合，地殻・上部マントル低速度層の原因として部分溶融，あるいはH2O流体の存在が考えられる．H2Oの弾性波速度や代表的なメルトおよび鉱物の弾性波速度は高温高圧下で測定されている．H2Oを含む上部地殻，下部地殻，上部マントルの弾性波速度について，それぞれ鉱物-H2O系の物性からの見積もりを試みる．同様の見積もりをメルトについても行う．メルトの体積弾性率はH2Oのそれに比べほぼ一桁高いため，鉱物-流体系の観点から，鉱物-メルト系の速度比(Vp/Vs値)は高くなり，鉱物-H2O系のVp/Vs値は低くなる．例えば東北日本弧の詳細な3次元速度構造では，一般に，上部マントル低速度層でVp/Vs値は高く，上部地殻低速度層でVp/Vs値は低い．よって，上部マントル低速度層はメルトの存在により，一方，上部地殻低速度層はほぼH2O流体により引き起こされている．Vp・Vsの両観測データから，H2O量またはメルト量を別々に見積もることができる．

上記の議論をさらに確実なものとするため，精密物性測定に欠かせない大型単結晶試料の育成を行った．約200 mm長もの高純度大型フォルステライト単結晶を育成した．また鉄の含有量をコントロールしたかんらん石単結晶の作製にも取りかかり，これまでのところ，ファイヤライトを3％含むかんらん石について，250カラットもの世界最大級の単結晶合成に成功した．

(5-4) 当初設定した平成14年度の到達目標に対する成果の概要：　同上（上記5-3参照)．

(5-5) 共同研究の有無：伊東和彦　（南大阪大学）

(5-6) 平成14年度の成果に関連の深いもので、平成14年度に公表された成果：

出版された論文：

Sato, H. and K. Ito (2002) Olivine-pyroxene-H2O system as a practical analogue for estimating the elastic properties of fluid-bearing mantle rocks at high pressures and temperatures, Geophys. Res. Lett., 29, 39-1-39-4.

佐藤博樹（2002）高温高圧岩石物性，地球環境調査計測事典，竹内 均 監修，及川武久・喜田大三・須藤隆一・竹内睦雄・中杉修身・永塚鎭男・成瀬簾二・長谷川洋作・鷲田伸明 編集，フジ・テクノシステム，東京，pp.663-671.

Sato, H., K. Muro and A. Hasegawa (2002) Animated three-dimensional structure of the Earth's interior for research and education, Mathematica Journal, 8, 574-585.

Ito, K., H. Sato, H. Takei, O. Tamada and T. Kitazawa (2003) Synthesis of large high-quality forsterite single crystals to 200 mm length, and its significance, Geochem. Geophys. Geosys., 4, 1011-1-1011-4.

Ito, K., H. Sato, H. Kanazawa, N. Kawame and T. Kitazawa (2003) Synthesis of large single-crystal forsterite using CZ method, Inst. Solid State Phys. Act. Rep., Ser. B, in print.

Ito, K., H. Sato, H. Kanazawa, N. Kawame, O. Tamada, K. Miyazaki, S. Uehara, Y. Iio, H. Takei et al. (2003) First synthesis of olivine single crystal as large as 250 carats, J. Crystal Growth, 250, in print.

学会大会等での発表：

Ito, K., H. Sato and H. Takei (2002) Synthesis of large high-　quality olivine single crystals, and its significance, The Joint Meeting of Earth and Planetary Science, 2002 Joint Meeting.

Sato, H., K. Ito and M. Yasuda (2002) Physical properties of rock-fluid systems and the structure of the subduction zone, The Joint Meeting of Earth and Planetary Science, 2002 Joint Meeting.

(6) この課題の実施担当連絡者：

氏名：佐藤博樹

電話：06-6850-5496

ＦＡＸ：06-6850-5480

e-mail：roki@ess.sci.osaka-u.ac.jp