全地連 技術 e- フォーラム 2008 高知 2008 年 10 月 16 日 巨大地震発生帯への掘削 ー ちきゅう の挑戦ー 独立行政法人海洋研究開発機構理事 地球深部探査センター長 平朝彦
独立行政法人 海洋研究開発機構 (JAMSTEC) とは 海洋研究開発機構 高知コア研究所 むつ研究所 横浜研究所 横須賀本部 世界最高レベルの設備を用いて海洋 地球のフロンティアを目指した研究開発を実施 深海巡航探査機 うらしま 連続航行記録 317km 自律型巡航探査機の世界記録樹立 地球深部探査船 ちきゅう 世界最大 最高性能科学掘削船 潜水調査船 しんかい 6500 有人潜水船としての最大潜航深度世界第 1 位 地球シミュレータ 世界トップクラス性能超並列型スーパーコンピュータ 2
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プレート境界の分布 4
5 プレートテクトニクス大陸地殻大陸プレート最上部マントル花崗岩質層玄武岩質層マグママントル海洋地殻(玄武岩質層)中央海嶺海洋プレート枕状溶岩海溝堆積物プレート境界地震発生帯
四国四万十帯 より 6
芸西村メランジュの露頭 ( 高知県芸西村 ) より 7
枕状溶岩 ( 高知県芸西村 ) 左上は薄片写真 ( 横幅 2mm) より 8
ナンノプランクトン石灰岩 ( 高知県須崎 ) より 9
層状放散虫チャート ( 高知県芸西村 ) 左上は薄片写真 ( 横幅 2mm) より 10
多色頁岩 ( 高知県芸西村 ) 左上は薄片写真 ( 横幅 2mm) A は火山灰層 B は多色頁岩 B A B より 11
メランジュマトリクス ( 高知県芸西村 ) A はチャート B はメランジュ基質 C は砂岩 A B C より 12
メランジュマトリクス ( 高知県興津 ) Aは玄武岩 Bはメランジュ基質 Cは砂岩 より 13
タービダイト ( 高知県大山岬 ) ダービタイトは海底の砂質土石流堆積物 ( 乱泥流堆積物 ) より 14
高知県甲浦の砂岩層リップルマーク 15
砂岩岩脈 ( 高知県行当岬 ) より 16
海底すべり堆積物 ( 高知県室戸市黒耳 ) より 17
四万十帯の形成過程と単純化した地層柱状図 3,000km におよぶプレートの移動で枕状溶岩やチャートと砂岩 泥岩が混合し 陸に付け加わった ( 付加体 ) 海洋プレートの沈み込みを証明 18
日本地質構造区分 19
四万十帯 ( とくに室戸半島 ) の地質の意義 1. プレート沈み込みによる付加体の世界的な例 2. 砂岩岩脈 海底地すべり 褶曲 メランジュなどの素晴しい露頭 3. 室戸岬 ~ 丸山ハンレイ岩 : 海溝近辺での火成活動の珍しい例 4. 室戸岬の海岸段丘 見事な地形 5. 離水ノッチや旧汀線示標 ( ヤッコカンザシ ) による隆起速度 世界的な例 6. 室戸岬と南海トラフ : 海底への連続 20
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地球深部探査船 ちきゅう 22
ちきゅう の主な仕様 主要目 掘削能力 23
従来のライザーレス掘削 ちきゅう ライザー掘削 24
ドリルフロア外観 25
噴出防止装置 (BOP) 26
ちきゅう 船尾に搭載されたライザーパイプ ( 外径 1.2m 長さ 27m) 27
ちきゅう のラボ 28
陸上研究環境整備高知コア研究所 高知大学海洋コア総合研究センター 共同施設としての分析機能 IODPの保管及び1 次分析機能 コア サンプルの長期保管と配布 (4 & 及び -170 ) ちきゅう で採取したコア (10 年分 ) を保存可 コアの分析 解析 ちきゅう 上の研究設備と同等の設備を含む 高知大学と海洋研究開発機構の運用協力 29
南海トラフの地形 ( 乱泥流は富士川河口から ) 30
南海トラフの歴史地震 180 年ごとに巨大地震と津波が発生してきた 31
南海トラフ域の地震活動 小原 (2007) 32
プレート境界の地震とアスペリティモデル 33
プレート境界の地震を探る 断層の強度とアスペリティモデル ゆっくりすべり対高速すべり リアルタイム地震速報の高度化 掘削による試料 掘削孔の観測 海底ネットワーク の掘削孔観測 地震予知 (?) 総合的アプローチ 34
南海トラフ地震発生帯掘削計画 Nankai Trough Seismogenic Zone Experiment 略称 南海掘削 NanTroSEIZE( なんとろさいず ) 統合国際深海掘削計画 IODP の一環として実施 新宮市 新宮市から南東沖 60km~140km 35
平成 19 年度 ちきゅう の南海掘削 共同首席研究者 #314 #315 #316 H19 年度 南海掘削 Stage-1 乗船研究者所属機関国別分布 (3 行動総計 ) それぞれの研究行動における日本人研究者 乗船研究者は IODP の MOU に基づき 基本的に分担金に応じた乗船研究者数で構成される IODP 参加国からの推薦を受け 科学目的を達成するべき最善の人選 次世代研究者の育成などを念頭に選考 36
南海トラフ熊野灘沖での三次元反射法地震波探査 ( ハワイ大学と共同 ) 海底地形図 三次元地下構造 Science(2007) に発表 37
南海掘削実施計画 ステージ 1(H19 年度 ) 複数の掘削同時検層 (LWD) による付加体断面の孔内地層各種物理データの取得 初期ライザー掘削 付加体前縁部のライザーレス掘削 ステージ2(H20 年度予定 ) 分岐断層のライザー掘削 (3,500m 程度 ) ステージ3 プレート境界深部掘削 (6,000m 程度 ) ステージ4 長期孔内計測装置の設置 観測 Science(2007) に発表 38
ちきゅう 船上の研究風景 Science(2007) に発表 39
ボアホールブレイクアウトと応力場 LWD( 掘削同時検層 ) による比抵抗イメージ 伸張の方向に孔が破砕し黒い帯としてイメージされる 40
海底下 1 1.5km の応力場 掘削サイトにおける水平最大圧縮場および伸張場の方向 C0001 C0004 C0006では北西南東方向に圧縮 C0002では伸張であることが分かった 黄色 : フィリピン海プレートが本州に沈み込む方向 41
採取されたコア試料 ベイン構造 ( 地震時の排水構造 ) CT スキャン画像正断層 コア CT スキャン断層帯 42
熊野海盆のメタンハイドレート (C0002 サイト ) 海底下 400m より上の白い部分 ( 矢印 ) がハイドレートを多く含む地層 数字は海底からの深度 (m) 地震探査の断面と掘削孔 C0002 の位置 43
南海掘削ステージ 1: まとめ 伸張領域圧縮領域 砂層中にメタンハイドレート存在 C0002 津波の発生 C0001 C0004 分岐断層境界試料採取 プレート境界断層試料採取 C0006 BSR( メタンハイドレートの下限反射面 ) 巨大分岐断層 前部デコルマ面 プレート沈み込み < 主要データ > 三次元地下構造イメージング広域応力場メタンハイドレート 44
プレート境界地震と津波のリアルタイム観測 海洋プレートの沈み込み境界における巨大地震発生帯を直接掘削する 掘削試料の分析と観測により地震発生のメカニズムを研究する 45
ちきゅう プロジェクトの意義 1. 地震発生メカニズムの解明 防災対策 ( リアルタイム地震通報 ) の高度化 2. 地下生命圏の解明 新しい自然観 バイオテクノロジー 3. 大水深掘削技術 資源探査 4. 国際大型プロジェクトでのリーダーシップ 5. 未踏のフロンティア探査 ( フロンティア スピリット ) 46
ちきゅう 号をよろしく 参考図書 平朝彦 他著 地球の内部で何が起こっているのか? 光文社新書 2004 47