（エントリー）沈み込む海洋性プレートからの脱水によるhydrofracturingの地震学的証拠

抄録

沈み込み帯において海洋性プレートからの脱水によって上盤プレートに水が供給されることが知られている。沈み込む海洋性プレートに含まれる緑色片岩や角閃岩は、温度約450度，圧力約1.5GPa以上の高温高圧下で脱水反応を伴うエクロジャイト化を起こす。生成された水の一部は上盤プレート内に放出され､その内部を移動すると考えられているが、上盤プレート内における水の移動プロセスはよくわかっていない。本研究では、約1年周期のスロースリップの発生に伴い上盤プレートへの繰り返し排水が期待されている（Nakajima and Uchida, 2018; Ito and Nakajima, 2023）茨城県南西部におけるフィリピン海プレート上部境界直上を対象に､S波スプリッティングの時間変化を調べた。241個のプレート境界地震に対し、直上に設置されたMeSO-net (Metropolitan Seismic Observation network)の5観測点で収録された加速度波形を解析し、S波スプリッティングを示すパラメータ(φ, dt)を推定した。その結果、最も精度の良い観測点において、速いS波の振動方向（φ）は北東40~60°方向を示し、速いS波と遅いS波の到達時刻差（dt）は、0.04〜0.18秒の間でばらつきを示した。さらに、繰り返し地震活動から推定されたプレート境界の平均滑り速度の時間変化とdtの時間変化の定量的な比較を行ったところ、平均滑り速度の増加から0.2年遅れてdtの増加が見られた。この結果は、先行研究で得られた、プレート境界の平均滑り速度の上昇に応じてプレート境界から水が上盤に放出され､直上の地震波減衰構造が増加するという解釈と概ね整合的であり、プレート境界から放出された水の移動過程を反映していると考えられる。さらに、dtの大きさは岩石中に存在するフラクチャー密度 (ε=Na³/V N: 個数密度, a: フラクチャ半径, N: 岩石の体積 )に依存することから、スロースリップのような大規模な剪断破壊をきっかけに、上盤プレート底部における既存の弱面に沿ってhydrofracturing (Davies, 1999; Padrón-Navarta et al., 2010) が伝播し、間隙率及び透水率を局所的、一時的に増加させている可能性がある。引用元Davies, J. H. (1999). The role of hydraulic fractures and intermediate-depth earthquakes in generating subduction-zone magmatism. Nature, 398(6723), 142-145.ISO 690Ito, Y., & Nakajima, J. (2023). Temporal Variations in and Above a Megathrust Following Episodic Slow‐Slip Events. Geophysical Research Letters, 50(14), e2023GL103577.Nakajima, J., & Uchida, N. (2018). Repeated drainage from megathrusts during episodic slow slip. Nature Geoscience, 11(5), 351-356.Padrón-Navarta, J. A., Tommasi, A., Garrido, C. J., Sánchez-Vizcaíno, V. L., Gómez-Pugnaire, M. T., Jabaloy, A., & Vauchez, A. (2010). Fluid transfer into the wedge controlled by high-pressure hydrofracturing in the cold top-slab mantle. Earth and Planetary Science Letters, 297(1-2), 271-286.ISO 690