Relationship between helium isotopes and heat flux from hot springs in a non-volcanic region, Kii Peninsula, Southwest Japan

非火山地帯における温泉ガスのヘリウム同位体比と熱流束の関係; 西南日本,紀伊半島の事例

梅田 浩司; 坂川 幸洋*; 二ノ宮 淳; 浅森 浩一

Umeda, Koji; Sakagawa, Yukihiro*; Ninomiya, Atsushi; Asamori, Koichi

紀伊半島は、非火山地帯に位置するにもかかわらず、高いヘリウム同位体比を有する高温の温泉が多く分布する。これらの温泉の熱源については、沈み込むフィリピン海スラブに含まれる含水鉱物が高温・高圧下で脱水し、それが地殻浅所にもたらされたといったモデルが提唱されている。今回、物質科学的な側面からそのモデルを検証するため、紀伊半島の温泉ガスのヘリウム同位体比のデータを蓄積するとともに、ボーリングの温度プロファイルを収集し、ペクレ数解析によりそれぞれのボーリング地点の熱流束を計算した。その結果、ヘリウム同位体比と熱流束,ペクレ数には明瞭な相関が認められることから、温泉の温度や同位体比は、地下深部から上昇する流体のフラックスの大きさに起因していることが明らかになった。

In order to examine the potential correlation between heat and helium isotope signatures in a non-volcanic region, we estimated the local heat flux using Peclet number analysis of thermal profile from deep boreholes in the Kii Peninsula, Southwest Japan. There is a distinct correlation between the common logarithms of He/He ratio and heat flux. Here heat flux values higher than 90 mW/m are estimated from the deep boreholes and the upward flow of deep fluids predominates over the groundwater recharge of the local hydrology. These results support the recently proposed source model that shows that the high temperature hot springs with significantly higher He/He ratio in the Kii Peninsula originate due to the effective transfer of mantle helium and heat from the subcrustal lithosphere by aqueous fluids generated by dehydration of the subducting Philippine Sea slab.