Manifestations of upwelling mantle flow on the Earth's surface

地表において観測されるマントル上昇流の証拠

浅森 浩一; 梅田 浩司; 二ノ宮 淳*; 根木 健之

Asamori, Koichi; Umeda, Koji; Ninomiya, Atsushi*; Negi, Tateyuki

東北日本の背弧側に位置する朝日山地は左沢-長井断層の活動に伴う逆断層地塊であり、第四紀に1400m以上の著しい隆起が生じたと推定されている。しかしながら、これらの活断層の近傍よりも10km以上西方に山地の稜線が続いており、この隆起を単純な逆断層運動及び地塊傾動によって説明することはできない。本研究では朝日山地の隆起のメカニズムを解明するため、地磁気・地電流法による地殻からマントル最上部までの比抵抗構造及び山地周辺における温泉ガスの希ガス同位体の特徴を明らかにした。その結果、山地の稜線の直下における下部地殻からマントル最上部にかけて顕著な低比抵抗体が存在すること、温泉ガスのヘリウム同位体比が東北日本における活火山の火山ガスと同程度であることから、朝日山地の直下には溶融体が存在し、その熱による局所的な非弾性変形によって山地が隆起していることが示唆された。従来より、山地の隆起のタイプは、(1)褶曲断層山脈型、(2)逆断層地塊型、(3)横ずれ断層地塊型、(4)曲隆山地型に区分されているが、日本列島のような島弧では、火成活動に伴う非弾性型の山地が存在することが新たに明らかになった。

Remarkable uplift of 1400 m during the Quaternary has been recognized in the Mesozoic crystalline mountains (Asahi Mountains) located on the back-arc side of the Northeast Japan Arc. Crustal and mantle structures beneath the mountains were imaged as a 2D resistivity model, using magnetotelluric survey. The resulting resistivity structure clearly indicates that an anomalous conductive body is present in the central part of the mountains. The conductor extends from the middle crust to the upper mantle. Also, helium isotope ratios were determined from free gas and groundwater samples collected in and around the mountains. The highest value is similar to those of MORB-type helium derived from mantle volatiles. These results provide strong evidence for the presence of a latent magma reservoir and related high-temperature aqueous fluids beneath the Asahi Mountains. The presence of a latent magma reservoir could lead to thinning of the brittle upper crust and the aqueous fluids could weaken the crustal rocks. Thus, contractive deformation could arise locally above the reservoir under compressive stress field. Although the uplift is considered to be controlled by active reverse faults on the west side of the mountains, the highest peak of the mountains is not located near the active faults, but rather is above the prominent conductive zone. It is concluded that the notable uplift of the mountains can mainly be attributed to locally anelastic deformation of the entire crust.