Non-volcanic seismic swarm and fluid transportation driven by subduction of the Philippine Sea slab beneath the Kii Peninsula, Japan

紀伊半島下でのフィリピン海プレート沈み込みによる流体移送と非火山性群発地震との関係

加藤 愛太郎*; 雑賀 敦  ; 武田 哲也*; 岩崎 貴哉*; 松澤 暢*

Kato, Aitaro*; Saiga, Atsushi; Takeda, Tetsuya*; Iwasaki, Takaya*; Matsuzawa, Toru*

紀伊半島下で発生する非火山性群発地震の発生メカニズムを明らかにするため、稠密地震計アレイ観測データに基づく詳細な地震波速度トモグラフィ解析とレシーバ関数解析を行った。その結果、群発地震発生域下に低速度域が存在することを明らかにした。この低速度域は高電気伝導度・高減衰域と空間的に対応しており流体の存在を示唆する。また、陸のモホ面の深さは、群発地震発生域下では約32kmであるのに対し、南に行くにしたがって約20kmまで浅くなる傾向がみられた。この構造は、マントルウェッジの蛇紋岩化に影響を受けていると解釈できる。さらに、南側から沈み込むフィリピン海プレートの海洋性地殻は、浅部では低速度で特徴づけられるが深部では高速度へと変化しており、海洋性地殻内の含水鉱物の脱水反応が沈み込みに伴い進行していると考えられる。沈み込むフィリピン海プレートの脱水がマントルウェッジの蛇紋岩化、地殻下部への流体移送を生じさせ、非火山性群発地震の発生に影響を及ぼしていると考えられる。

To understand the mechanism of an intensive non-volcanic seismic swarm in the Kii Peninsula, Japan, we used a dense seismic linear array to measure fine-scale variations of seismic velocities and converted teleseismic waves. A low-velocity anomaly confined to just beneath the seismic swarm area is clearly imaged, which spatially correlates with an uplifted surface area, and a highly conductive and strong attenuative body. These results suggest that fluids such as partial melt or water are present beneath this non-volcanic seismic swarm area. It is notable that the island arc Moho below the seismic swarm area is at depths of ca. 32 km in the northern part of the seismic swarm area, and shallows to ca. 20 km towards the south, due to an upwardly raised structure of serpentinized mantle wedge. In addition, we show that hydrated oceanic crust of the subducting Philippine Sea slab is characterized by low-velocities with a high Poisson's ratio at depths shallower than 40 km. Water released from the subducting oceanic crust could cause serpentinization of the mantle wedge and infiltration into the forearc base of the overlying plate. The interaction between dehydration of the subducting oceanic crust and hydration of the mantle wedge and overlying plate exerts an important role in driving the non-volcanic seismic swarm activity in the Kii Peninsula.