S波スプリッティング解析を用いたスラブ起源流体の移行経路推定の試み

An Attempt to estimate the migration pathway of slab-derived fluid using shear wave splitting analysis

平塚 晋也 ; 浅森 浩一; 雑賀 敦  

Hiratsuka, Shinya; Asamori, Koichi; Saiga, Atsushi

日本列島の下に沈み込むスラブから脱水して上昇してくる深部流体は、高温かつ炭酸化学種に富むなどの特徴を有することから、その特徴や分布、地表への移行経路を把握することは高レベル放射性廃棄物の地層処分における調査・評価においても重要である。これらスラブ起源流体の移行経路としては、クラックが高密度に分布する領域が考えられ、こうした領域は周囲に比べてより強い地震波速度の異方性を示すと予想される。異方性媒質に入射したS波は、振動する方向によって異なる速度で伝播するS波偏向異方性を示すため、互いに直交する方向に振動し、異なる速度で伝播する2つの波に分裂するS波スプリッティング現象が生じる。本報告書では、まず、S波スプリッティング解析の原理について詳しく説明する。次に、和歌山県田辺市本宮町周辺を事例対象として、S波スプリッティング解析を行った結果を示す。最後に、先行研究による温泉水及び遊離ガス中に含まれるヘリウム同位体比(He/He)の分布や、本宮地域を横断する測線に沿って行われた二次元比抵抗構造解析の結果との比較に基づき、スラブ起源流体の移行経路の推定を試みた。検討の結果、温泉水及び遊離ガス中に含まれるヘリウム同位体比(He/He)が高く、スラブ起源流体が上昇してきている可能性が高いとみなされる場合は、2つの波に分裂したS波の到達時間差(dt)も大きな値を示す傾向にあることが明らかとなった。また、二次元比抵抗構造解析の結果との比較によれば、高比抵抗領域においては、dtは小さい値を示す。それに対し、低比抵抗領域においては、dtは大きな値を示しており、本宮地域に対してスラブ起源流体は西側の深部から上昇してくるとする先行研究による解釈と調和的であることが分かった。

Deep groundwater originates from dehydration of Pacific and Philippine Sea slab subducting beneath Japanese islands, which has characteristics of high temperature and is rich in carbonate species. In this respect, it is very important for geological disposal of high-level radioactive waste to estimate reservoir and migration pathway of deep groundwater. The region where cracks are densely distributed can be regarded as the migration pathway of slab-derived fluid. It is highly probable that the region has strong anisotropy. Shear wave propagating through anisotropic media splits into two mutually orthogonally polarized waves due to shear wave polarization anisotropy. In this report, we applied shear wave splitting analysis to Hongu area of Tanabe City, Wakayama Prefecture and estimated the spatial distribution of leading shear wave polarization direction (LSPD) and arrival time difference between leading and lagging shear waves (dt). Based on comparison with helium isotope ratio of ground water and bubbling gas samples and two-dimensional resistivity structure estimated by previous study, we attempt to estimate migration pathway of slab-derived fluid in Hongu area of Tanabe City, Wakayama Prefecture. The main results are summarized as follows. When helium isotope ratio of groundwater and bubbling gas samples is high, dt value tends to be large. Shear wave propagating through high and low resistivity anomaly zone show small and large dt values, respectively. Previous study suggested that slab-derived fluid migrates from deeper part of western side of Hongu area and wells out in Yunomine and Kawayu hot springs. This is consistent with spatial distribution of dt values estimated by this study.