東北地方中央部における3次元地殻流体分布

Abstract

東北地方中央部では1990年以降火山や内陸地震を対象とした地殻構造研究のために多くの広帯域MT観測が行われてきた。(例えばOgawa et al., 2014)。しかし、東北地方中央部の地殻構造は未だ広域的に解析されていない。本研究では過去30年間に行われた590地点の広帯域MTデータから、詳細な広域地殻構造とマントル構造を3次元的に解明し、活火山・内陸地震域における地殻流体の3次元分布の解明を目的とする。本発表では、鬼首カルデラを中心とした南北50km、西40kmの範囲のデータから、3次元インバージョン解析を行った。利用データは410観測点における0.4秒〜1, 300秒の8周期のインピーダンスとティッパーである。解析にはWSINV3DMTコード(Siripunvarapornand Egbert, 2009)を用い、インピーダンスおよびティッパーのエラーフロアーはそれぞれ10%, 20%とした。得られた最終モデルはRMS=2.99である。最終モデルでは、地殻深部（深度20km〜30km）では火山弧に沿ってSSW-NNE方向に連続した低比抵抗帯が存在していることがわかり、Ichiki et al.(2015)で示しされ上部マントルの低比抵抗異常に連結する。前弧側の宮城県北部地域は、地殻深部にブロック状の低比抵抗異常が存在することが確認され、流体上昇域と考えられる。これら深部地殻の低比抵抗は、広域的な脊梁沿いと前弧側の歪集中域(Miura et al., 2004)と対応する。火山弧に沿った地殻深部の低比抵抗帯は、鳴子火山、栗駒山、鬼首カルデラ、高松岳に向かって枝分かれしながら深度10kmまで局所的に上昇している。この深度10kmの火山体の低比抵抗は、InSARによって推定される2011年の東北地方太平洋沖地震のコサイスミックな沈降域(Takada and Fukushima, 2013)と良い相関が見られる。

Many broadband MT observations have been conducted in the central Tohoku region since 1990 for tectonic studies of volcanoes and inland earthquakes. (e.g., Ogawa et al., 2014). However, the crustal structure of the central Tohoku region has not yet been analyzed on a regional scale. This study aims to elucidate detailed regional crustal structure and mantle structure in three dimensions from broadband MT data of 590 stations over the past 30 years, and to elucidate the three-dimensional distribution of crustal fluids in active volcanic and inland earthquake areas. We present a 3-D inversion analysis based on data from an area 50 km north-south and 40 km west of the Onikobe caldera. The data used were impedances and tippers for 8 periods from 0.4 to 1, 300 s at 410 stations. The WSINV3DMT code (Siripunvaraporn and Egbert, 2009) was used for the analysis, and the impedance and tipper error floors were set to 10% and 20%, respectively. The obtained final model has RMS=2.99. The final model shows the existence of a continuous low resistivity belt in the SSW-NNE direction along the volcanic arc in the deep crust (20 km to 30 km depth), which is connected to the low resistivity anomaly in the upper mantle shown by Ichiki et al. (2015). In the northern Miyagi Prefecture area on the forearc side, blocky low resistivity anomalies are found in the deep crust and are considered to be fluid uplift zones. These low resistivity anomalies in the deep crust correspond to a widespread strain concentration area along the volcanic arc and the forearc (Miura et al., 2004). The low resistivity zone in the deep crust along the volcanic arc locally rises to a depth of 10 km, branching toward Naruko volcano, Mt. Kurikoma, Onikobe caldera, and Takamatsu-dake. This low resistivity of the volcanic body at 10 km depth correlates well with the subsidence variations in the coseismic volcanoes of the 2011 off the Pacific coast of Tohoku earthquake (Takada and Fukushima, 2013), as estimated by InSAR.