地殻流体―岩石相互作用によるき裂と鉱物脈の時空間発展プロセスの解明

阐明地壳流体-岩石相互作用引起的裂缝和矿脉的时空发育过程

基本信息

批准号：
11J04630
负责人：
最首花恵
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2013
项目状态：
已结题

项目摘要

地殻流体からの鉱物析出による開口き裂閉塞メカニズムと地殻内部イベントとの関連性を明らかにするため、本年度は以下のことを行った。1、アモルファスシリカと曹長石の溶解実験を行い、天然の地殻流体中のSiとAlの濃度の上限を見積もった。化学平衡計算により、溶解実験の結果の妥当性を示した。2、シリカ鉱物析出実験を行い、10mg/kg (H_2O)を超える高Al濃度の流体からは、シリカ鉱物に加えて曹長石や方沸石も析出することを明らかにした。3、昨年度までの実験結果を用い、既往の析出反応速度式(石英の結晶成長に対応)に、温度および流体中のAl濃度の影響を考慮した項(核形成に対応)を加え、天然のシリカ鉱物析出反応を表す、新しい反応速度式を提案した。4、葛根田地熱地域の深部掘削における観測結果(き裂密度、地震分布など)と、本研究の実験および計算結果を比較した。石英が溶解しやすい深度においては岩石中のき裂が多く、石英が析出しやすい深度では透水―不透水境界が存在するなど、シリカ鉱物の溶解析出反応と地下の特徴的な構造が相関していることを明らかにした。5、3で求めた新しい反応速度式を用いて、深度ごとのシリカ鉱物溶解析出反応速度を求めたところ、葛根田の透水―不透水境界におけるシリカ鉱物析出速度は、他の深度に比べ非常に早いことが分かった。ここから、葛根田の透水―不透水墳界が、葛根田地熱地域の形成初期においてすでに形成、存在していた可能性を示唆した。

为了阐明地壳流体矿物沉淀导致的开放裂缝闭合机制与地壳内部事件之间的关系，今年我们开展了以下活动。 1.我们进行了无定形二氧化硅和钠长石的溶解实验，估算了天然地壳流体中Si和Al浓度的上限。通过化学平衡计算证明了溶出实验结果的有效性。 2.我们进行了二氧化硅矿物沉淀实验，发现在高Al浓度超过10 mg/kg（H_2O）的流体中，除了二氧化硅矿物外，还会沉淀出钠长石和方沸石。 3.利用去年的实验结果，在现有的沉淀反应速率方程（对应石英晶体生长）中加入考虑温度和流体中Al浓度影响的项（对应成核），得到新的反应速率方程建议表达二氧化硅矿物沉淀反应。 4. 我们将卡孔达地热区深基坑的观测结果（裂缝密度、地震分布等）与本研究的实验和计算结果进行了比较。硅矿物的溶解沉淀反应与地下结构特征存在相关性，如在石英易溶解的深处岩石中存在许多裂隙，在石英溶解的深处存在渗透-不渗透边界等。发现容易沉淀。利用5和3中得到的新的反应速率方程，我们计算了每个深度的二氧化硅矿物溶解沉淀的反应速率，发现Kakkonda渗透-不渗透边界处的二氧化硅矿物沉淀速率远高于其他深度。事实证明还早。这表明卡孔达可渗透-不可渗透土丘可能已经形成并存在于卡孔达地热区形成的早期阶段。