海底熱水鉱床の成因解明のための熱水流動シミュレーション法の開発と応用

熱水鉱床の形成プロセスおよび形成条件を明らかにするのを目的として、温度検層・熱流束データ・掘削データ・噴出熱水および海水の化学組成などの調査データが豊富な沖縄トラフ伊是名海穴を対象に、反応輸送シミュレーションを適用した。反応輸送シミュレーションでは、熱と流体の流れ・溶質輸送・化学反応が考慮でき、鉱物の沈殿・溶解を定量的に評価することができる。反応輸送シミュレーションによって海底熱水鉱床の形成プロセスを明らかにするためには、鉱床形成を引き起こす深部熱水の化学組成を明らかにする必要がある。しかしながら、海底下数kmの深部熱水を採取し化学組成を測定することは不可能であるため、地球化学計算による推定が必要である。そこで本研究では、深部熱水の化学組成を推定することを目的に、海水が海底下を流下して高温熱水となる過程を模した一次元反応・輸送シミュレーションを実施した。シミュレーションでは、対象領域内の非熱水地域で得られたボーリングデータに基づいて母岩の化学組成を与え、水・岩石反応を考慮することにより熱水の化学組成変化を再現した。シミュレーションの結果、水・岩石反応に伴う流体の化学組成変化が明らかとなり、海底下の深部熱水の化学組成を推定することができた。次に、上記のシミュレーションで得られた深部熱水を境界条件として与え、熱水が深部から海底面に向かって上昇し、噴出する過程を模した一次元数値モデルを構築し、反応輸送シミュレーションを実施した。シミュレーションの結果、熱水の上昇に伴って圧力が低下し、海底面付近で沸騰が生じること、および沸騰に伴って二酸化炭素の脱ガスが生じ、それに付随してpHが上昇することが示された。また、pHの上昇に起因して、沸騰領域で金属成分を多量に含む硫化鉱物が急激に沈殿することが明らかとなり、沸騰が鉱床形成に重要な役割を果たしていることが分かった。

熱水鉱床の形成プロセスおよび形成条件を明らかにするのを目的として、温度検層・熱流束データ・掘削データ・噴出熱水および海水の化学組成などの調査データが豊富な沖縄トラフ伊是名海穴を対象に、反応輸送シミュレーションを適用した。反応輸送シミュレーションでは、熱と流体の流れ・溶質輸送・化学反応が考慮でき、鉱物の沈殿・溶解を定量的に評価することができる。反応輸送シミュレーションによって海底熱水鉱床の形成プロセスを明らかにするためには、鉱床形成を引き起こす深部熱水の化学組成を明らかにする必要がある。しかしながら、海底下数kmの深部熱水を採取し化学組成を測定することは不可能であるため、地球化学計算による推定が必要である。そこで本研究では、深部熱水の化学組成を推定することを目的に、海水が海底下を流下して高温熱水となる過程を模した一次元反応・輸送シミュレーションを実施した。シミュレーションでは、対象領域内の非熱水地域で得られたボーリングデータに基づいて母岩の化学組成を与え、水・岩石反応を考慮することにより熱水の化学組成変化を再現した。シミュレーションの結果、水・岩石反応に伴う流体の化学組成変化が明らかとなり、海底下の深部熱水の化学組成を推定することができた。次に、上記のシミュレーションで得られた深部熱水を境界条件として与え、熱水が深部から海底面に向かって上昇し、噴出する過程を模した一次元数値モデルを構築し、反応輸送シミュレーションを実施した。シミュレーションの結果、熱水の上昇に伴って圧力が低下し、海底面付近で沸騰が生じること、および沸騰に伴って二酸化炭素の脱ガスが生じ、それに付随してpHが上昇することが示された。また、pHの上昇に起因して、沸騰領域で金属成分を多量に含む硫化鉱物が急激に沈殿することが明らかとなり、沸騰が鉱床形成に重要な役割を果たしていることが分かった。