Masaoki Uno

Hydrogeological responses to incoming materials at the erosional subduction margin, offshore Osa Peninsula, Costa Rica

Bulk mineral assemblages of sediments and igneous basement rocks on the incoming Cocos Plate at the Costa Rica subduction zone are examined by X-ray diffraction analyses on core samples. These samples are from Integrated Ocean Drilling Program Expedition 334 reference Site U1381, ∼ 5 km seaward of the trench. Drilling recovered approximately 100 m of sediment and 70 m of igneous oceanic basement. The sediment includes two lithologic units: hemipelagic clayey mud and siliceous to calcareous pelagic ooze. The hemipelagic unit is composed of clay minerals (∼50 wt.%), quartz (∼5 wt.%), plagioclase (∼5 wt.%), calcite (∼15 wt.%) and ∼30 wt.% of amorphous materials, while the pelagic unit is mostly made up of biogenic amorphous silica (∼50 wt.%) and calcite (∼50 wt.%). The igneous basement rock consists of plagioclase (∼50–60 wt.%), clinopyroxene (∼>25 wt.%), and saponite (∼15–40 wt.%). Saponite is more abundant in pillow basalt than in the massive section, reflecting the variable intensity of alteration. We estimate the total water influx of the sedimentary package is 6.9 m3/yr per m of trench length. Fluid expulsion models indicate that sediment compaction during shallow subduction causes the release of pore water while peak mineral dehydration occurs at temperatures of approximately ∼100°C, 40–30 km landward of the trench. This region is landward of the observed updip extent of seismicity. We posit that in this region the presence of subducting bathymetric relief capped by velocity weakening nannofossil chalk is more important in influencing the updip extent of seismicity than the thermal regime.

Extraction of metamorphic processes from high-dimensional geochemical data using dimension reduction techniques

岩石の主要・微量・同位体元素組成からなる高次元地球化学データ中には, 地球表層及び地球内部の様々な情報が保存されている.岩石学において,こ れらの地球化学データなどを基に,岩石形成を支配するプロセス(素過程・ メカニズム)を解明することは最も重要なミッションの一つである.一般的 に,我々岩石学者は,従来から現在に至るまで,研究者の直観や経験的・発 見法的アプローチを基にして,注目する元素組み合わせを選択し,岩石を分 類し,または,岩石形成の支配プロセスを抽出してきた.ただ,得られるデ ータの高次元化・大量化が加速度的に進む現状を鑑みると、従来型のアプロ ーチだけでは,新たな未知のプロセスの発見はますます困難になるものと考 えられる.一方で、計算機技術の発展や情報科学的手法の洗練は目覚しく, インターネットやデータベース中の大量情報から有用な情報を効率的に抽 出するための多変量解析手法が数多く開発されつつあり(たとえば,Bishop, 2006),岩石学を含む様々な地球科学分野への応用が期待されている. このような状況の下で,昨年の地質学会では,次世代の岩石学を創成する ために有効であると考えられる二つのデータ駆動型の逆解析基盤技術を簡 単に紹介した(桑谷他 2013).一つは,対象とする系に関して,ある程度モ デルがわかっているときに有効な「ベイズ推論」である.ベイズ推論では, 既知のフォーワード(順)モデルや先験的知識を逆解析に柔軟に組み込むこ とにより,データから最大限に有用な情報を抽出することが可能である.も う一方が,対象とする系のフォーワードモデルがそもそもよくわからない問 題に有効である「スパースモデリング」である.スパースモデリングは,高 次元・大量のデータから,データを記述する本質的な少数の(スパースな) 次元を自動選択,つまり,次元圧縮することにより,データに隠れた法則・ モデルを抽出することが可能である.本研究では,この次元圧縮に焦点を合 わせ,どのような方法で地球科学プロセスを抽出するかについて議論する. はじめに,次元圧縮手法の例として,主成分分析(PCA)と独立成分分析 (ICA)を紹介する.PCA は多くの地球科学分野においても広く用いられてい る最も一般的な多変量解析手法の一つである.PCA では,多次元データか ら直交変換により,変数間に相関の無い合成変数(主成分)を作り出す.得 られた主成分は,複数のプロセスの和,もしくは単一のプロセスそのものを 反映していると期待される.最近では,東北地方仙岩地域に分布する火山岩 の全岩化学組成データセットから PCA を用いて,鉱物分化やマグマ混合な どのプロセス抽出に正解した研究例がある(上木&岩森, 2013).一方,ICA は、多次元データを複数の統計的に独立な成分に分離する手法である.岩森 らは ICA を全地球に分布する玄武岩の同位体データセットに適用し,メル ト生成・移動に関連するプロセスと水由来のプロセスなどに分離することに 成功している(たとえば,Iwamori et al., 2010). 本研究では,さらに,変成岩から変成作用プロセスの抽出を試みた例とし て,Barrovian 型変成作用を受けたアメリカ Wepawaung 片岩中の鉱物脈周囲 の全岩組成のデータ(Ague, 2011)に,PCA などの次元圧縮法を適用した研 究を紹介する.また,これらの研究例を基に,地球化学データからの自動的・ 系統的な地球科学プロセス抽出を実現するために必要な課題を明確化し,今 後の研究の展望を述べる.