Basal and Frontal Accretion Processes versus BSR Characteristics along Chilean Margin

Abstract

Itata沖からCoyhaique沖で記録されたマルチチャンネル反射法地震データを処理して地震画像を取得した。 その結果，弱い不連続な底質模擬反射面は底質付加プロセスと関連し，強い連続した底質模擬反射面は前部付加プロセスと関連することが明らかになった． これは、底質付加プロセスでは、隆起による伸長構造運動が流体の流出を促進し、弱く不連続な底質模擬反射面を形成するためと考えられる。 しかし、前方付加過程（褶曲とスラスト）では、流体循環が活発で地殻変動が安定しているため、より強く連続した底質模擬反射面を形成することができる。 Arauco-Valdivia 海岸では、急峻な付加プリズム、正断層、斜面盆地、厚いアンダープレート堆積物層が基底付加と関連しており、Itata、Chiloe、Coyhaique 海岸では、小さな付加プリズム、褶曲、薄いアンダープレート堆積物層が前方付加と関連していた。 はじめに

海洋地震記録において，BSR（Bottom Simulating Reflector）はガスハイドレート存在の良い指標である。 BSRはいくつかの大陸縁に沿ったガスハイドレートの分布を定義することを可能にした。 BSRは、ガスハイドレートを含む堆積物の上層にある音響界面と関連しており、圧縮性地震速度を増加させ、自由ガスを含む堆積物の下層には圧縮性地震速度を減少させるものがある。 BSR は収束縁と受動縁の両方に沿った付加体の地震断面において確認されている。 チリ大陸縁では、いくつかの物理探査によってBSRがよく報告されている。 特に、付加体プリズムに沿ってBSRが認められた。

チリ大陸縁では、2つの主要なテクトニックプロセスが認められている。 前者は前方付加、後者は底部付加に関連する。

本研究は、大陸縁、特に海溝と大陸斜面における主要な形態構造を明らかにすることを目的とした。 1097>

2. テクトニックおよび地質学的設定

調査地域はチリ中央部、南緯35度から45度の間に位置し、イタタ、アラウコ、トルテン、バルディビア沖（36度から40度まで）およびチロエ、コハイケ沖（43度から45度まで）が含まれる（図1）

チリ中部および南部（34度から46度）は北側でフアン・フェルナンデス隆起、南側ではチリ上昇に制限されている。 ファン・フェルナンデス海嶺は、火山と前地隆起（Sierras Pampeanas）の欠如を示すパンペアン平板セグメントによって特徴づけられ、アコンカグア山塊（6989 m）のようなアンデスの最高峰が存在する。 パンペアン平板セグメントの南側では、アンデス縁は南緯34度から46度まで、チリ三叉路まで延びる通常の沈み込み（ディップ30度）が特徴である。 ナスカ・プレートと南米プレートの収束は平均 6.4 cm/yr で起こる。 この地域（南緯34度から45度まで）では、縁辺全体が斜めの収束ベクトル（N78°E）で特徴付けられ、南半球の区分では直交する方向に達する。

大陸の斜面は下部斜面と上部斜面からなる。 下部斜面は、海溝充填物から下部斜面に堆積物として取り込まれたタービダイトによって形成された付加体プリズムと関連しており、上部斜面は、大陸変成岩の基盤上に堆積したアンデス弧火山岩からの多量の土着堆積物と関連している。

海溝は部分的に厚さ2km以上の堆積物で埋められており、水深のある窪地というよりはむしろ平坦な平原として現れている。 海溝の埋没層はタービダイトと半球状の地層からなり、地震波の反射パターンにある周期性を示すことから、地球規模の気候サイクルが堆積に影響を与えたと解釈されている。 海洋底は南米プレートの下に沈み込むナスカプレートに相当し，遠洋性堆積物と海洋性玄武岩で構成される。 そのうち4本（SO161-44、SO161-35、SO161-29、SO161-40；図1参照）は、プロジェクト「Subduction Processes Off Chile（SPOC）」の一環として、RV SONNEクルーズ（2001年1-2月）で取得、他の2本は（RC2901-728、RC2901-734。 は海洋掘削計画（ODP）のプロジェクト「海洋拡散海嶺（チリ海嶺）」の一環として、RV CONRADクルーズ（1988年1月〜2月）で取得されたものである。） 4本の地震探査ライン（RC2901-728, SO161-44, SO161-29, RC2901-734）のプレスタック地震探査データが使用され、他の2本のライン（SO161-35とSO161-40）についてはスタック地震探査データのみ利用可能である。 地震データはRV SONNEクルーズ中に、3000mの長さの132チャンネルデジタルストリーマーを用いて取得されたもので、最初の24チャンネル間は12.5m、その他のチャンネル間は25mである。 RV CONRADクルーズでは、長さ3000mのデジタルストリーマーを使用し、240チャンネル、12.5m間隔のショット間隔でデータを取得しました。1097>

地震処理はオープンソースのSeismic Unix (SU) ソフトウェアを使用した。 このため、Prestackデータに対して標準的な処理を施した後、Poststackの時間移行（Phase Shift法、Stolt法）を行い、正確な地震画像を得ることができた。 また，積層されたセクションの地震学的特性を評価するために，トゥルーアンプリチュード処理が行われた． 実際，各処理段階において，振幅スペクトルが保存されていることを確認した． なお、SO161-35とSO161-40については、スタックデータのみであったため、水中地震波速度（1480m/s）を用いた位相シフト処理を行った。

標準処理の第一段階として、SEGYからSUフォーマットへのデータ変換を行った。 SU形式に変換した後、第一到達点（直接波）を用いて最小オフセットのチェックを行った。 実際、地震波流速を1480m/sとすると、SO161-44地震線では0.12秒の時間的ずれが確認された（直接波解析による）。 このため、すべての地震データを0.12秒単位で補正しました。

次に、プレスタックデータの幾何学的な配置を定義する必要があった。 本研究では、地理的な座標を考慮せず、任意に震源-受振点座標を定義し、オフセットと共通中点（CMP）は、先に計算した震源-受振点座標を用いて計算した。 SO161-44とSO161-29の場合、12.5mごとに24チャンネルを配置したストリーマと25mごとに108チャンネルを配置したストリーマの2種類が検討され、設定形状は別々に割り当てられ、その後、1つのストリーマとして統合されています。 CMP距離は6.25m（RC2901-728とRC2901-734地震探査ライン）、12.5m（SO161-44とSO161-29地震探査ライン）を定義しました。

ノイズの減衰と波面の球面発散による振幅への影響を補正するために、それぞれバンドパスフィルター（15-70Hz）とゲインを適用した。

SO161-44地震線では、おそらく不規則な形態に起因する面外反射（サイドワイプ）に伴う強いノイズが確認された。 このノイズを減衰させるために、F-K領域のディップフィルタ（スロープ範囲8-5.5 10-4）を適用した。

100CMP毎（SO161-44とSO161-29は1250m毎、RC2901-728とRC2901-734は625 m毎）の積層速度解析を実施した結果、SO161-44とSO161-29では、1m毎に速度が上昇し、2m毎に速度は低下した。 その結果、スタッキング速度モデルを用いてスタッキングを実施した。 また、正確な弾性波画像を得るために、ポストスタック時間移行を行い、スタッキング速度モデルを区間速度モデルに変換した。 さらに、ポストスタック時間移行（Stolt法、位相シフト法）の様々なテストを行った。 その結果、位相シフト法を用いて最も良い結果が得られた。 最後に、バンドパスフィルタ（15-70Hz）、ミキシングトレース、AGCゲイン（800msウィンドウ）、ミューティングを行い、ポストスタックマイグレーションしたセクションを得た。 結果

4.1. 伊方沖(南緯36度)に位置するRC2901-728断面は、西端部に少数の構造を持つ規則正しい海洋性基底面を有し、深部にはアンダースラスト構造が顕著であった。 斜面上部のいくつかのスラストはインブリードコンプレックス（幅約15km）を形成している。 8秒付近で高振幅の反射があり、デコルメント面と解釈される（図2）。 その下には、海洋底に関連する高振幅の反射岩が存在する。 サブバーティカルの背後にある隆起した斜面盆地は、発散した連続した反射面によって特徴づけられる(図2)。 斜面盆地の下方と上方には、低い瞬時振幅のカオス的な反射があり（図2の挿入図参照）、スランプ堆積物と関連する可能性がある（CDP8000と9500、それぞれ）。 CDPs 8000から13000では、強く連続したBSRが確認され、ガスハイドレートの存在と関連する可能性がある。 CDPs 10500から11500までは、ネガティブフラワー構造が確認された（図2）。 深部では、高振幅の反射が大陸基盤上と関連していることが確認された。

(a)

(b)

(a)
(b)

図2

RC2901- の場合。728の地震探査プロファイル。 Poststack time-migrated (a) と Poststack time-migrated (b) の断面図に線画断面を重ねたもの。 ボックスは挿入図で報告された瞬時断面の位置を示す。

4.2. SO161-44

アラウコ沖（南緯38度付近）のSO161-44時間移動断面（図3）は、前節と異なる特徴を示している。 また、海洋底の上部にいくつかの断層が確認された。

(a)

(b)

(a)
(b)

図3

SO161- の場合44の地震探査プロファイル。 Poststack time-migrated (a) and poststack time-migrated (b) section with superimposed line drawing section.

斜面底部では、わずかに変形した反射面、スラスト、アンダースラストがトレンチ充填物に影響を与えている。 音響的に半透明のレベル（約7秒）のトップはデコルメント面と関連付けることができる。

下部斜面は幅約15kmで、SO161-44区間より急勾配である。 下部斜面の底部には、堆積溝充填物の最も浅い層（厚さ約0.8s；図3）のみを含む、わずかに変形した堆積物が認められる。 また、デコルメント面や海洋底上部（約6sと約7.5s）にはプルアップの特徴が認められる（図3）。 CDP5700 から 6600 までは、スラストシークエンスが急傾斜の下部斜面を形成している。 東側では，CDP 7000 付近にオフセット約 1 s の正断層崖が認められる． ここでは、カオス的な反射が観察された。 この断層崖は下部斜面と上部斜面の境界を形成している。

上部斜面は、2つの主スラスト（CDP7000と8000）により破壊された不規則な地形を示している。 浅い部分と深い部分で観察されるカオス的な反射が顕著である（図3）。 CDPs 7200 から 7600 まで（幅 5 km）には、形態的高位とグラベン構造で特徴づけられる凹地帯がイメージングされた。 また、海側に張り出したスラストの上部に斜面盆地がいくつか認められた。 約3.2秒に不連続で強いBSRが確認されました。 約4秒の高振幅の反射は、大陸の基底層と解釈できる。 SO161-35

SO161-35 ポストスタックタイムマイグレーションセクションは、モカ島の南、38.5°Sの近くに位置し、不規則な海洋底トップを示す。

下部斜面は、形態的高度（CDP 9000程度）で中断された、不規則地形によって特徴づけられている。 下斜面には間隔の狭いスラスト区間が認められ、上斜面には主に2本の間隔の広いスラストが付加体プリズムを形成している（図4）。 また、7秒、8秒付近では、高振幅反射やプルアップフィーチャが堆積物下層の上部や海洋底の上部と関連していることが確認された。 CDP9200から10000にかけては、弱く不連続なBSRが認められた（図4）。 海底には泥火山の可能性を示す異常な形態的高位が認められる。 CDP10200から11500までは、2つの主要な斜面盆地が認識された。 これらの盆地は主に正断層と逆断層の変位による影響を受けていることに留意されたい（図4参照）。 盆地の右側には、「半グラベン」構造を構成する正断層が認められた（図4）。 また、5秒付近では、大陸の地下上部に関連する高振幅の反射が認められた。

(a)

(b)

(a)
(b)

図4

SO161-…35の地震探査プロファイル。 Poststack time-migrated (a) and poststack time-migrated (b) section with superimposed line drawing section.

4.4. SO161-40

SO161-40 ポストスタックタイムマイグレーション断面 (図5) はチロエ島の南 (43.5°S) に位置し、規則的な海洋底のトップが特徴的である。 海溝堆積物は、スラストや正断層の影響を受けている。

(a)

(b)

(a)
(b)

下部斜面の基部では、スラスト構造により背斜のランプが形成されている。 深部では、カオス的な反射と不活性な断層が堆積物列に影響を与える。ここでは、アンダープレート層と海洋性基盤のトップはあまり明確ではないが、それぞれ6秒と7秒にいくつかの高振幅反射を認めることができる（図5）。 CDP7800 から 10000 までは正断層に関連する瘢痕が認められる。 CDP8000 から 9000 までの深度では，強く連続した BSR が認められる。 なお，BSRは斜面上部の活断層によって中断され，フラワー構造の可能性がある（図5）。 約3秒後、断層の影響を受けた高振幅の反射が大陸基盤上と関連していることがわかる。 CDP9000から10000の上方には，正断層に支配された形態的な高さと海底チャネル（幅3km）が認められた（図5）。 考察と結論

チリ縁辺には2つの主な付加過程が認められる。1つは前方付加、もう1つは基底付加に関連する。 この2つの付加プロセスは、すべての地震断面において確認された。 特に、規則正しい海底地形、形態的な高さ、大陸斜面のスラストを特徴とする領域（RC2901-728, SO161-40, RC2901-734；図6）は前方付加と関連し、不規則な海底地形、形態的高さのない領域、広がりと傾斜の激しい大陸斜面は基底付加に関連すると考えられる。 また、海底堆積層の厚さと下部斜面の形態との関係を記述することができる。 すなわち、アンダープレート堆積層が厚いほど急斜面が形成され、逆にアンダープレート堆積層が薄いほど粗い斜面が形成される。 RC2901-728とSO161-40では、アンダープレート堆積層が薄い（0.5秒）ほど粗い勾配となり、SO161-44とSO161-35（図6（b））ではアンダープレート堆積層が厚い（1.2秒）ほど急で滑らかな勾配となることが確認された。 このことから、SO161-44、SO161-35、SO161-29断面で見られるように、付加体プリズムの下に二層構造が形成され、付加体堆積物や内部プリズムの隆起に影響を与えている可能性があることがわかる。 SO161-44、SO161-35、SO161-29の各断面では、付加体プリズムの下方にある付加体堆積物が付加体プリズムの上昇に影響を与え、付加体プリズムの内部を上昇させていることがわかる。 付加体プリズムの基底付加に伴う横方向および縦方向の成長は、異なる大陸縁で複数の著者によって報告されている（8, 22, 23, 24, 25）。 一方、より薄い下盤堆積層が 認められる地域では、付加体プリズムは高いオフセットを持つス ラストを示し、これは周期的な前方付加に関連している。 この場合、アンダープレートの影響は小さい。 このように、これらのプリズムの進化は、これまでの解析で示されたプリズムと同様である。

(a)

(b)

(c)

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(b)
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地震波探査で観測されるBSRは、ガスハイドレート安定帯の底部を示す自由ガスの存在指標とされることが多い。 Juan Fernandez尾根の南側では、すべてのセクションで内部プリズム上にBSRが認められた。 最北部（RC2901-728, SO161-40）と最南部（SO161-40, RC2901-734）では強く連続したBSRが認められ（図6（a）、（b））、中央部（SO161-44、SO161-35、 SO161-29）では弱く不連続なBSRが認められた（図6（a）、（b））。 このように、BSRの特性と付加プロセスには関係があり、特に、前方付加プロセスに対応するBSRは強く連続的であるが、底部付加プロセスの存在下では弱く不連続的であることがわかる。 前方付加過程では、地殻変動が前方プリズムに作用し、内部プリズムには作用しないため、流体の蓄積条件が整い、その結果、強く連続したBSRが形成されたと考えられる（図6（a）、（c）右図参照）。 一方、底質付加による隆起は内部プリズムに伸長構造運動を生じさせ、流体の流出（図6（b）右参照）、ひいては温度変化を促す。 そのため、ガスハイドレート安定帯の深さは地震波列に沿って大きく変化し、その結果、 BSRが消失または弱くなる。 さらに、北側（SO161-44断面）の地温勾配が低い（30℃/km）ことは、海洋地殻が古い（35Ma）ことと一致し、流体循環が低下していることが予想される。 一方、南部 (RC2901-734 断面) では、より高く変動する地温勾配 (50-95°C/km) は、より若い海洋性地殻 (15 Ma) と一致し、流体循環の増大が予想される。 なお、BSR の特徴は、いくつかの要因を考慮して説明できるかもしれない。 従って、弱く不連続な BSR は、主に循環の低下と活発なテクトニックと関連付けることが可能である。 しかし，最北部（伊方沖）では，強く連続したBSRは，古い海洋地殻と矛盾する。 海洋地殻からの循環の減少が予想される場合でも、安定したテクトニック条件とメタン生 成源によって、この地域の強く継続的なBSRを説明することが可能である。 実際、水深測定データから、イタタ沖では、より滑らかな大陸斜面が認められ、これは定常テクトニック体制と関連している。一方、南方（アラウコおよびバルディビア沖）では、海底峡谷、侵食領域、構造リニアメントで特徴づけられる不規則な大陸斜面があり、これは非定常テクトニック体制と関連していると考えられる

謝辞