[Introduction]

Natural gas hydrate is believed to become a future alternative energy. Preliminary estimation of resources of this gas in the earth is about 10(15)-10(17)m3. This volume is two times bigger than recoverable and non recoverable fossil fuels. Gas hydrate can be detected primarily by the occurrence of a bottom simulating reflector (BSR) in the seismic image.

Japan as one of the largest industrial country, imported 4.0 million barrels of oil a day and 7.0 billion cubic feet of LNG a year (2002 data, Tsuji et al, 2004). This condition encourages the government to find domestic energy. Japan National Oil Company, presently the Japan Oil, Gas and Metals National Corporation (JOGMEC) was given the task by Minister of International trade and Industry (MITI) of coordinating domestic exploratory work (Max, 2000).

Preliminary methane hydrate research and development studies were carried out in the late 1980s by government institutions. The objective of this research was to examine the occurrence of methane hydrate around Japan. In June 1994 the Minister of International trade and Industry (MITI) initiated a project to evaluate methane hydrate around Japan. The result of this investigation mentions that methane hydrate, as an unconventional natural gas resource, might be the most important indigenous energy resources remaining to Japan. It is expected that in the near future, during the first decade of 21(st) century, the term "Recoverable Reserves" may be applied to hydrate deposits rather than the initial "Expected Resources" (Tono, 1998). Now, Japan is the one of the most active country for gas hydrate study.

The Nankai Trough, where my study is located, is a geologically important area for investigation of accretionary tectonics and earthquake prediction. There for, many seismic investigations were carried out in this area. The recent seismic study have revealed extensive Bottom Simulating Reflectors (BSRs), which are believed as base of gas hydrate layer, or top of free gas layer. After that, The Nankai trough has become the focus of gas hydrate studies. The amount of resources of natural gas hydrates and associated free gas with hydrated layer in the Nankai Trough offshore Shikoku region was estimated from 1.6 trillion m3 to 2.7 trillion m3 (Tsuji et al., 1998).

Since gas hydrate is believed as important energy, research activities in gas hydrate study have been increase. Many technical and scientific papers related to methane hydrate, including those dealing with the likelihood of hydrate adjacent to Japan, have now been published. Multidiscipline study is needed to understand gas hydrate properties, occurrence, distribution, detection and recovery. Part A of this thesis will review some important issues on gas hydrate studies, while part B will explain my PhD thesis with a title "A STUDY OF GAS HYDRATE DISTRIBUTION USING 3-D SEISMIC DATA IN THE MUROTO AREA-JAPAN".

[Muroto 3-D]

Muroto area is a one of the well imaged area of gas hydrate related BSRs in the Western Nankai subduction margin. Collaborative project between UTIG, University of Hawaii, University of California, Santa Cruz, University of Tokyo, Japanese Geological Survey and STA JAMSTEC was conduct a 3-D seismic investigation using a research vessel "Ewing" in 1999.

122 lines were acquired with total 150.000 shots. It was covered and imaged an 8 x 80 km area. This survey was divided into two legs, EW9907 and WE9908. During EW9908, 8 OBS instruments were also deployed and recorded 3-component reflection and refraction arrivals from Ewing shots.

The primary objective of this investigation was to image the plate boundary fault that forms at the toe of the accretionary wedge near the Nankai Trough and extends beneath Shikoku Island. However, post-stack time migrated profile, which was processed previously, also showed clear and interesting BSR distribution phenomena.

3-D seismic image is very useful to study BSR distribution. Earth structure can be deeply analyzed in various points of view. It reveals detail information of BSR distribution and its relation to stratigraphy. We did 3D velocity modeling using vertical velocity analysis and horizontal velocity analysis to get good velocity model. These models are based on 3D pre-stack migration methods with iteration method, which can produce relatively accurate depth interval velocity model. This model is finally used to create 3-D depth migrated volume. Depth image can provide better understanding about relation between BSR appearances to gas hydrate stability zone that is controlled by interrelation between temperature and depth/pressure.

BSR is not distributed uniformly in all entire area. More over, there are some areas where BSRs are shown very clear and strong. In contrast, some areas show no BSR. BSR also tends to disappear or appear just in some small areas. The Amplitude of BSR layer is also varied depends on geological structure. BSR distribution was finally characterized by divided the volume into 5 zones. The zones determination was based on BSR development relates to tectonic/sedimentary process where different zones have different characteristics.

The existence of young sediment, fault, sea floor slope, and sedimentation process are main factors, which control BSR distribution. However, every zone is controlled by different dominant factor. Interpretations about fluid flow process and gas production source were also made by using the advantage of 3D data.

平成19年2月10日,ウドレク氏の博士論文「Three Dimensional Investigations on BSR Developed in the Accretional Prism off Muroto,Western Nankai Trough」の審査を行った．

本論文の目的は、南海トラフ沈み込み帯の付加プリズムに発達するガス・ハイドレート(以下G/H)およびフリー・ガス含有層の分布を3次元で詳細にマッピングし、沈み込み帯におけるフリー・ガスの移動とG/Hの濃集プロセスを明らかにすることである。G/Hは21世紀の非在来型がエネルギー資源と期待されており、メタンガスと水から構成される結晶構造を有する本研究成果はG/H鉱床の探査に多大に貢献するものと期待される。

論文は2章から構成されている.第1章は既存研究をレビューであり、G/Hの資源としての位置付け、物性、産状、探査技術の4つの大項目から構成されている。

第2章は6つの大項目から構成されている。

第1項目はintroductionで、本研究の意義と研究海域の地質学的背景が述べられている。G/Hは結晶構造を有する水とメタンガスから構成された物質であり、水・メタンガス・G/Hの化学相平衡図によれば、低温・高圧で安定に存在する。水深が500m以深の通常の海水温を有する深海の表層堆積物では、この温度圧力条件は満たされていると考えられている。

第2項目は今回使用した3次元探査のデータ取得方法が述べられている。

第3項目は従来の2次元探査法と3次元探査法を比較し、3次元探査法の精度の高さを具体的に示している。

第4項目は今回使用した3次元探査データの電算機処理方法について述べられている。本論文では3次元探査生データのソーティング、共通中間点を評価するビニング、さらに高解像の地殻3次元ボリュームのイメージングを実現する3次元スタック前マイグレーションまで、処理を一気通関で実施している。コマーシャル・ベースで電算機処理を実施する場合は、おのおのの処理を個別で行うのが一般的であり、一気通関処理はまさに博士論文でこそ成し遂げられる仕事と判断される。

第5項目は本論文の根幹をなすものであり、解釈ソフト・フェア手法、G/Hの存在を示す音響的特徴のBSRの分布と区分、さらにG/Hの集積プロセスについて議論されている。

本論文では南海トラフ付加プリズムに分布するBSRを、その産状からZone1,Zone2,Zone3A,Zone3B,Zone4に区分した。また、各ZoneのBSR詳細分布と、音波探査記録のパターンから推察した岩相、さらに、深海掘削結果から得られた実際の岩相を統合して下記の結果を導いた。

Zone1は活逆断層と、offscrapeされた透水性の良い砂層堆積物によりBSRの発達は支配されている。つまりG/Hを形成するメタンガスは活逆断層と砂層堆積物を移動して上昇し、G/Hが安定に存在可能な下限(BGHSZ)を越す時にG/Hが堆積物中に形成されると考えられる。Zone2は逆断層の活動度は低く、海底表層は細粒の透水性の悪い遠洋性堆積物で覆われている。そのため、メタンガスが海底表層堆積物の下位に存在する透水性の良い砂層堆積物を上昇し、BGHSZを越える際にBSRが形成されると考えられる。Zone3A&3Bともに斜面地形と平坦地形から構成されている。Zone3Aでは平坦地形は細粒の透水性の悪い新しい堆積物で覆われており、BGHSZが新しい堆積物中に存在する場合BSRは認められない。また、斜面が急勾配の場合、BSRは認められない。このことから、BGHSZが新しい堆積物中に存在する場合、下位からのメタンガスの供給が阻害され、G/Hが形成され難くなっていると考えられる。また、急斜面でBSRの発達が認められない理由は、急斜面が崩壊し温度低下が発生しG/H安定境界が下方へ移動したため、堆積物中でのG/Hの濃集を阻害したものと解釈した。Zone3BではZone3Aで認められるBSR以外に活断層の上盤でBSRが認められる。この原因は、Zone1と同様に活断層に沿ってメタンガスが上昇したことを示すと解釈した。Zone4は非常に顕著なBSRが分布することで特徴づけられている。その理由は長期的隆起活動がZone4では進行しており、そのため圧力低下が引き起こされG/Hの解離し、メタンガスは上方移動し、その結果G/Hが堆積物中に濃集したとした。

以上から、室戸沖南海トラフにおけるBSRの発達は、逆断層活動、新しい遠洋堆積物の存在、岩相、斜面の傾斜、そして隆起活動が支配していると結論づけた。これらのBSRの支配要因は従来提案されたものであるが、広域的にしかも3次元分布で5つの要因をそれぞれの例に適用して明瞭に解釈した初めての研究であり、極めて高く評価される。

従って，博士(理学)の学位を授与できると認める。