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南海トラフ（ Nankai Trough）は、日本の本州南海道地域の南に位置する海底トラフで、海岸から約900km（559マイル）沖合に広がっている。その下にある断層である南海メガトラフは、壊滅的な被害をもたらす南海メガトラフ地震の震源であり、トラフ自体はメタンクラスレートの形で炭化水素燃料の主要な供給源となる可能性を秘めている。
プレートテクトニクスにおいて、南海トラフは、ユーラシアプレートの一部であるフィリピン海プレートが日本の下に沈み込むことによって生じる沈み込み帯である（Kanda et al., 2004）。このプレート境界は、海溝を埋める大量の堆積物の流れがなければ、海溝となるはずである。南海トラフ内には、変形した海溝堆積物が大量に存在し（Ike, 2004）、地球上で最も優れた付加体の例の一つとなっている。さらに、地震反射法による調査では、堆積物で覆われた海山と解釈される基盤高地の存在が明らかになっている（Ike, 2004）。トラフの北部は駿河トラフ、東部は相模トラフとして知られている。南海トラフは、日本中央構造線とほぼ平行に走っている。
南海トラフでは、地殻プレートを境界づける拡大海嶺がないため、従来の地質学的手法によるプレート移動速度の推定は困難である。この地域は、当初のNUVELモデル（DeMets et al., 1990）には含まれていなかった。しかし、フィリピン海プレートを含めたより最近の研究は、NUVEL-1Aモデルのデータに基づいている（Zang et al., 2002）。この研究では、南海トラフでの沈み込み速度は約43 mm/年と推定されている。REVELに基づく計算では、海溝での歪みの蓄積はないことが示されている。移動速度は、3.0 ± 1.8 mm/年から11.1 ± 1.7 mm/年の範囲であると計算されている（Sella et al., 2002）。前述のように、NUVEL-1Aプレート運動モデルにはフィリピン海プレートは含まれていない。これは、このモデルの数学的計算では12枚のプレートしか使用しておらず、フィリピン海とユーラシア収束境界が含まれていないためである。しかし、ユーラシアプレートから北アメリカプレートへの移動を用いると、推定速度は2～4 mm/年であった（DeMets et al., 1990）。これはREVELモデルとは一致せず、NUVEL-1Aモデルにはさらなる修正が必要であることを示唆しているように思われる。
トラフ内の堆積物は主にトレンチウェッジタービダイトである（Spinelli et al., 2007）。岩石内の空隙率の保持が増加していることが示唆されている。通常、空隙率は深度の増加とともに減少する。しかし、掘削地点1173では深度において空隙率が異常に保持されている。これは、空隙率を保持している堆積後のオパールセメンテーションに起因すると考えられている（Spinelli et al., 2007）。砕屑性粘土、主にスメクタイトは、南海トラフおよび四国海盆において、時間と場所によって変化を示す。深度では堆積物中のスメクタイト粘土含有量が増加しており、堆積源岩に変化があったことを示唆している（Steurer et al., 2003）。さらに、スメクタイトは地熱変質を受け、イライト粘土に変化する（Steurer et al., 2003）。
南海トラフは活発に変形しており、地震活動の活発な地域である。変形は最外縁の衝上断層帯に集中しており、陸側ではかなりの量の「順序外」の衝上断層運動が発生している。Operto et al., 2006 の研究に基づき、フルウェーブフォームトモグラフィーを用いて南海トラフのいくつかの激しいテクトニック活動領域が特定された。上部付加体プリズムの上部と下部のバックストップは現在、大きな圧縮圧力を受けている。Operto et al., 2006 はいくつかの衝上断層を特定しており、そのうち沈み込み帯に最も近い衝上断層は活発である。さらに、Pisani et al., 2006 は南海トラフ沿いに原衝上断層とデコルマン面を特定した。近年、沈み込む堆積物中のイライト粘土からの水の放出への関心が高まっている。沈み込み帯におけるスメクタイトからイライトへの変化（イライト化）は、沈み込み帯の非沈み込み堆積物と比較して高温であることに起因すると考えられる（Saffer et al., 2005）。IODP第370次航海では、沈み込む若い高温のフィリピン海プレートとの境界付近で熱流量が特に高い南海トラフを掘削し、地球上で最も深い生命の温度限界を探る予定である。目標地点では、地温勾配は太平洋の他の場所よりも約4倍急勾配である。 他の地域で約 130 °C の温度に達するには、第 370 次航海で計画された 1.2 キロメートルではなく、海底から約 4 キロメートル下からコアを採取する必要がある。 [ 1 ] 最終的に、IODP 第 370 次航海では、海底 1.2 キロメートル下で約 120 °C の温度に達した[ 2 ] [ 3 ]鉱物証拠は、高温流体により、局所的に著しく高い温度の深度が存在することを示している。[ 3 ]
南海トラフは、日本の南西の下に沈み込む活発な地震活動帯の地表付近の延長である。断層帯は、地震モデリングに関して5つの領域に細分化されている（Mitsui et al., 2004）。これらの5つの細分化は、地震の挙動において興味深い違いを示している。すなわち、地震の頻度が90～150年の周期で変化すること（Mitsui, et al., 2004; Tanioka et al., 2004）、断層セグメントに沿った滑りの発生が類似していること、細分化断層の順序、そして最後に、破壊の特徴が異なることである。2000年に掘削されたボーリング孔（IODPサイト808および1173）には、フィリピン海プレートの接近によって生じる間隙流体圧の変化を定量化するために、水文観測所が設置された（Davis et al., 2006）。サイト808は主衝上断層の前面部に位置し、サイト1173は 前面衝上断層帯から約11km離れた位置にある（Hitoshi et al., 2006）。圧力測定のその他の興味深い結果は、ボーリング孔付近の堆積物の変形によって生じた圧力変化と、圧力変化時の非常に弱い群発地震の影響であった（Davis et al., 2006）。作業仮説は、圧力変化は地層内の弾性ひずみの変化を示しているというものである（Davis et al., 2006）。
掘削孔計器で測定された圧力の海側への変化は、前回の大きな逆断層地震による堆積物の緩和を示している可能性が高い。さらに、短周期地震活動は、海山などの海底高地とある程度の相関関係があるようだ。これは、Kanda et al., 2004 が地震データの逆解析によって結論付けたものである。歴史的に見て、南海トラフで最近発生した大規模地震は、紀伊半島沖の 1944 年のものである。最近の海底地震計の研究により、地震活動の大部分はトラフ軸付近で発生していることが判明している (Obana et al., 2006)。南海トラフの西部地域では、地震活動は、沈み込んだ海底から生じた断裂などの地殻構造の不規則性（四国海盆の背弧海盆地殻を含む）や、上盤プレート下のマントル最上部の蛇紋岩化に関係していると考えられている（Obana et al., 2006）。南海トラフ沿いの沈み込みによって最近発生した大規模地震は、沈み込むプレートの傾斜角が大きく増加した地域で発生している（Hori et al., 2004）。
日本政府が2025年3月に発表した推計[ 4 ]では、この地域で巨大地震が発生した場合の死者数は約29万8000人、倒壊する建物は約235万棟とされている。
南海トラフの海側縁辺部（この地域で最も熱流量が高い場所の一つ）から採取された掘削コアからは、そこの堆積物は石油生成前段階から石油生成初期段階の熱成熟度にしか達していないことが明らかになった。[ 3 ]しかし、このトラフはメタンクラスレートの形で炭化水素燃料の主要な供給源となる可能性を秘めている。それにもかかわらず、2014年現在商業的な利用は一切ありません。
海底の深部では、場合によっては水が氷のような固体構造を形成し、その結晶格子にメタンが閉じ込められてガスハイドレートが形成される。ガスハイドレート形成の水源は、沈み込むスラブと上盤プレートの脱水によることが多い（Muramatsu et al., 2006）。トラフに最も近いガスハイドレートは、主に沈み込みに伴う脱水に由来するが、トラフから遠ざかるにつれて、メタンに富む水の横方向の移動が供給源となることが多い（Muramatsu et al., 2006）。これは、一連のボーリング孔を掘削し、ハロゲン元素であるヨウ素、臭素、塩素の濃度と放射年代測定によって決定された（Tomaru et al., 2007）。ヨウ素の年代測定は、複数のメタン源を示した。
収束型境界には地球上のガスハイドレート総量の最大3分の2が含まれている可能性があると推定されている（Kastner、2001）。南海トラフは大量のガスハイドレートを含むとされており、ガスハイドレート形成の最もよく研究された場所の1つである（Collett、2002; Saito et al.、2007）。南海トラフのガスハイドレートに関する情報は、2000年に日本石油公社によって初めて公表された。このニュースリリースのデータは、1990年代後半に開始された一連のボーリング孔から得られたものである。この地域では、ガスハイドレートの蓄積に対する主な堆積学的制御は、トラフの砂質の領域である（Collett、2002）。井戸のコアリングは、少なくとも3つのガスハイドレートゾーンの存在を示している。 Krason (1994) は、ガスハイドレート内に0.42 ～ 4.2 × 10 12立方メートルのメタンが存在すると推定した。地震学的には、高い海底模擬反射面は ガスハイドレートを示すものと考えられている (Colwell et al., 2004)。メタンに富む層準は、音波周波数 (10 ～ 20 kHz) の減衰が大きく、地震波周波数 (30 ～ 110 Hz) の減衰がわずかである領域として特定されている (Matsushima, 2006)。
南海付加体は熱流量が高い地域です。[ 1 ]複数の加熱イベントや特性変化により、その熱履歴は複雑です。IODP探査隊は南海トラフの付加体を掘削し、掘削コア分析によって熱履歴を明らかにしました。[ 5 ]この地域はもともと形成時に活発な熱水活動があった盆地（四国盆地）でした。[ 3 ]盆地の形成が停止し堆積が起こると、堆積物は毛布のように下の熱を閉じ込めました。急速な堆積により、熱の保持が大きくなりました。また、地下流体の流れがあり、その流体は現在の堆積物の温度よりもはるかに高温でした。[ 3 ]これは鉱化作用、そしておそらくは地域の物理的および生物学的特性に影響を与えました。
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