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[SCG51-01] イルメナイト中の微量元素分布に基づくU–Pb年代の鉱物学的解釈
キーワード：イルメナイトU–Pb年代測定、微量元素イメージング、ヘマタイト離溶組織、LA-ICP-MS、バデレイ石
イルメナイト（FeTiO3）は Fe2+とTi4+の酸化物であり，ジルコンなどの産出が稀な苦鉄質岩に幅広く産出する．この鉱物は，ウラン（U）の分配係数が鉛（Pb）と比べて高い（Klemme et al., 2006; Snape et al., 2022）ことから，鉱物形成時に両元素の分別が生じ，U–Pb 年代測定の対象となり得る(Thompson et al., 2021)．その主要化学組成や酸化還元状態，経験した熱史に応じて離溶組織を発達させる．このような組織の変化に応じて，UやPbといった元素がどのような振る舞いを取るのかを決定することは，イルメナイトU–Pb年代が，高温の結晶化時のものなのか，それよりも低温の離溶組織形成時のものなのかを決定する上で重要な指標となる．
そこで本研究では，鉱物組織の異なるイルメナイト中の微量元素イメージングを取得し，それらの年代決定を行うことで各イベントが生じた時期を決定することを目的とする．試料は，Duluth貫入岩体（米国）・斜長岩FC1 中のイルメナイトの鉱物組織観察，微量元素分布測定，およびU–Pb年代測定をそれぞれ実施した．この岩体は，ジルコンU–Pb年代1099.0 ± 0.6 Ma (Paces and Miller, 1993) が結晶化年代と考えられている．熱史については，閉鎖温度の異なるアパタイトU–Pb年代，ジルコン(U–Th)/He年代計から，~1040 Maまでに200 ℃まで急速に初期冷却が進んだこと，そして，その後200 ℃以上の再加熱を受けていないことが確認されている (Reiners et al., 2004; Iwano et al., 2019; Hartel et al., 2023)．このことから，火成活動に伴う結晶化とその後の冷却に伴うFe-Ti酸化物中の元素分配を理解するのに適したイルメナイト試料といえる．
FC1イルメナイトは，ヘマタイト（Fe2O3）の離溶組織が存在するもの（含離溶イルメナイト）と存在しないもの（非離溶イルメナイト）の２種類が存在した．離溶組織は岩石の冷却過程でFeとTiの不混和領域（ソルバス）を通過することで形成されることから，離溶組織の有無はFe-Ti酸化物中のバルクFe/Ti比の差異に起因すると考えられる．イルメナイト中の微量元素の分布はこの離溶組織の有無によって大きく異なった．含離溶イルメナイトではヘマタイト/イルメナイトが共存しており，Zr濃度は< 100 µg g-1と低い一方で，U濃度および238U/206Pb比はそれぞれ~0.1 µg g-1, ~5と高く，Uはヘマタイトに濃集していた．一方，非離溶イルメナイトではバデレイ石/イルメナイトが共存しており，Zr濃度は> 100 µg g-1と高い一方で，U濃度および238U/206Pb比はそれぞれ~0.01 µg g-1, ~3と低かった．それぞれのイルメナイトのU–Pb年代は，含離溶イルメナイト：1088.1 ± 6.5 Ma, 非離溶イルメナイト：1125.4 ± 45.4 Ma（2σ error）と一致したが，非離溶イルメナイトはUがバデレイ石に濃集することから年代精度が１桁低くなった．以上の通り，イルメナイトを主体とするFe-Ti酸化物内ではUの分布はヘマタイトやバデレイ石に局在化しており，得られるU–Pb年代は離溶構造の発達やバデレイ石の結晶化時を反映すると考えられる．本発表ではさらに，Bushveld岩体（南アフリカ）磁鉄鉱岩中のイルメナイトの鉱物組織，微量元素分布，およびU–Pb年代測定結果についても併せて報告する．
そこで本研究では，鉱物組織の異なるイルメナイト中の微量元素イメージングを取得し，それらの年代決定を行うことで各イベントが生じた時期を決定することを目的とする．試料は，Duluth貫入岩体（米国）・斜長岩FC1 中のイルメナイトの鉱物組織観察，微量元素分布測定，およびU–Pb年代測定をそれぞれ実施した．この岩体は，ジルコンU–Pb年代1099.0 ± 0.6 Ma (Paces and Miller, 1993) が結晶化年代と考えられている．熱史については，閉鎖温度の異なるアパタイトU–Pb年代，ジルコン(U–Th)/He年代計から，~1040 Maまでに200 ℃まで急速に初期冷却が進んだこと，そして，その後200 ℃以上の再加熱を受けていないことが確認されている (Reiners et al., 2004; Iwano et al., 2019; Hartel et al., 2023)．このことから，火成活動に伴う結晶化とその後の冷却に伴うFe-Ti酸化物中の元素分配を理解するのに適したイルメナイト試料といえる．
FC1イルメナイトは，ヘマタイト（Fe2O3）の離溶組織が存在するもの（含離溶イルメナイト）と存在しないもの（非離溶イルメナイト）の２種類が存在した．離溶組織は岩石の冷却過程でFeとTiの不混和領域（ソルバス）を通過することで形成されることから，離溶組織の有無はFe-Ti酸化物中のバルクFe/Ti比の差異に起因すると考えられる．イルメナイト中の微量元素の分布はこの離溶組織の有無によって大きく異なった．含離溶イルメナイトではヘマタイト/イルメナイトが共存しており，Zr濃度は< 100 µg g-1と低い一方で，U濃度および238U/206Pb比はそれぞれ~0.1 µg g-1, ~5と高く，Uはヘマタイトに濃集していた．一方，非離溶イルメナイトではバデレイ石/イルメナイトが共存しており，Zr濃度は> 100 µg g-1と高い一方で，U濃度および238U/206Pb比はそれぞれ~0.01 µg g-1, ~3と低かった．それぞれのイルメナイトのU–Pb年代は，含離溶イルメナイト：1088.1 ± 6.5 Ma, 非離溶イルメナイト：1125.4 ± 45.4 Ma（2σ error）と一致したが，非離溶イルメナイトはUがバデレイ石に濃集することから年代精度が１桁低くなった．以上の通り，イルメナイトを主体とするFe-Ti酸化物内ではUの分布はヘマタイトやバデレイ石に局在化しており，得られるU–Pb年代は離溶構造の発達やバデレイ石の結晶化時を反映すると考えられる．本発表ではさらに，Bushveld岩体（南アフリカ）磁鉄鉱岩中のイルメナイトの鉱物組織，微量元素分布，およびU–Pb年代測定結果についても併せて報告する．