[2oral401-11] T11.［トピック］堆積地質学の最新研究

[T11-O-18] 沖縄本島、島尻層群新里層と知念層の境界付近にドロマイト・コンクリーションを多産させた更新世”知念変動”とメタンハイドレート分解イベント

【ハイライト講演】

*松本 良¹、武内 里香²、中川 洋³、佐藤 時幸⁴、井龍 康文⁵、松田 博貴⁶、小松原 純子⁷、佐藤 道夫⁸、山本 聡⁹ (1. 明治大学研究知財戦略機構、2. 科学技術振興機構、3. ジオウィンドウ、4. 秋田大学大学院国際資源学部研究科、5. 東北大学大学院理学研究科地学専攻、6. 熊本大学理学部地球環境科学、7. 産業技術総合研究所、8. 明治大学農学研究科、9. 琉球大学理学部物質地球科学科)

世話人よりハイライトの紹介：本講演では，沖縄本島の新里層最上部と知念層の境界付近のドロマイト・コンクリーションを調査対象とし，露頭観察・微化石調査，炭素・酸素同位体比調査といった多角的な解析を駆使することで，調査対象が“知念変動”における堆積盆の急激な浅化を引き金とするメタンハイドレートの分解，メタンフラックスの増大を反映したものであると結論づけている．※ハイライトとは

キーワード：知念変動、ドロマイト・コンクリーション、メタン由来炭酸塩、メタンハイドレート、炭素・酸素同位体組成

沖縄本島の中部から南部に分布する陸棚斜面堆積物・島尻層群とそれを覆う浅海性知念層の関係は時間間隙をともなう傾斜不整合であるとする研究が少なくないが、知念半島久手堅に出現した大規模な露頭（うりずん露頭）で観察される両者の関係、微化石層序、底生・浮遊性有孔虫の群集解析は、両者が時間間隙を持たず急激に層相変化したものであることを示唆する。急激な浅海化にともない上部陸棚の石灰質砂層が重力流・スランプ堆積物として下部陸棚斜面（〜1000メートル）へ供給されて知念層が始まったと言える。2Ma頃とされる島尻層群新里層最上部〜知念層基底付近にはドロマイトからなる炭酸塩コンクリーションが多産する。ドロマイト含有量は75~85wt%と高く、孔隙率の高い海底直下での生成と考えられる。コンクリーションの中心付近に中空パイプやその痕跡が見られることから、メタンガスやメタン含有流体が生成に関わっていた可能性が高い。ドロマイトの炭素・酸素同位体組成はそれぞれ、-31.56〜-23.77‰VPDBと+3.89〜+2.25‰VPDBであり、同一のコンクリーションでは外縁へ向かってd¹³Cは重くなり、d¹⁸Oは軽くなるという傾向を示す。天然ガス探査掘削（沖縄県、2014）によると島尻層群のガス（メタン）の炭素同位体組成は-60‰から-70‰である。コンクリーションの炭酸は、堆積物中のメタン由来炭酸（-60‰から-70‰）と間隙水（海水）のDIC（〜0‰）に由来し、ドロマイト・コンクリーション（d¹³C = -31.56 〜 -23.77‰）はその炭素の約40％を島尻層群のメタンに、残りは海水のDICに由来すると見積もられる。コンクリーション中のd¹³C値のゾーニングから、メタン由来炭酸の寄与率はコンクリーション形成の初期ほど高かったことがわかる。堆積物中を海底へ向かって拡散・流動するメタンは海底付近で海水由来の硫酸により酸化され炭酸を生成（嫌気的メタン酸化反応、AOM）して炭酸塩鉱物を形成する。この時海水由来硫酸SO₄^2- は還元されパイライトとして沈澱、中空パイプとその周辺にはパイライト密集帯が認められる。流動・拡散するメタンにより中空パイプの周辺からコンクリーションの形成が始まり、メタン供給が減少する生成の後期には海水DIC由来の炭酸の寄与率が増加したと解釈される。コンクリーション中のd¹⁸Oは、中心部の方が平均的に約0.6‰重い。これを生成温度の違いとすると、内部は14℃、外縁は16℃と2℃の温度差となる。埋没の進行による地温の増加を反映したとすると、100メートル以上の埋没が必要となり、海底面直下での生成という説明と矛盾する。新里層〜知念層の堆積場はその境界付近で陸棚斜面の下部から上部へと急激に浅化（中川 , 2002私信; Matsumoto et al.,2002）しており、深層水温度も上昇したと考えられる。現在の沖縄近海の水温は水深500メートルで14℃、300メートルで16℃であり、2Ma 頃の浅海化がドロマイトのd¹⁸Oを軽くした要因の一つであったと言えよう。沖縄南東沖合、水深1000〜2000メートルの前弧海盆の堆積物中にはメタンハイドレートの分布を示すBSR （Bottom Simulating Reflector, 海底擬似反射面）が確認されている（林ほか、2010）。一方、周辺の水温プロファイルから沖縄周辺海域でメタンハイドレートが安定に存在しうる上限深度は600メートルである。従って、現在の沖縄南東沖合では、水深1000〜2000メートルの前弧海盆から斜面を這い上がり水深600メートル付近の堆積物中にまでハイドレートが分布している可能性がある。島尻層群新里層の堆積盆は島棚から前弧海盆へ至る斜面上（500〜1000メートル）に発達していたと推定され、新里層のシルト中にはハイドレート集積帯が分布していた可能性が高い。堆積場の浅化（“知念変動”）による温度・圧力の変化を反映してメタンハイドレート分布域は沖合―陸棚下部へシフトする。新里層はハイドレート安定領域から外れ、新里層に発達していたメタンハイドレートは分解し大量のメタンガス（d¹³C =-60‰から-70‰）を堆積物に放出・供給したと考えられる。一方、ハイドレート中の水のd¹⁸Oは周辺の水より約3‰重いことが知られている（Matsumoto, 2000）。コンクリーション生成初期のd¹⁸Oが重いのは、深層の低水温だけでなく、メタンハイドレート由来水の影響もあったと考えられよう。新里層最上部と知念層の基底部に見られるドロマイト・コンクリーションは“知念変動”における堆積盆の急激な浅化を引き金とするメタンハイドレートの分解、メタンフラックスの増大を反映したものと結論づけられる。