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[T6-O-11] 前期石炭紀における古日本のテクトニックセッティングと古地理：飛騨外縁帯，苦鉄質火山岩類の地球化学的特徴からの制約
キーワード：前期石炭紀、島弧型ソレアイト、飛騨外縁帯、西南日本、地球化学
【はじめに】
日本列島は，カンブリア紀から現在に至るまで，東アジアのテクトニクスを断続的に記録し続けてきた（例えば，Isozaki et al., 2010）．それ故に，日本列島の地質体に関しては，東アジアのテクトニクス理解のため構造地質・年代・化石群集・地球化学組成・後背地など様々な手法から研究がされてきた（例えば，Wakita et al., 2021）．しかし一方で，日本列島の古生代の地質体は，古生代以降の横ずれ運動もしくはスラスト運動により限定的な分布をしているため，当時のテクトニクスに関する情報が乏しい．また，古生代における古日本の古地理に関しても未だ議論が続いている．
飛騨外縁帯は，オルドビス紀～トリアス紀の砕屑岩・石灰岩・珪長質～苦鉄質火山岩類を含む浅海成層とその変成相などで構成されており（束田ほか, 2004），東アジアにおける古日本のテクトニックな位置づけを理解する上で重要な役割を果たす．本研究は，飛騨外縁帯石炭系荒城川層の苦鉄質火山岩類に着目し，地球化学組成の検討を行った．本研究の目的は，前期石炭紀当時の古日本のテクトニックセッティングおよび古地理を復元することである．
【地質概説と分析試料】
飛騨外縁帯は，岩相層序に基づき，森部サクセッション・福地サクセッション・一重ケ根サクセッションの3つに区分でき（例えば，Tsukada et al., 2017），本研究が対象とする石炭系荒城川層は森部サクセッションに含まれる．荒城川層は，下部の苦鉄質火山岩類と上部の珪長質火山岩類からなる．苦鉄質火山岩類は，溶岩と火山砕屑岩からなり，少量の砕屑岩，石灰岩，および珪長質凝灰岩を伴う．これらの岩石からは，アンモナイト，サンゴ，三葉虫，腕足類，および有孔虫が産出しており，堆積年代は前期石炭紀のビゼーアン期とされている（例えば，Tazawa et al., 2021）．
本研究の地質調査の結果，岐阜県高山市丹生川町三ノ瀬周辺において玄武岩溶岩を，高山市国府町三川周辺において玄武岩質安山岩溶岩を確認した（以下，三ノ瀬玄武岩および三川玄武岩質安山岩とする）．上記2地域から地球化学組成分析のための試料採取を行った．分析は，主要元素組成および微量元素組成を対象とし，それぞれ名古屋大学設置のXRFおよびICP–MSを用いて実施した．
【地球化学組成】
三ノ瀬玄武岩および三川玄武岩質安山岩では，N-MORBで規格化したスパイダー図においてNbとTaの著しい枯渇を確認できるとともに，一般的なMORBと比較してTiとZrに乏しい特徴を有している．これは，沈み込み帯のマントルウェッジで部分溶融したマグマを由来とすることを示している．また，C1コンドライトで規格化したREEパターンや地球化学的判別図における特徴から，これらの岩石は島弧型ソレアイトを由来とすることが明らかになった．
【テクトニックセッティングと古地理】
飛騨外縁帯の荒城川層は，岩相層序・化石群集・火山岩の化学組成の特徴から，南部北上帯前期石炭系の加労沢層と大平層（川村・川村, 1989）に対比される．そのほか，日本列島の前期石炭紀の地質体としては根田茂帯の付加体および三郡－蓮華帯の高圧変成岩類などが挙げられる一方，花崗岩類はほとんど確認できない．内野ほか（2008）は，根田茂帯の付加体から岩片質砂岩を報告していることに加え，Wakita et al. (2021)は，石炭紀以降の付加体中の砕屑岩は前期石炭紀の砕屑性ジルコンをほとんど含まないことを示している．以上のことから，前期石炭紀当時の古日本は未成熟な島弧に特徴づけられ，沈み込み帯プレート境界では付加体－高圧変成岩類（根田茂帯・三郡－蓮華帯）が，島弧側では島弧型ソレアイトを由来とする火成活動（飛騨外縁帯・南部北上帯）が生じていたことが示唆される．
また，本研究は東アジアにおけるプレート沈み込みに伴うマグマ由来の苦鉄質火山岩類，および腕足類やサンゴの化石群集を整理した．その結果，前期石炭紀当時の古日本は，中央アジア造山帯のジュンガル・天山・吉林と関連していることが推定できる．
【文献】
Isozaki et al. (2010) Gondwana Res., 18, 82–105; 川村・川村 (1989) 地球科学, 43, 157–167; Tazawa et al. (2021) J. Geol. Soc. Japan, 127, 79–90; 束田ほか (2004) 地質雑, 110, 640–658; Tsukada et al. (2017) Int. J. Earth Sci., 106, 1429–1451; 内野ほか (2008) 地質雑, 114, 141–157; Wakita et al. (2021) Geol. Mag., 158, 13–29.
日本列島は，カンブリア紀から現在に至るまで，東アジアのテクトニクスを断続的に記録し続けてきた（例えば，Isozaki et al., 2010）．それ故に，日本列島の地質体に関しては，東アジアのテクトニクス理解のため構造地質・年代・化石群集・地球化学組成・後背地など様々な手法から研究がされてきた（例えば，Wakita et al., 2021）．しかし一方で，日本列島の古生代の地質体は，古生代以降の横ずれ運動もしくはスラスト運動により限定的な分布をしているため，当時のテクトニクスに関する情報が乏しい．また，古生代における古日本の古地理に関しても未だ議論が続いている．
飛騨外縁帯は，オルドビス紀～トリアス紀の砕屑岩・石灰岩・珪長質～苦鉄質火山岩類を含む浅海成層とその変成相などで構成されており（束田ほか, 2004），東アジアにおける古日本のテクトニックな位置づけを理解する上で重要な役割を果たす．本研究は，飛騨外縁帯石炭系荒城川層の苦鉄質火山岩類に着目し，地球化学組成の検討を行った．本研究の目的は，前期石炭紀当時の古日本のテクトニックセッティングおよび古地理を復元することである．
【地質概説と分析試料】
飛騨外縁帯は，岩相層序に基づき，森部サクセッション・福地サクセッション・一重ケ根サクセッションの3つに区分でき（例えば，Tsukada et al., 2017），本研究が対象とする石炭系荒城川層は森部サクセッションに含まれる．荒城川層は，下部の苦鉄質火山岩類と上部の珪長質火山岩類からなる．苦鉄質火山岩類は，溶岩と火山砕屑岩からなり，少量の砕屑岩，石灰岩，および珪長質凝灰岩を伴う．これらの岩石からは，アンモナイト，サンゴ，三葉虫，腕足類，および有孔虫が産出しており，堆積年代は前期石炭紀のビゼーアン期とされている（例えば，Tazawa et al., 2021）．
本研究の地質調査の結果，岐阜県高山市丹生川町三ノ瀬周辺において玄武岩溶岩を，高山市国府町三川周辺において玄武岩質安山岩溶岩を確認した（以下，三ノ瀬玄武岩および三川玄武岩質安山岩とする）．上記2地域から地球化学組成分析のための試料採取を行った．分析は，主要元素組成および微量元素組成を対象とし，それぞれ名古屋大学設置のXRFおよびICP–MSを用いて実施した．
【地球化学組成】
三ノ瀬玄武岩および三川玄武岩質安山岩では，N-MORBで規格化したスパイダー図においてNbとTaの著しい枯渇を確認できるとともに，一般的なMORBと比較してTiとZrに乏しい特徴を有している．これは，沈み込み帯のマントルウェッジで部分溶融したマグマを由来とすることを示している．また，C1コンドライトで規格化したREEパターンや地球化学的判別図における特徴から，これらの岩石は島弧型ソレアイトを由来とすることが明らかになった．
【テクトニックセッティングと古地理】
飛騨外縁帯の荒城川層は，岩相層序・化石群集・火山岩の化学組成の特徴から，南部北上帯前期石炭系の加労沢層と大平層（川村・川村, 1989）に対比される．そのほか，日本列島の前期石炭紀の地質体としては根田茂帯の付加体および三郡－蓮華帯の高圧変成岩類などが挙げられる一方，花崗岩類はほとんど確認できない．内野ほか（2008）は，根田茂帯の付加体から岩片質砂岩を報告していることに加え，Wakita et al. (2021)は，石炭紀以降の付加体中の砕屑岩は前期石炭紀の砕屑性ジルコンをほとんど含まないことを示している．以上のことから，前期石炭紀当時の古日本は未成熟な島弧に特徴づけられ，沈み込み帯プレート境界では付加体－高圧変成岩類（根田茂帯・三郡－蓮華帯）が，島弧側では島弧型ソレアイトを由来とする火成活動（飛騨外縁帯・南部北上帯）が生じていたことが示唆される．
また，本研究は東アジアにおけるプレート沈み込みに伴うマグマ由来の苦鉄質火山岩類，および腕足類やサンゴの化石群集を整理した．その結果，前期石炭紀当時の古日本は，中央アジア造山帯のジュンガル・天山・吉林と関連していることが推定できる．
【文献】
Isozaki et al. (2010) Gondwana Res., 18, 82–105; 川村・川村 (1989) 地球科学, 43, 157–167; Tazawa et al. (2021) J. Geol. Soc. Japan, 127, 79–90; 束田ほか (2004) 地質雑, 110, 640–658; Tsukada et al. (2017) Int. J. Earth Sci., 106, 1429–1451; 内野ほか (2008) 地質雑, 114, 141–157; Wakita et al. (2021) Geol. Mag., 158, 13–29.