[2oral105-12] T2［Topic Session］Metamorphic rocks and tectonics

[T2-O-5] Do coarse garnet grains preserve chemical compositions at peak metamorphism?

*Takeshi IKEDA¹, Saori GOTO¹ (1. Kyushu University)

Keywords:Grain-boundary diffusion, Homogenization, Garnet, Lützow-Holm Complex

高温変成岩中のザクロ石の化学組成は一般に均質である。これは累進変成時の成長累帯構造が最高変成条件下で均質化したためと考えられており，この均質な組成は，周囲の共存鉱物と平衡な組成とみなされている。そこで従来，ザクロ石の均質な内部とマトリクスの鉱物の化学組成を用いて，最高変成条件が見積もられている。この理解は暗黙のうちに，最高変成条件下ではザクロ石の均質化が完了していたこと，後退変成時の再平衡は限定的であることを前提としている。
　ところが，均質化も平衡に向かう反応の進行も温度の上昇で促進され温度の下降で抑制されるので，どちらの過程が先に終了するかは一概には言えない。本研究は，反応進行の終了後もなお均質化が進行したと解釈される例を見出した。この場合の粗粒のザクロ石の均質な内部はどの時期の平衡組成も保存しておらず，温度圧力計に使用することが不適切であることを明らかにした。
　用いた試料は東南極リュツォ・ホルム岩体のスカーレンに産する石英長石質片麻岩である。マトリクスの苦鉄質鉱物はザクロ石だけで，少量の黒雲母がザクロ石の包有物として産する。ザクロ石のCa含有量は，縁辺部で粒径によらずほぼ一定，内部で粒子ごとに異なる累帯構造を残している。それに対し，Mg/(Fe+Mg)（以下#Mg）は粒子内でほぼ均質である。このことは拡散係数の大きなFe, Mg の成長累帯構造が高温下で均質化したことを示唆する。ところが，この #Mg値は岩石内で不均質で，粗粒なザクロ石ほど低い値を示す。このことは粒界拡散を伴う岩石内平衡が保持されていないことを意味する。この現象は簡単な２成分相図を用いて次のように説明できる。
　組成累帯構造を形成するザクロ石は，本来完全平衡で成長を終了する温度より高温まで成長する。その温度でのザクロ石の均質化過程によって，ザクロ石粒子全体のバルク組成はリムの組成に近づく。この均質化過程は黒雲母の分解によって進行する。そして，バルク組成がリムの組成に一致する前に黒雲母が消滅する。黒雲母の消滅後は，バルク組成を変えずに均質化が進行する。
　今，ザクロ石が粗粒と細粒の複数の粒子からなると想定すると，細粒粒子は黒雲母が消滅する前に均質化を完了し，その組成はこの温度で黒雲母と共存していた組成となる。一方，粗粒粒子は黒雲母が消滅するときにはまだ均質になっておらず，そのバルク組成を保ったまま黒雲母の消滅後に均質になる。その組成は成長累帯構造の平均組成であり，黒雲母と共存していた組成ではない。つまり，高温時の組成は粗粒ザクロ石でなく，細粒ザクロ石に保存されている。
　以上の相図に基づく議論をふまえ，検討試料の消滅直前の黒雲母の組成を見積もり，それと粗粒ザクロ石の組成を地質温度計に適用すると，細粒ザクロ石の組成を用いた場合より 60〜80℃低い見積もりを与える。この見積もり温度の低下は，リュツォ・ホルム岩体で様々な手法で見積もられる温度の中で，ザクロ石−黒雲母温度計が系統的に示す低下に匹敵する。このことは，粒界拡散が不十分な環境下でのザクロ石の均質化が，リュツォ・ホルム岩体で広く生じていたことを示しているのかも知れない。