[T2-P-8] (entry)Mode of occurrence of garnet in the highest-grade area of the Ryoke metamorphic complex in the Yanai area, Yamaguchi Prefecture
Keywords:Garnet, nucleation and growth processes, microstructure, Ryoke metamorphic complex
変成鉱物は温度圧力の変化に伴い核形成し成長する。その鉱物の内部組織、粒径、モードなどの微細構造の特徴はこの温度圧力変化を反映し、化学組成のデータと併せて結晶の成長過程を制約することができる。本研究では、柳井地域領家変成帯の最高変成度地域に産するザクロ石の微細構造の違いを圧力の違いで説明し、ザクロ石の成長過程を明らかにすることを試みた。
本地域の高変成度地域は変成度の上昇に伴い、カリ長石-菫青石帯、珪線石-カリ長石帯、ザクロ石-菫青石帯に分帯され、ザクロ石-菫青石アイソグラッドは次の不連続反応で定義される。
黒雲母＋珪線石＋石英＝ザクロ石＋菫青石＋カリ長石＋メルト (1)
ザクロ石-菫青石帯はザクロ石、菫青石、黒雲母の共存で定義され、東西に広範囲に分布する。ザクロ石-菫青石帯の温度圧力条件は東に向かって630℃，1.9kbarから870℃，5.7kbarに上昇する。偏在するザクロ石のモードは東に向かって増加する一方、数密度は減少する。つまり、東に向かって平均粒径は増大する。但し、最小粒径は東西ともに約0.02mmで、最大粒径が西部で0.23mm、東部で0.77mmに達する。このザクロ石の結晶サイズ分布(CSD)は、東部、西部共に粗粒側に尾を引く形状を示す。
このようなザクロ石の微細構造とCSDの東西の違いは、AFM図を用いて次のように圧力の違いで説明できる。ザクロ石、菫青石、黒雲母の3相のMg/(Fe+Mg)は、圧力の増加と共に増大する。このことは、同じバルク組成では高圧ほどザクロ石のモードが高くなることを意味し、今回の結果と調和的である。このモードの違いに加え、ザクロ石の形成過程も圧力によって異なると考えられる。高圧地域では、反応(1)とそれより低温の以下の反応によってザクロ石が形成される。
黒雲母＋珪線石＋石英＝ザクロ石＋カリ長石＋メルト (2)
反応(2)は連続反応で、温度の上昇と共にザクロ石のモードは連続的に増加する。それに対して低圧地域では、反応(1)以前にはザクロ石は存在せず、不連続反応(1)によって核形成-成長する。つまり高圧のザクロ石は最初、反応(2)で核形成-成長し、既存のザクロ石に反応(1)によって被覆成長するため数密度が低く粗粒になる。一方低圧のザクロ石は、不連続反応(1)で核形成するため数密度が高く細粒になると考えられる。
このようなザクロ石の化学組成は不均質で、コアからリムにかけてMg/(Fe+Mg)(以下#Mg)が減少し、Mn含有量が増加する。また、ザクロ石の#Mgは岩石内でも不均質で、粗粒なコアほど高い値を示す。ザクロ石に向かって黒雲母のTi含有量は減少し、#Mgは増加する。この変化は以下の置換で表現される：
NaTi2[ ]ⅥAlⅣ↔[ ]ⅫAl2ⅥMgSi
Mnに富むザクロ石のリムとTiに乏しい黒雲母が接することは後退変成作用時に形成したことを示唆するので、この置換は温度降下に伴う黒雲母の組成変化を表している。
以上を踏まえると、本地域のザクロ石-菫青石帯中のザクロ石は到達圧力で形成時期と過程が異なっていたと推測される。
本地域の高変成度地域は変成度の上昇に伴い、カリ長石-菫青石帯、珪線石-カリ長石帯、ザクロ石-菫青石帯に分帯され、ザクロ石-菫青石アイソグラッドは次の不連続反応で定義される。
黒雲母＋珪線石＋石英＝ザクロ石＋菫青石＋カリ長石＋メルト (1)
ザクロ石-菫青石帯はザクロ石、菫青石、黒雲母の共存で定義され、東西に広範囲に分布する。ザクロ石-菫青石帯の温度圧力条件は東に向かって630℃，1.9kbarから870℃，5.7kbarに上昇する。偏在するザクロ石のモードは東に向かって増加する一方、数密度は減少する。つまり、東に向かって平均粒径は増大する。但し、最小粒径は東西ともに約0.02mmで、最大粒径が西部で0.23mm、東部で0.77mmに達する。このザクロ石の結晶サイズ分布(CSD)は、東部、西部共に粗粒側に尾を引く形状を示す。
このようなザクロ石の微細構造とCSDの東西の違いは、AFM図を用いて次のように圧力の違いで説明できる。ザクロ石、菫青石、黒雲母の3相のMg/(Fe+Mg)は、圧力の増加と共に増大する。このことは、同じバルク組成では高圧ほどザクロ石のモードが高くなることを意味し、今回の結果と調和的である。このモードの違いに加え、ザクロ石の形成過程も圧力によって異なると考えられる。高圧地域では、反応(1)とそれより低温の以下の反応によってザクロ石が形成される。
黒雲母＋珪線石＋石英＝ザクロ石＋カリ長石＋メルト (2)
反応(2)は連続反応で、温度の上昇と共にザクロ石のモードは連続的に増加する。それに対して低圧地域では、反応(1)以前にはザクロ石は存在せず、不連続反応(1)によって核形成-成長する。つまり高圧のザクロ石は最初、反応(2)で核形成-成長し、既存のザクロ石に反応(1)によって被覆成長するため数密度が低く粗粒になる。一方低圧のザクロ石は、不連続反応(1)で核形成するため数密度が高く細粒になると考えられる。
このようなザクロ石の化学組成は不均質で、コアからリムにかけてMg/(Fe+Mg)(以下#Mg)が減少し、Mn含有量が増加する。また、ザクロ石の#Mgは岩石内でも不均質で、粗粒なコアほど高い値を示す。ザクロ石に向かって黒雲母のTi含有量は減少し、#Mgは増加する。この変化は以下の置換で表現される：
NaTi2[ ]ⅥAlⅣ↔[ ]ⅫAl2ⅥMgSi
Mnに富むザクロ石のリムとTiに乏しい黒雲母が接することは後退変成作用時に形成したことを示唆するので、この置換は温度降下に伴う黒雲母の組成変化を表している。
以上を踏まえると、本地域のザクロ石-菫青石帯中のザクロ石は到達圧力で形成時期と過程が異なっていたと推測される。