[T15-P-19] Temporal change of Oligocene to Miocene magmatism in the Toyama basin of the SW Japan arc during back-arc spreading in the Japan Sea
Keywords:Japan Sea opening, Toyama sedimentary basin, Volcanic rocks, Zircon U–Pb–Hf isotope, Whole-rock geochemistry
1. はじめに
1.0 Gaに始まったと考えられる現在のプレートテクトニクスの中でも，背弧拡大に伴う火成活動はその原因や役割に関して多くの未解明な点がある．本研究では背弧拡大の典型例とされている日本海拡大に注目し，背弧拡大中の沈み込み帯火山活動の時間変遷を明らかにするため，富山堆積盆に分布する日本海拡大期火山岩類の地質学的および岩石学的研究を行った．本発表では，地質調査結果，ジルコンU–Pb年代，鉱物・全岩化学組成を報告し，富山堆積盆での日本海拡大期火成活動の時間変遷を議論する．
2. 富山堆積盆の地質と年代
富山堆積盆の漸新統～中部中新統は下位より，南砺層群（仮称；城端層，楡原層など）と八尾層群（岩稲層，医王山層など）から構成される．南砺層群は火砕岩を含む主に陸成層からなる．八尾層群は下部が火山岩を主体とする陸成層から，中部が一部火山岩を含む暴風時波浪限界水深（SWB）以浅の海成層から，上部がほとんど火山岩を含まないSWB以深の海成層から主になる．また，城端層から22.8 ± 0.2 Ma（2σ；以下同様），楡原層から23.6 ± 0.3 Ma，岩稲層から17.1 ± 0.4 Ma，医王山層から16.8 ± 0.2 Maのジルコン238U–206Pb加重平均年代が得られた．各層の岩相と年代値，先行研究の年代論（生層序，古地磁気層序を含む）[1, 2]から，富山堆積盆は約23 Maに流紋岩質火砕流を伴って陸域で形成が開始され，18–16 Maに起きた主に陸域での安山岩～流紋岩質火山活動を経て，15 Ma頃までに堆積環境がSWB以浅からSWB以深へと変化したと考えられる．
3. 火山岩の特徴
富山県南砺市に分布する城端層と岩稲層，医王山層の火山岩類を採取し，化学分析をおこなった．城端層は流紋岩質溶結凝灰岩（Afs + Qz ± Bt；タイプ1）から，岩稲層はカンラン石複輝石安山岩（タイプ2），複輝石角閃石安山岩（タイプ3）および複輝石安山岩（タイプ4）の3つの安山岩類から，医王山層は複輝石角閃石デイサイト～流紋岩（タイプ5）から，それぞれ構成される．タイプ1はアルカリ系列の流紋岩からなるのに対して，タイプ5は非アルカリ系列の流紋岩類からなる．タイプ2は高いMgO量（最大7.81 wt.%）などで特徴づけられる高マグネシア安山岩（HMA）である．タイプ3は非常に高いSr量（>2000 ppm）で特徴づけられる高Sr安山岩である．タイプ4は分化の進んだ（Mg# = 41–49）ソレアイト系列安山岩である．
4. 火山岩の成因と火成活動の時間変遷
富山堆積盆の日本海拡大期火成活動はタイプ1の噴出から開始した．タイプ1は非常に肥沃的な全岩Sr–Nd同位体組成（例えばSrI = ~0.7085）やジルコンHf同位体組成（176Hf/177Hf = 0.282469–0.282815）を示すことなどから，熱源となった玄武岩質マグマ（能登半島に分布する同時代の神和住層や馬緤層）が大陸地殻物質を高い比率で同化して出来た流紋岩であると考えられる．5 Myrほどの火成活動休止期の後の18–17 Maには，下位からタイプ2～4の安山岩溶岩が噴出して岩稲層を形成した．全岩主要・微量元素組成変化図や，全岩Sr–Nd同位体組成を用いたシミュレーション計算の結果等から，安山岩類の成因は以下のように考察される．タイプ2はマントルと平衡なMg#（>64）を持つがやや肥沃的な全岩Sr同位体組成（SrI = 0.7048）を示すことから，スラブ流体で飽和したマントルが溶融することで出来た．タイプ3はLSA[3]様の化学組成を示すこととスラブメルトに影響を受けた全岩Sr–Nd同位体組成を示すことから，スラブメルトに汚染されたマントルが部分溶融することで出来た．タイプ4は分化した全岩主要・微量元素組成や非常に肥沃的な全岩Sr–Nd同位体組成（例えばSrI = ~0.7074）を示すことから，玄武岩質マグマが大陸地殻を同化することで出来た．タイプ5はこの安山岩質火成活動の直後に形成されたので，それを熱源にして生み出された流紋岩類だと考えられる．タイプ5も肥沃的な全岩Sr–Nd同位体組成（例えばSrI = ~0.7083）やジルコンHf同位体組成（176Hf/177Hf = 0.282524–0.282693）を示すことから，安山岩マグマが地殻溶融メルトと混合することで出来たと考えられるが，大陸地殻物質の影響はタイプ1よりは少なかったと推定される．富山堆積盆の日本海拡大期火成活動は医王山層の形成終了をもって約16 Maに減退した[1]．
引用文献
[1] 山田・高橋（2021）地質雑，127，507–525．
[2] 中嶋ほか（2019）地質雑，125，483–516．
[3] Martin et al. (2005) Lithos, 79, 1–24.
1.0 Gaに始まったと考えられる現在のプレートテクトニクスの中でも，背弧拡大に伴う火成活動はその原因や役割に関して多くの未解明な点がある．本研究では背弧拡大の典型例とされている日本海拡大に注目し，背弧拡大中の沈み込み帯火山活動の時間変遷を明らかにするため，富山堆積盆に分布する日本海拡大期火山岩類の地質学的および岩石学的研究を行った．本発表では，地質調査結果，ジルコンU–Pb年代，鉱物・全岩化学組成を報告し，富山堆積盆での日本海拡大期火成活動の時間変遷を議論する．
2. 富山堆積盆の地質と年代
富山堆積盆の漸新統～中部中新統は下位より，南砺層群（仮称；城端層，楡原層など）と八尾層群（岩稲層，医王山層など）から構成される．南砺層群は火砕岩を含む主に陸成層からなる．八尾層群は下部が火山岩を主体とする陸成層から，中部が一部火山岩を含む暴風時波浪限界水深（SWB）以浅の海成層から，上部がほとんど火山岩を含まないSWB以深の海成層から主になる．また，城端層から22.8 ± 0.2 Ma（2σ；以下同様），楡原層から23.6 ± 0.3 Ma，岩稲層から17.1 ± 0.4 Ma，医王山層から16.8 ± 0.2 Maのジルコン238U–206Pb加重平均年代が得られた．各層の岩相と年代値，先行研究の年代論（生層序，古地磁気層序を含む）[1, 2]から，富山堆積盆は約23 Maに流紋岩質火砕流を伴って陸域で形成が開始され，18–16 Maに起きた主に陸域での安山岩～流紋岩質火山活動を経て，15 Ma頃までに堆積環境がSWB以浅からSWB以深へと変化したと考えられる．
3. 火山岩の特徴
富山県南砺市に分布する城端層と岩稲層，医王山層の火山岩類を採取し，化学分析をおこなった．城端層は流紋岩質溶結凝灰岩（Afs + Qz ± Bt；タイプ1）から，岩稲層はカンラン石複輝石安山岩（タイプ2），複輝石角閃石安山岩（タイプ3）および複輝石安山岩（タイプ4）の3つの安山岩類から，医王山層は複輝石角閃石デイサイト～流紋岩（タイプ5）から，それぞれ構成される．タイプ1はアルカリ系列の流紋岩からなるのに対して，タイプ5は非アルカリ系列の流紋岩類からなる．タイプ2は高いMgO量（最大7.81 wt.%）などで特徴づけられる高マグネシア安山岩（HMA）である．タイプ3は非常に高いSr量（>2000 ppm）で特徴づけられる高Sr安山岩である．タイプ4は分化の進んだ（Mg# = 41–49）ソレアイト系列安山岩である．
4. 火山岩の成因と火成活動の時間変遷
富山堆積盆の日本海拡大期火成活動はタイプ1の噴出から開始した．タイプ1は非常に肥沃的な全岩Sr–Nd同位体組成（例えばSrI = ~0.7085）やジルコンHf同位体組成（176Hf/177Hf = 0.282469–0.282815）を示すことなどから，熱源となった玄武岩質マグマ（能登半島に分布する同時代の神和住層や馬緤層）が大陸地殻物質を高い比率で同化して出来た流紋岩であると考えられる．5 Myrほどの火成活動休止期の後の18–17 Maには，下位からタイプ2～4の安山岩溶岩が噴出して岩稲層を形成した．全岩主要・微量元素組成変化図や，全岩Sr–Nd同位体組成を用いたシミュレーション計算の結果等から，安山岩類の成因は以下のように考察される．タイプ2はマントルと平衡なMg#（>64）を持つがやや肥沃的な全岩Sr同位体組成（SrI = 0.7048）を示すことから，スラブ流体で飽和したマントルが溶融することで出来た．タイプ3はLSA[3]様の化学組成を示すこととスラブメルトに影響を受けた全岩Sr–Nd同位体組成を示すことから，スラブメルトに汚染されたマントルが部分溶融することで出来た．タイプ4は分化した全岩主要・微量元素組成や非常に肥沃的な全岩Sr–Nd同位体組成（例えばSrI = ~0.7074）を示すことから，玄武岩質マグマが大陸地殻を同化することで出来た．タイプ5はこの安山岩質火成活動の直後に形成されたので，それを熱源にして生み出された流紋岩類だと考えられる．タイプ5も肥沃的な全岩Sr–Nd同位体組成（例えばSrI = ~0.7083）やジルコンHf同位体組成（176Hf/177Hf = 0.282524–0.282693）を示すことから，安山岩マグマが地殻溶融メルトと混合することで出来たと考えられるが，大陸地殻物質の影響はタイプ1よりは少なかったと推定される．富山堆積盆の日本海拡大期火成活動は医王山層の形成終了をもって約16 Maに減退した[1]．
引用文献
[1] 山田・高橋（2021）地質雑，127，507–525．
[2] 中嶋ほか（2019）地質雑，125，483–516．
[3] Martin et al. (2005) Lithos, 79, 1–24.