12:30 PM - 2:00 PM
[S2-P-02] Carbonation of serpentinite and formation process of listvenite from Urayama River, Shikokuchuo City, Ehime Prefecture, Japan
「発表賞エントリー」
Keywords:listvenite, antigorite, carbonation, serpentinite, Urayama River
【はじめに】リスウェナイトは蛇紋岩などの超苦鉄質岩類の変質によって形成され，炭酸塩鉱物や石英を主とする緑色の岩石である（Hall and Zhao, 1995）。日本では四国の中央構造線付近及び三波川帯の変成岩中からの産出が報告されている（皆川ほか，2008；白勢ほか，2022）。また三波川帯の蛇紋岩についてはスラブ由来のCO2によるマントルウェッジ蛇紋岩の炭酸塩化反応が報告されている（Okamoto et al., 2021）。高垣・白勢（2023）では愛媛県四国中央市浦山川の中央構造線の活動に伴う剪断帯より産するリスウェナイトの原岩について蛇紋岩と泥質片岩がその起源であると考えた。今回は全岩化学組成をもととするアイソコン図から流体による元素の移動，蛇紋岩化やリスウェナイト化の温度の推定，鉱物の組織や化学組成をもとにした炭酸塩化，リスウェナイト化の反応について議論を行う。
【産状・試料】中央構造線付近の浦山川には三波川変成帯に属する泥質片岩の剪断帯が分布している。剪断帯中に幅20 cm - 2 m程度の特徴の異なる3タイプの緑色の片状～塊状のリスウェナイトが共に産し，蛇紋岩を伴う。それぞれのリスウェナイトは下流から泥質片岩中に産する脆い片状タイプ，泥質片岩と蛇紋岩の境界付近に産する濃緑色で硬い塊状タイプ，青緑色で硬い塊状タイプである。蛇紋岩体の幅は3 m程度で，漸移的に炭酸塩化している。
【実験手法】組織観察，分析にはJEOL製SEM JSM-6510LV，リガク製XRD Ultima IVを用い，全岩化学組成分析にはリガク製XRF ZSX PRIMUSIIを用いた。
【結果・考察】リスウェナイトはいずれも石英，マグネサイト，ドロマイトを主とし，微量の針ニッケル鉱，ゲルスドルフ鉱（片状タイプ），クロム鉄鉱と輝コバルト鉱（濃緑色塊状タイプ）などが含まれる。泥質片岩由来の片状タイプの緑色部では50～500 μmの含クロムカオリナイトが含まれる。蛇紋岩由来の濃緑色塊状タイプでは緑色部は細粒の石英の集合中に25 μm程度の含クロム白雲母が，青緑色塊状タイプは5 μm程度の含クロムモンモリロナイトが含まれる。蛇紋岩はアンチゴライトに加えてマグネサイトや石英を含み，漸移的に炭酸塩化し，リスウェナイトとなる。青緑色塊状のリスウェナイトと蛇紋岩の境界部のアンチゴライトではサブミクロンオーダーで石英が入り混じる。リスウェナイトからやや離れた部分ではアンチゴライト短冊状結晶は周縁部がマグネサイトに置換された組織を持つ。アンチゴライトはFe2+，Al，Crを含み，境界部でFe2+＝0.31-0.32，Al = 0.14-0.21，Cr = 0.02-0.04（apfu）となる。やや離れた部分のアンチゴライトでFe2+＝0.26-0.31，Al = 0.03-0.15，Cr = 0.01-0.05（apfu）となり，Alの含有量に幅がある。蛇紋岩はクロム鉄鉱，輝コバルト鉱，針ニッケル鉱，ゲルスドルフ鉱などを含む。アンチゴライトのMg＃の平均値は0.90となり，マグネサイトのMg#の平均値は蛇紋岩中では0.87，濃緑色塊状タイプで0.89，青緑色塊状タイプで0.87と近い値になるのに対し，片状タイプのマグネサイトのMg#の平均値は0.66と組成が異なっている。全岩化学組成をもとにアイソコン図を用いて比較を行うと，泥質片岩に比べ片状タイプはMgO，CaO，Cr，Ni，Co，LOIの値が顕著に高く，K2O，Na2Oの値が低くなり，蛇紋岩に比べ濃緑色塊状タイプはCaO，K2O，Na2O，Srの値が高くなり，青緑色塊状タイプはCaO，Na2O，Sr，LOIが高くなる。浦山川のリスウェナイトは蛇紋岩とCa，Sr，K，Na，CO2を含む流体との反応により，蛇紋石が脱水しマグネサイトと石英が形成される。その際にAlが少ないアンチゴライトの周縁部から反応が進み，最終的にAlとCrを含むアンチゴライトが分解することで含クロム白雲母や含クロムモンモリロナイトが形成され，濃緑色塊状・青緑色塊状タイプのリスウェナイトが形成される。また滑石ではなく，マグネサイトと石英が形成される反応から比較的CO2濃度の高い流体が反応したと考えられる。蛇紋岩のリスウェナイト化に伴い， Mg，Ca，Cr，Ni，Co，CO2を含む流体を放出し，剪断帯を介して泥質片岩と反応する。泥質片岩が含む曹長石や白雲母の変質により含クロムカオリナイトが形成され，片状タイプのリスウェナイトが形成される。Fe-Ni-Co鉱物の化学組成及びクロムを含む粘土鉱物種の違いから， 500～600℃にて蛇紋岩化しアンチゴライトが形成され，濃緑色塊状タイプのリスウェナイトは約150～400℃，青緑色塊状タイプは150℃以下，片状タイプは約100～250℃にて形成されたと考えられる。
【産状・試料】中央構造線付近の浦山川には三波川変成帯に属する泥質片岩の剪断帯が分布している。剪断帯中に幅20 cm - 2 m程度の特徴の異なる3タイプの緑色の片状～塊状のリスウェナイトが共に産し，蛇紋岩を伴う。それぞれのリスウェナイトは下流から泥質片岩中に産する脆い片状タイプ，泥質片岩と蛇紋岩の境界付近に産する濃緑色で硬い塊状タイプ，青緑色で硬い塊状タイプである。蛇紋岩体の幅は3 m程度で，漸移的に炭酸塩化している。
【実験手法】組織観察，分析にはJEOL製SEM JSM-6510LV，リガク製XRD Ultima IVを用い，全岩化学組成分析にはリガク製XRF ZSX PRIMUSIIを用いた。
【結果・考察】リスウェナイトはいずれも石英，マグネサイト，ドロマイトを主とし，微量の針ニッケル鉱，ゲルスドルフ鉱（片状タイプ），クロム鉄鉱と輝コバルト鉱（濃緑色塊状タイプ）などが含まれる。泥質片岩由来の片状タイプの緑色部では50～500 μmの含クロムカオリナイトが含まれる。蛇紋岩由来の濃緑色塊状タイプでは緑色部は細粒の石英の集合中に25 μm程度の含クロム白雲母が，青緑色塊状タイプは5 μm程度の含クロムモンモリロナイトが含まれる。蛇紋岩はアンチゴライトに加えてマグネサイトや石英を含み，漸移的に炭酸塩化し，リスウェナイトとなる。青緑色塊状のリスウェナイトと蛇紋岩の境界部のアンチゴライトではサブミクロンオーダーで石英が入り混じる。リスウェナイトからやや離れた部分ではアンチゴライト短冊状結晶は周縁部がマグネサイトに置換された組織を持つ。アンチゴライトはFe2+，Al，Crを含み，境界部でFe2+＝0.31-0.32，Al = 0.14-0.21，Cr = 0.02-0.04（apfu）となる。やや離れた部分のアンチゴライトでFe2+＝0.26-0.31，Al = 0.03-0.15，Cr = 0.01-0.05（apfu）となり，Alの含有量に幅がある。蛇紋岩はクロム鉄鉱，輝コバルト鉱，針ニッケル鉱，ゲルスドルフ鉱などを含む。アンチゴライトのMg＃の平均値は0.90となり，マグネサイトのMg#の平均値は蛇紋岩中では0.87，濃緑色塊状タイプで0.89，青緑色塊状タイプで0.87と近い値になるのに対し，片状タイプのマグネサイトのMg#の平均値は0.66と組成が異なっている。全岩化学組成をもとにアイソコン図を用いて比較を行うと，泥質片岩に比べ片状タイプはMgO，CaO，Cr，Ni，Co，LOIの値が顕著に高く，K2O，Na2Oの値が低くなり，蛇紋岩に比べ濃緑色塊状タイプはCaO，K2O，Na2O，Srの値が高くなり，青緑色塊状タイプはCaO，Na2O，Sr，LOIが高くなる。浦山川のリスウェナイトは蛇紋岩とCa，Sr，K，Na，CO2を含む流体との反応により，蛇紋石が脱水しマグネサイトと石英が形成される。その際にAlが少ないアンチゴライトの周縁部から反応が進み，最終的にAlとCrを含むアンチゴライトが分解することで含クロム白雲母や含クロムモンモリロナイトが形成され，濃緑色塊状・青緑色塊状タイプのリスウェナイトが形成される。また滑石ではなく，マグネサイトと石英が形成される反応から比較的CO2濃度の高い流体が反応したと考えられる。蛇紋岩のリスウェナイト化に伴い， Mg，Ca，Cr，Ni，Co，CO2を含む流体を放出し，剪断帯を介して泥質片岩と反応する。泥質片岩が含む曹長石や白雲母の変質により含クロムカオリナイトが形成され，片状タイプのリスウェナイトが形成される。Fe-Ni-Co鉱物の化学組成及びクロムを含む粘土鉱物種の違いから， 500～600℃にて蛇紋岩化しアンチゴライトが形成され，濃緑色塊状タイプのリスウェナイトは約150～400℃，青緑色塊状タイプは150℃以下，片状タイプは約100～250℃にて形成されたと考えられる。