[S-CG58] 岩石・鉱物・資源

[SCG58-12] 南蔵王不忘山産玄武岩質安山岩に含まれる灰長石巨晶とその包有物の鉱物化学的研究

*越後 拓也¹、西間木 志野²、谷口 直暉¹、木股 三善³、清水 雅浩³、齋藤 静夫⁴、西田 憲正⁵ (1.滋賀大学教育学部、2.筑波大院・理工学研究科、3.筑波大院・地球進化科学専攻、4.筑波大院・物質工学系、5.筑波大・研究基盤センター)

キーワード：灰長石, 島弧マグマ, 硫化物, 包有物

An成分(CaAl₂Si₂O₈端成分) に富むCa-rich斜長石 (An > 90 %) で、粒径が1cm以上の粗粒な斜長石斑晶は「灰長石巨晶」と呼ばれ、日本列島の玄武岩～安山岩に多数産出する特徴的な鉱物である (e.g., Ishikawa 1951, Kimata et al. 1995, Matsui 2007)。日本列島に産する灰長石巨晶には、融食形のカンラン石が包有物として含まれることが多いが、それ以外の特徴的な包有物として、三宅島産灰長石巨晶には自然銅 (Cu) (Murakami et al. 1991)、 八丈島産灰長石巨晶には自然亜鉛 (Zn) および自然真鍮 (Zn-Cu合金) などが包有されている (Nishida et al. 1993)。さらに、炭化水素が灰長石巨晶内部から検出されたことから、灰長石巨晶の生成に対するスラブ物質の寄与が示唆されている (Kimata et al. 1993, 西田・木股 1997)。このように、日本列島産灰長石巨晶には多様な包有物が発見されているため、これらを詳細に検討することで、灰長石巨晶の成因や生成機構に関する新たな知見が期待される。
宮城県西部に位置し、那須火山帯北帯に属する南蔵王火山は第四紀に活動した安山岩～玄武岩が広く分布する (高岡ら 1989)。これらの苦鉄質火山岩の中でも、不忘山に産する溶岩類には灰長石巨晶が産出しているが (酒寄 1985)、その化学組成や包有物は不明である。今回、不忘山産玄武岩質安山岩に含まれる灰長石巨晶から波動累帯構造および硫化物包有物を発見したので、波長分散型電子線プローブマイクロアナライザー (EMPA-WDS: JEOL JXA-8230) もしくは、エネルギー分散型走査電子顕微鏡 (SEM-EDS: 同上) を用いた化学分析結果を報告する。
不忘山産玄武岩質安山岩に含まれる粒径1cm以上の斜長石斑晶の化学組成はAn成分が92～94%の灰長石に相当するのに対し、粒径が100～200μmの長柱状斜長石斑晶はAn成分が56～60%のラブラドライトに相当し、明確に区別できる。灰長石巨晶の化学組成は中心部から縁辺部に至るまで均質性が高いが、最周辺部 (幅約100～200μmの領域) では、細かい波動累帯構造がみられ、灰長石巨晶の成長末期では、周囲のマグマ組成が周期的に変化したことを示唆している。この累帯構造について、BSE像における明部と暗部の化学組成を定量分析したところ、前者のAn成分は83～86%、後者のAn成分は75～80%であった。不忘山を含む東北日本中南部地域の安山岩質火山噴出物は、高温かつ未分化な苦鉄質マグマと分化の進んだ珪長質マグマの混合によるものが多く (Ban & Yamamoto 2002)、今回観察された波動累帯構造もこれらのマグマ混合により形成された可能性が高い。
東北日本に代表される沈み込み帯の火成活動で、An成分が90%を越すようなCa-rich灰長石が結晶化するには、5wt%前後の高い含水量を持った玄武岩質マグマが必要と考えられている (Takagi et al. 2005)。さらに、本研究で調べたAn成分92～94%の灰長石巨晶中心部には、磁硫鉄鉱と思われるFe-Ni-Cu硫化物 (直径50～100μmの液滴状包有物) が多数発見されたことから、灰長石巨晶が結晶化したのは、H₂OやS等の揮発性成分に富む苦鉄質マグマに由来すると考えられる。以上の結果と考察から、不忘山の地下深部で大きく結晶成長した灰長石を含む苦鉄質マグマは、揮発性成分とともに地殻内を上昇し、地下浅部に定置していた珪長質マグマに混入して安山岩質マグマを生成したことが示唆された。また、これらのマグマが混合する際に、灰長石巨晶表面にはAn成分80%以下の層が成長し、その後引き続き深部から貫入する苦鉄質マグマとの混合によって、An成分85%前後のCa-rich層が成長したのであろう。この過程を複数回繰り返すことによって、今回観察された波動累帯構造が形成されたと推察した。