[SCG59-P02] 東北日本弧北部における白亜紀花崗岩類のAFT熱年代学：熱史逆解析に基づく熱史・削剥史の推定
キーワード：熱年代学、東北日本弧、フィッション・トラック法、島弧、山地形成史
東北日本弧は太平洋プレートの沈み込み帯に分布し，海溝に平行な直線的な地形配列や島弧ユニットを有することから，典型的な島弧として知られる．構造発達史に関しては，地形・地質学的研究から多角的に議論されており，日本海拡大期に当たる15 Ma頃以降の描像は比較的よく理解されている（例えば，e.g., Sato, 1992, Jour. Geophys. Res.; Nakajima, 2013, INTECH; Yoshida et al., 2013, Geol. Soc. Lond. Spec. Pub.）．最近では，「地殻ダイナミクス」と銘打った分野複合的研究プロジェクトにより，測地学から地形学，地質学といった複数の分野から研究が進められ，地球科学的に多くの知見が蓄積されつつある (Iio et al., 2018, EPS) ．その分野の一つである熱年代学は，島弧単位での長期タイムスケール(＞106年)における地殻表層の垂直変動の復元を目指し，第四紀以降の強い東西圧縮応力場の時期に対応した熱史および削剥史の定量的な解明に貢献してきた．
熱年代学的手法は，放射年代測定に準じて得られた年代値と，適用した手法と対象とする鉱物組み合わせ（＝熱年代計）に固有の閉鎖温度に基づいて，試料または岩石の温度時間履歴（熱史）を推定する手法である．地下の温度構造を仮定すれば，岩石が経験した熱史から，その地点の削剥履歴（削剥史）が復元可能となる．山地形成のような地殻表層の現象を捉えるためには，閉鎖温度の低い手法が有効であり，アパタイトやジルコンを対象とした(U-Th)/He法やフィッション・トラック法（順に，He法，FT法）といった熱年代計が用いられる．ただし，熱年代学的手法から直ちに推定されるのは試料・岩石の冷却過程であり，削剥史や隆起史を復元するためには，地温勾配や隆起と削剥の動的平衡など様々な仮定が必要であることに留意したい（熱年代学の原理や応用は，Sueoka et al., 2016, Geosci. Fron.;末岡・田上，2019，地学雑誌を参照のこと）．
これまでに得られた東北日本弧における熱年代学的研究の成果を紹介する．東北地方南部を東西に横断する南測線（阿武隈山地―奥羽脊梁山地―飯豊・朝日山地）から白亜紀―古第三紀の花崗岩類を採取し，アパタイトおよびジルコンのHe法（それぞれ，AHe法, ZHe法）（Sueoka et al., 2017, EPS）およびアパタイトFT法（AFT法）（Fukuda et al., 2019, JAES:X）を適用し，島弧構成単元それぞれに熱史/削剥史のコントラストが存在することを明らかにした．最近の成果としては，新たに東北日本弧北部を横断する北測線（北上山地―奥羽脊梁山地―白神・太平山地）に沿ってHe法を適用し，東北日本弧全体の熱史および削剥史の傾向の把握を試みた（Fukuda et al., in press, EPS.）．その結果，南測線と同様の熱史および削剥史のコントラストが推定され，島弧平行方向の地形発達過程は東西圧縮応力場で規制されることが定量的に示される結果となった．本講演では，北測線で得られたHe法に基づく熱史・削剥史を高精度化する目的で，AFT法による熱年代測定および熱史逆解析の適用結果を報告する．
本研究で新たに得られたAFT年代は 138.0～2.0 Maとなり，He法による結果と同様に，島弧構成単元ごとの年代のコントラストが推定された．さらに，HeFTy（Ketcham, 2005, RiMG）を用いた熱史逆解析の結果からは，前弧側で白亜紀～古第三紀以降徐冷のパターンを示すのに対し，奥羽脊梁山地と背弧側では，最近数Ma程度の急激な最終冷却時期が推定され，第四紀の急激な東西圧縮応力場に対応する結果が得られた．この結果は大局的には南測線における熱史逆解析の結果（Fukuda et al., 2019, JAES:X）と整合的であり，南北の両測線でHe法だけでなくAFT法に基づく熱年代学的解析によっても，同様の熱史および削剥史の傾向を示すことが示された．今後の課題として，時間・空間解像度の高い熱史の推定を目指すために，より閉鎖温度が低い熱年代計（例えばESR法，OSL法など）の適用や，サンプリング地点を増やして研究地域の拡大を試みる予定である．このような研究課題の解決のため，現在は北上山地，阿武隈山地および奥羽脊梁山地における高密度の熱年代学的研究が進行中であり，今後の研究での進展が望まれる．
熱年代学的手法は，放射年代測定に準じて得られた年代値と，適用した手法と対象とする鉱物組み合わせ（＝熱年代計）に固有の閉鎖温度に基づいて，試料または岩石の温度時間履歴（熱史）を推定する手法である．地下の温度構造を仮定すれば，岩石が経験した熱史から，その地点の削剥履歴（削剥史）が復元可能となる．山地形成のような地殻表層の現象を捉えるためには，閉鎖温度の低い手法が有効であり，アパタイトやジルコンを対象とした(U-Th)/He法やフィッション・トラック法（順に，He法，FT法）といった熱年代計が用いられる．ただし，熱年代学的手法から直ちに推定されるのは試料・岩石の冷却過程であり，削剥史や隆起史を復元するためには，地温勾配や隆起と削剥の動的平衡など様々な仮定が必要であることに留意したい（熱年代学の原理や応用は，Sueoka et al., 2016, Geosci. Fron.;末岡・田上，2019，地学雑誌を参照のこと）．
これまでに得られた東北日本弧における熱年代学的研究の成果を紹介する．東北地方南部を東西に横断する南測線（阿武隈山地―奥羽脊梁山地―飯豊・朝日山地）から白亜紀―古第三紀の花崗岩類を採取し，アパタイトおよびジルコンのHe法（それぞれ，AHe法, ZHe法）（Sueoka et al., 2017, EPS）およびアパタイトFT法（AFT法）（Fukuda et al., 2019, JAES:X）を適用し，島弧構成単元それぞれに熱史/削剥史のコントラストが存在することを明らかにした．最近の成果としては，新たに東北日本弧北部を横断する北測線（北上山地―奥羽脊梁山地―白神・太平山地）に沿ってHe法を適用し，東北日本弧全体の熱史および削剥史の傾向の把握を試みた（Fukuda et al., in press, EPS.）．その結果，南測線と同様の熱史および削剥史のコントラストが推定され，島弧平行方向の地形発達過程は東西圧縮応力場で規制されることが定量的に示される結果となった．本講演では，北測線で得られたHe法に基づく熱史・削剥史を高精度化する目的で，AFT法による熱年代測定および熱史逆解析の適用結果を報告する．
本研究で新たに得られたAFT年代は 138.0～2.0 Maとなり，He法による結果と同様に，島弧構成単元ごとの年代のコントラストが推定された．さらに，HeFTy（Ketcham, 2005, RiMG）を用いた熱史逆解析の結果からは，前弧側で白亜紀～古第三紀以降徐冷のパターンを示すのに対し，奥羽脊梁山地と背弧側では，最近数Ma程度の急激な最終冷却時期が推定され，第四紀の急激な東西圧縮応力場に対応する結果が得られた．この結果は大局的には南測線における熱史逆解析の結果（Fukuda et al., 2019, JAES:X）と整合的であり，南北の両測線でHe法だけでなくAFT法に基づく熱年代学的解析によっても，同様の熱史および削剥史の傾向を示すことが示された．今後の課題として，時間・空間解像度の高い熱史の推定を目指すために，より閉鎖温度が低い熱年代計（例えばESR法，OSL法など）の適用や，サンプリング地点を増やして研究地域の拡大を試みる予定である．このような研究課題の解決のため，現在は北上山地，阿武隈山地および奥羽脊梁山地における高密度の熱年代学的研究が進行中であり，今後の研究での進展が望まれる．