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[SGL23-P09] 天草における中期中新世の褶曲形成：古地磁気・地質構造からの制約
キーワード：褶曲テスト、始新統、古第三系、日本海拡大、台湾宍道褶曲
九州地方の西部，天草の白亜系と始新統が褶曲構造を示すことは，古くから注目されている[1]．この褶曲の原因と形成時期は，日本列島の新生代テクトニクスを考える上で未解明な問題である[2–6]．天草が中央構造線の西側延長に位置することから，同構造線の運動で褶曲を説明する説がある[2]．他方，日本海拡大期に九州地方西部が圧縮場にあり，褶曲が形成したとする説もある[5, 6]．しかし，肝心の褶曲時期については天草の始新統の堆積以降としか制約がなかった．
この問題を解くべく，われわれは天草の中新世火成岩類に注目した．すなわち，中期中新世の珪長質貫入岩類（約14.5–14.8 Ma）[7]．および後期中新世の玄武岩（約6.8–10.6 Ma）[8] である．火成活動と褶曲の前後関係は不明だったが，ただひとつ，天草南部にある権現山玄武岩と呼ばれる玄武岩体は，褶曲で傾いた始新統を水平に覆う溶岩であるとする説がある[9]．しかしその証拠は示されていない．そこで本研究は，天草の褶曲と中新世火成活動の前後関係を知るため，権現山玄武岩周辺の地質図作成と，中新世貫成岩類の古地磁気学的研究を行った．褶曲による地層の傾動と火成活動の前後関係を明らかにするためである．
権現山玄武岩の調査の結果，同玄武岩は傾動した始新統を水平に覆う溶岩であることが確かめられた．玄武岩と始新統の境界面はほぼ水平であり，基底部にクリンカーがみられた．したがって，天草の褶曲形成は，権現山玄武岩溶岩の噴出以前であり，既存の放射年代[8]に基づくと6.8 Ma以前と制約できる．
次に，天草の珪長質貫入岩29地点，玄武岩質貫入岩5地点，玄武岩溶岩1地点で試料を採取し，段階熱消磁を行った．その結果，珪長質貫入岩10地点，玄武岩6地点において高消磁段階で安定な磁化成分が得られた．これらの成分は，約400℃から580℃と高温で原点に向かう直線的な成分であることから，貫入時の初生磁化と考えられる．珪長質貫入岩の特徴的な安定磁化成分はすべて逆帯磁で，偏角は155°から220°，伏角は−26°から−60°の範囲でばらついた．一方，玄武岩体の方位は正逆両方の極性を示し，偏角約−60°を示す1地点を除くと，およそ南北方向を中心としてばらついていた．得られた地点平均方位を使って傾動補正前後で方位の集中度を比較した結果，珪長質貫入岩では，傾動補正するとばらつきが小さくなった．これは，貫入後の褶曲を示唆する．ただし，データ数が多くないため統計的検定[10]には合格しない．一方，玄武岩ではデータ数が不十分で，集中度の違いは不明確だった．
以上の結果は，天草の褶曲が中期中新世の珪長質火成活動の後，かつ権現山玄武岩溶岩の噴出前に形成されたことを支持する．既存の放射年代[7, 8]を参照すると，褶曲形成時期は6.8–14.5 Maと制約されるわけである．これは，日本海拡大による西南日本弧の回転時期[11]より明らかに新しく，天草の褶曲が日本海拡大による副次的な変形だとする考え[5, 6]を支持しない．また，中央構造線の運動[12]とも対応しない．日本海南縁では，12.5 Ma頃から台湾宍道褶曲が形成され始めており[13]，天草の褶曲がその一部である可能性がある．
引用文献
[1] 納富, 1930, 7万5千分の1地質図「天草」．地質調査所. [2] 大塚, 1935, 東大地震研彙報, 13, 457–468. [3] 松下, 1951, 九大理研報（地質学之部），3, 49–54. [4] 高橋・三木, 1969, 燃料協会誌, 48, 861–868. [5] Ishikawa & Tagami, 1991, J. Geomagn. Geoelec., 43, 229–253. [6] 酒井, 1993, 地質論集, 42, 183–201. [7] 新正ほか, 2022, 地質学会講演要旨, T2-O-15. [8] 永尾ほか，1992，岩鉱, 87, 283‒290. [9] 高井ほか, 1997, 天草炭田地質図説明書, 地質調査所. [10] McElhinny, 1964, Geophys. J. Roy. Astron. Soc., 8, 338–340. [11] 星, 2018, 地質雑, 124, 675–691. [12] Kubota et al., 2020, Tectonics, 39, e2018TC005372. [13] Kim et al., 2020, Basin Res., 32, 613–635.
この問題を解くべく，われわれは天草の中新世火成岩類に注目した．すなわち，中期中新世の珪長質貫入岩類（約14.5–14.8 Ma）[7]．および後期中新世の玄武岩（約6.8–10.6 Ma）[8] である．火成活動と褶曲の前後関係は不明だったが，ただひとつ，天草南部にある権現山玄武岩と呼ばれる玄武岩体は，褶曲で傾いた始新統を水平に覆う溶岩であるとする説がある[9]．しかしその証拠は示されていない．そこで本研究は，天草の褶曲と中新世火成活動の前後関係を知るため，権現山玄武岩周辺の地質図作成と，中新世貫成岩類の古地磁気学的研究を行った．褶曲による地層の傾動と火成活動の前後関係を明らかにするためである．
権現山玄武岩の調査の結果，同玄武岩は傾動した始新統を水平に覆う溶岩であることが確かめられた．玄武岩と始新統の境界面はほぼ水平であり，基底部にクリンカーがみられた．したがって，天草の褶曲形成は，権現山玄武岩溶岩の噴出以前であり，既存の放射年代[8]に基づくと6.8 Ma以前と制約できる．
次に，天草の珪長質貫入岩29地点，玄武岩質貫入岩5地点，玄武岩溶岩1地点で試料を採取し，段階熱消磁を行った．その結果，珪長質貫入岩10地点，玄武岩6地点において高消磁段階で安定な磁化成分が得られた．これらの成分は，約400℃から580℃と高温で原点に向かう直線的な成分であることから，貫入時の初生磁化と考えられる．珪長質貫入岩の特徴的な安定磁化成分はすべて逆帯磁で，偏角は155°から220°，伏角は−26°から−60°の範囲でばらついた．一方，玄武岩体の方位は正逆両方の極性を示し，偏角約−60°を示す1地点を除くと，およそ南北方向を中心としてばらついていた．得られた地点平均方位を使って傾動補正前後で方位の集中度を比較した結果，珪長質貫入岩では，傾動補正するとばらつきが小さくなった．これは，貫入後の褶曲を示唆する．ただし，データ数が多くないため統計的検定[10]には合格しない．一方，玄武岩ではデータ数が不十分で，集中度の違いは不明確だった．
以上の結果は，天草の褶曲が中期中新世の珪長質火成活動の後，かつ権現山玄武岩溶岩の噴出前に形成されたことを支持する．既存の放射年代[7, 8]を参照すると，褶曲形成時期は6.8–14.5 Maと制約されるわけである．これは，日本海拡大による西南日本弧の回転時期[11]より明らかに新しく，天草の褶曲が日本海拡大による副次的な変形だとする考え[5, 6]を支持しない．また，中央構造線の運動[12]とも対応しない．日本海南縁では，12.5 Ma頃から台湾宍道褶曲が形成され始めており[13]，天草の褶曲がその一部である可能性がある．
引用文献
[1] 納富, 1930, 7万5千分の1地質図「天草」．地質調査所. [2] 大塚, 1935, 東大地震研彙報, 13, 457–468. [3] 松下, 1951, 九大理研報（地質学之部），3, 49–54. [4] 高橋・三木, 1969, 燃料協会誌, 48, 861–868. [5] Ishikawa & Tagami, 1991, J. Geomagn. Geoelec., 43, 229–253. [6] 酒井, 1993, 地質論集, 42, 183–201. [7] 新正ほか, 2022, 地質学会講演要旨, T2-O-15. [8] 永尾ほか，1992，岩鉱, 87, 283‒290. [9] 高井ほか, 1997, 天草炭田地質図説明書, 地質調査所. [10] McElhinny, 1964, Geophys. J. Roy. Astron. Soc., 8, 338–340. [11] 星, 2018, 地質雑, 124, 675–691. [12] Kubota et al., 2020, Tectonics, 39, e2018TC005372. [13] Kim et al., 2020, Basin Res., 32, 613–635.