09:30 〜 09:45
[SCG46-12] 泥質-苦鉄質片岩の岩相境界に残された沈み込み帯上盤プレートの流体流路の痕跡
キーワード：沈み込み帯、流体活動、元素移動
プレート沈み込み帯における流体の移動は、地震活動と密接に関係する。特に沈み込んだ海洋プレートからプレート上盤への流体供給と元素輸送は、上盤中のき裂をシールするため、スロー地震の周期を支配する重要なプロセスであると考えられている(e.g., Audet & Bürgmann, 2014, Nature)。上盤プレートに底付けされた海洋プレートは、プレート上盤へ向けた流体の組成や流量を記録する。そこで本研究では、沈み込み帯上盤の流体流路の痕跡を残した泥質-苦鉄質片岩の岩相境界に着眼する。岩相境界を流路とする流体との反応に伴って連続的に変化する、定量的な鉱物量比・元素組成の変化量を解析し、最終的にプレート上盤へ向けた主要な流路を流通した流体組成・流量の定量を求め、上盤プレート内の水流動の実態解明を目指す。
調査地域は、三波川変成帯の四国中央部・汗見川地域に露出する泥質-苦鉄質片岩の岩相境界である。サンプリング地点は緑泥石帯に位置する唐越露頭（緯度：33.7950，経度：133.5516）である。変成作用のピークP-T条件は300℃、0.55-0.65GPaと推定され (e.g., Kouketsu et al. 2021, J Metamorph Geol.)、西南日本プレート境界の地震発生帯の下限域に相当する。試料は、泥質-苦鉄質片岩の境界境界にかけて、両岩相に対して連続的に10m範囲を連続的に計46試料採取した。採取した試料から全岩化学組成・鉱物量比の情報を得るため、XRF・ICP-MS・EPMA・XRDによる測定を行った。また、原岩組成推定モデル（Matsuno et al. 2022, Sci.Rep.）を適用し、元素濃度変化量の定量を行った。このとき、露頭内の元素濃度の変化から、Th, Nb, Zr, Tiを不動元素とし、Rb、Ba、U、K、La、Ce、Pb、Sr、P、Nd、Y、Yb、Luに対して推定を行った。また、上昇時の反応進行度の指標として、低圧角閃石に対する全ての角閃石の量比で定義されるY_actinolite値を得た (Okamoto & Toriumi 2005, J Metamorph Geol.)。
鉱物量比は、母岩から岩相境界にかけて泥質-苦鉄質片岩の両岩相で連続的に変化した。Mafic shistの主要な構成鉱物は、chlorite, epidote, amphibole, plagioclase, muscovite, quartz, calciteであるが、母岩側ではNa角閃石が産出するのに対し、岩相境界ではchlorite・actinolite, muscoviteに富む。Pelitic shistの主要な構成鉱物は、quartz, chlorite, plagioclase, muscoviteであり、岩相境界ではmuscoviteに富む。特に斜長石の鉱物量比は、岩相境界の±20cm範囲内の泥質片岩から苦鉄質片岩にかけて、連続的に33%から13%まで減少した。加えて、苦鉄質片岩の白雲母は、母岩側では1%程度であるのに対し、岩相境界では最大25%まで連続的に増加した。また、Y_actinoliteは、2m離れた母岩の50%から連続的に変化し、岩相境界から25cmの範囲の試料では全て100%を示した。
特に苦鉄質片岩から得られた鉱物量比・Y_actinoliteと全岩化学組成・元素移動度は、明瞭な相関を示した。特にRb、BaとY_actinoliteの関係から、岩相境界における岩石-流体反応に伴うY_actinolite値の上昇に伴って、Rb、Baの元素付加が連続的に発生していることがわかった。苦鉄質片岩露頭全体では、50%のY_actinolite値を示す母岩側でRbの濃度は約5倍となり、一方、100%のY_actinolite値を示す岩相境界では約15倍の濃度を示した。したがって、苦鉄質片岩は、沈み込み帯からの上昇時において、岩相境界から流入した流体との反応に伴って、元素付加を経験したことが示された。
両岩相の白雲母の量比は、K、Rb、Baの元素濃度・元素移動度と相関した。ただし、K、Rb、Baの元素濃度は、両岩相の母岩と比較して、岩相境界でのみ局所的に元素濃度が上昇していた。つまり、両岩相で構成される露頭内部での元素移動ではなく、外部流体からの元素供給がなされたことを示唆する。このことから、-苦鉄質片岩の岩相境界は沈み込み帯上盤で発生した、外部から岩相境界へ流通した流体に伴う岩石-流体反応の痕跡であると考えられる。今後、地化学計算と鉱物量比の比較から、沈み込み帯上盤部の流路となった岩相境界における、流体組成・流量等の形成条件の検討を進める。
調査地域は、三波川変成帯の四国中央部・汗見川地域に露出する泥質-苦鉄質片岩の岩相境界である。サンプリング地点は緑泥石帯に位置する唐越露頭（緯度：33.7950，経度：133.5516）である。変成作用のピークP-T条件は300℃、0.55-0.65GPaと推定され (e.g., Kouketsu et al. 2021, J Metamorph Geol.)、西南日本プレート境界の地震発生帯の下限域に相当する。試料は、泥質-苦鉄質片岩の境界境界にかけて、両岩相に対して連続的に10m範囲を連続的に計46試料採取した。採取した試料から全岩化学組成・鉱物量比の情報を得るため、XRF・ICP-MS・EPMA・XRDによる測定を行った。また、原岩組成推定モデル（Matsuno et al. 2022, Sci.Rep.）を適用し、元素濃度変化量の定量を行った。このとき、露頭内の元素濃度の変化から、Th, Nb, Zr, Tiを不動元素とし、Rb、Ba、U、K、La、Ce、Pb、Sr、P、Nd、Y、Yb、Luに対して推定を行った。また、上昇時の反応進行度の指標として、低圧角閃石に対する全ての角閃石の量比で定義されるY_actinolite値を得た (Okamoto & Toriumi 2005, J Metamorph Geol.)。
鉱物量比は、母岩から岩相境界にかけて泥質-苦鉄質片岩の両岩相で連続的に変化した。Mafic shistの主要な構成鉱物は、chlorite, epidote, amphibole, plagioclase, muscovite, quartz, calciteであるが、母岩側ではNa角閃石が産出するのに対し、岩相境界ではchlorite・actinolite, muscoviteに富む。Pelitic shistの主要な構成鉱物は、quartz, chlorite, plagioclase, muscoviteであり、岩相境界ではmuscoviteに富む。特に斜長石の鉱物量比は、岩相境界の±20cm範囲内の泥質片岩から苦鉄質片岩にかけて、連続的に33%から13%まで減少した。加えて、苦鉄質片岩の白雲母は、母岩側では1%程度であるのに対し、岩相境界では最大25%まで連続的に増加した。また、Y_actinoliteは、2m離れた母岩の50%から連続的に変化し、岩相境界から25cmの範囲の試料では全て100%を示した。
特に苦鉄質片岩から得られた鉱物量比・Y_actinoliteと全岩化学組成・元素移動度は、明瞭な相関を示した。特にRb、BaとY_actinoliteの関係から、岩相境界における岩石-流体反応に伴うY_actinolite値の上昇に伴って、Rb、Baの元素付加が連続的に発生していることがわかった。苦鉄質片岩露頭全体では、50%のY_actinolite値を示す母岩側でRbの濃度は約5倍となり、一方、100%のY_actinolite値を示す岩相境界では約15倍の濃度を示した。したがって、苦鉄質片岩は、沈み込み帯からの上昇時において、岩相境界から流入した流体との反応に伴って、元素付加を経験したことが示された。
両岩相の白雲母の量比は、K、Rb、Baの元素濃度・元素移動度と相関した。ただし、K、Rb、Baの元素濃度は、両岩相の母岩と比較して、岩相境界でのみ局所的に元素濃度が上昇していた。つまり、両岩相で構成される露頭内部での元素移動ではなく、外部流体からの元素供給がなされたことを示唆する。このことから、-苦鉄質片岩の岩相境界は沈み込み帯上盤で発生した、外部から岩相境界へ流通した流体に伴う岩石-流体反応の痕跡であると考えられる。今後、地化学計算と鉱物量比の比較から、沈み込み帯上盤部の流路となった岩相境界における、流体組成・流量等の形成条件の検討を進める。