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[SVC30-P13] 斜長石の拡散プロファイルに記録された深成岩形成速度とマグマ供給様式：数値的評価と三河地方武節花崗岩への適用
キーワード：岩石学、マグマフラックス、拡散、斜長石
下部地殻から上部地殻へのマグマ移動は、熱と物質を鉛直方向に運び大陸成長や火山活動をもたらす重要なプロセスである。特にマグマ上昇フラックスは物質輸送速度や熱の供給速度を支配し、マグマシステムの活動に強く影響する。地表から下部地殻、マントルへつながるマグマ供給系の理解には、広範かつ正確なマグマフラックスのデータが不可欠である。
マグマフラックスはこれまで、特に活動的火山で火砕物の噴出履歴や地形的な変化などを用いて推定されてきた。一方火砕物として地表に噴出するマグマの割合は全マグマのうち半分以下とされ、噴出せずに地中に留まる深成岩体の形成時マグマフラックスの重要性が指摘される。深成岩体を対象としたマグマフラックス推定手法は、岩体体積と形成時間から求める基本的な手法に加えて接触変成岩 (Yamaoka et al., 2023) やジルコン年代 (Caricchi et al., 2014) を用いたものがある。しかしながら古典的手法では岩体の体積や年代測定の誤差の影響が大きいほか、接触変成岩相が堆積岩に限定される、多量の高精度年代測定を要する等の制約がある。そこでより簡便かつ適用対象の広いフラックス推定手法として、深成岩体由来の情報のみを利用し、岩体体積と年代に依存しない、少量の分析で大まかなフラックス推定が可能な手法を模索した。
深成岩体形成時のマグマフラックスは岩体の熱履歴に強い影響を与え (e.g. Annen et al., 2023) 、一般に高フラックスでは高温を維持しながら岩体形成が進む一方で、低フラックスではより低温で形成が進む。このことから、岩体が異なるフラックスで形成された場合の内部温度変化のモデル計算を、天然試料から制約した内部温度履歴と対比することで、岩体形成時のフラックスが推定できることが期待される。
火成岩で利用可能な温度履歴指標に結晶中の元素拡散がある。従来考えられてきた高温を維持する深成岩体形成場では拡散が感度の低い平衡付近まで達するため、深成岩での利用は試みられてこなかった。しかし近年の研究から深成岩体は間欠的なシルの貫入によって形成され、形成中であっても岩体の大半はソリダス以下の低温にある (“cold storage model”) ことが明らかになりつつある。また実際に顕著な非平衡を保つ結晶も見られることから、深成岩における拡散を用いた温度履歴制約の利用可能性を検討した。対象鉱物には深成岩に普遍的に自形で産する斜長石を、拡散元素としてストロンチウムを選択した。拡散を用いる際には拡散によるプロファイルの改変量を抜き出すことが不可欠であり、複雑な形成履歴を持つ深成岩の鉱物では大きな問題になる。斜長石中のSrプロファイルは分配時に#Anプロファイルと正相関をもち、拡散に伴って逆相関に向かう特異性を持つため、この問題を解決しやすい。以上から深成岩形成時のフラックス推定に対する斜長石中のSr拡散の有用性を評価するため、forward modellingによる検討を行った。
Forward modellingの結果から、異なるフラックスによって形成された深成岩体では、含まれる斜長石中の拡散に有意な差が出ることが確かめられた。また同時に他変数の影響を検討し、同フラックスの場合であっても間欠的に付加するシルの厚さによって拡散量が変わることが確かめられたほか、岩体形状への依存性も確認された。天然でのマグマフラックス推定に際しては対象岩体の内部構造、形状を野外調査によって制約する重要性が示唆される。以上の数値的評価の結果から、地質調査結果を制約条件として斜長石中のSr拡散から深成岩体形成時のマグマフラックスを推定できる可能性が示された。
上記の手法の適用を、愛知県三河地方の武節花崗岩で実施した。地質調査とサンプリングを行い、斜長石の局所化学分析ののち、拡散量の解析と熱モデリングの結果を用いてマグマフラックスを推定した。分析の結果から、岩体縁辺部サンプルでは拡散が進んでいない一方で中心部サンプルでは有意な拡散が認められ、斜長石結晶中の元素拡散が温度履歴指標として有効に作用していることが確認された。加えて中心部試料を用いてフラックス推定を行い、10-1.9~10-2.2 [km3 / yr]のフラックスが計算された。ここで得られた結果は小規模深成岩体で推定されてきた形成時フラックスに適合し (de Saint Blanquat et al., 2011)、今回報告した新手法が深成岩体の記録するマグマフラックスの推定に有用であることを示すものである。
マグマフラックスはこれまで、特に活動的火山で火砕物の噴出履歴や地形的な変化などを用いて推定されてきた。一方火砕物として地表に噴出するマグマの割合は全マグマのうち半分以下とされ、噴出せずに地中に留まる深成岩体の形成時マグマフラックスの重要性が指摘される。深成岩体を対象としたマグマフラックス推定手法は、岩体体積と形成時間から求める基本的な手法に加えて接触変成岩 (Yamaoka et al., 2023) やジルコン年代 (Caricchi et al., 2014) を用いたものがある。しかしながら古典的手法では岩体の体積や年代測定の誤差の影響が大きいほか、接触変成岩相が堆積岩に限定される、多量の高精度年代測定を要する等の制約がある。そこでより簡便かつ適用対象の広いフラックス推定手法として、深成岩体由来の情報のみを利用し、岩体体積と年代に依存しない、少量の分析で大まかなフラックス推定が可能な手法を模索した。
深成岩体形成時のマグマフラックスは岩体の熱履歴に強い影響を与え (e.g. Annen et al., 2023) 、一般に高フラックスでは高温を維持しながら岩体形成が進む一方で、低フラックスではより低温で形成が進む。このことから、岩体が異なるフラックスで形成された場合の内部温度変化のモデル計算を、天然試料から制約した内部温度履歴と対比することで、岩体形成時のフラックスが推定できることが期待される。
火成岩で利用可能な温度履歴指標に結晶中の元素拡散がある。従来考えられてきた高温を維持する深成岩体形成場では拡散が感度の低い平衡付近まで達するため、深成岩での利用は試みられてこなかった。しかし近年の研究から深成岩体は間欠的なシルの貫入によって形成され、形成中であっても岩体の大半はソリダス以下の低温にある (“cold storage model”) ことが明らかになりつつある。また実際に顕著な非平衡を保つ結晶も見られることから、深成岩における拡散を用いた温度履歴制約の利用可能性を検討した。対象鉱物には深成岩に普遍的に自形で産する斜長石を、拡散元素としてストロンチウムを選択した。拡散を用いる際には拡散によるプロファイルの改変量を抜き出すことが不可欠であり、複雑な形成履歴を持つ深成岩の鉱物では大きな問題になる。斜長石中のSrプロファイルは分配時に#Anプロファイルと正相関をもち、拡散に伴って逆相関に向かう特異性を持つため、この問題を解決しやすい。以上から深成岩形成時のフラックス推定に対する斜長石中のSr拡散の有用性を評価するため、forward modellingによる検討を行った。
Forward modellingの結果から、異なるフラックスによって形成された深成岩体では、含まれる斜長石中の拡散に有意な差が出ることが確かめられた。また同時に他変数の影響を検討し、同フラックスの場合であっても間欠的に付加するシルの厚さによって拡散量が変わることが確かめられたほか、岩体形状への依存性も確認された。天然でのマグマフラックス推定に際しては対象岩体の内部構造、形状を野外調査によって制約する重要性が示唆される。以上の数値的評価の結果から、地質調査結果を制約条件として斜長石中のSr拡散から深成岩体形成時のマグマフラックスを推定できる可能性が示された。
上記の手法の適用を、愛知県三河地方の武節花崗岩で実施した。地質調査とサンプリングを行い、斜長石の局所化学分析ののち、拡散量の解析と熱モデリングの結果を用いてマグマフラックスを推定した。分析の結果から、岩体縁辺部サンプルでは拡散が進んでいない一方で中心部サンプルでは有意な拡散が認められ、斜長石結晶中の元素拡散が温度履歴指標として有効に作用していることが確認された。加えて中心部試料を用いてフラックス推定を行い、10-1.9~10-2.2 [km3 / yr]のフラックスが計算された。ここで得られた結果は小規模深成岩体で推定されてきた形成時フラックスに適合し (de Saint Blanquat et al., 2011)、今回報告した新手法が深成岩体の記録するマグマフラックスの推定に有用であることを示すものである。