[S-CG54] 岩石―流体相互作用の新展開：表層から沈み込み帯深部まで

[SCG54-04] 希ガスを用いた沈み込み帯流体の起源の推定：白亜紀三波川沈み込み型変成帯の例

*會田 幸樹¹、ウォリス サイモン¹、角野 浩史² (1.東京大学大学院理学系研究科地球惑星科学専攻、2.東京大学先端科学技術研究センター)

キーワード：沈み込み帯、希ガス、蛇紋岩、交代反応

沈み込み帯での活発な火成活動や地震活動には，沈み込む海洋プレートによって地下に持ち込まれ深部で脱水した流体が重要な役割を果たしている．沈み込み帯のプレート境界域の岩石を保存していると考えられる高圧変成帯中には，ウェッジマントル起源の超苦鉄質岩体が含まれていることが多く，その周囲には主に含水鉱物からなる交代反応帯が形成される．このような交代反応帯は，スラブ-マントル境界に流体が存在していたことの地質学的証拠と言える．しかしながら，これらの交代反応帯の形成に関わった流体が，沈み込むスラブのどの部分に由来するものなのかは明らかにされておらず，沈み込み帯深部のスラブ脱水と流体流動様式の描像は未だ描かれていない．

本研究では，白亜紀の温かい沈み込みプロセスを保存している西南日本三波川変成帯中の複数の超苦鉄質岩体（埼玉県釜伏山，和歌山県龍門山，和歌山県鳩羽山，兵庫県沼島）とその周辺の交代反応帯を記載するとともに，交代反応岩の流体包有物と含水鉱物の結晶水に対して，希ガス質量分析を適用し，流体の起源推定を行った．希ガス（He, Ne, Ar, Kr, Xe）は，沈み込み帯に流体を持ち込むリザーバー（海洋堆積物間隙水，変質海洋地殻玄武岩，蛇紋岩化したリソスフェリックマントルの3つに大別）ごとに特徴的な同位体比・元素比をもち，化学的に不活性であることから，流体の起源を推定する地球化学トレーサーとして強力である．

地質調査の結果，交代反応帯中に，蛇紋石（クリソタイル，アンチゴライト），角閃石，滑石，緑泥石が確認された．また交代反応岩の希ガス組成（³He/⁴He, ⁸⁴Kr/³⁶Ar, ¹³⁰Xe/³⁶Ar）から，以下の2つの流体流入イベントに関して特徴的な流体の起源が明らかとなった．
(1) ウェッジマントルの蛇紋岩化
本研究で分析した多くの岩体で変質海洋地殻玄武岩起源の流体が超苦鉄質岩体の蛇紋岩化に関与していることが示された．これは，沈み込み帯の海溝に沿う広い範囲のウェッジマントルに相当する深度で変質海洋地殻玄武岩の脱水が起こっていたことを示していると考えられ，先行研究（Hyndman and Peacock, 2003）によって示唆されていた脱水イベントを地質学的に裏付ける結果と言える．
(2)岩体境界部における交代反応（滑石・角閃石・緑泥石の形成）
含水鉱物の種類と流体の起源には，関係がある可能性が示された．流体はその起源によって主要溶存化学種も異なっていたと推測されるため，交代反応によって生成する鉱物種をコントロールしていた可能性がある．また，交代反応に関わる流体の起源は場所ごとに不均質であり，時間とともに変化していた可能性が示唆された．