[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-P14] 流体圧振動シリカ析出実験による人工石英脈の CL 累帯構造の発達

*西村 波鷹¹、岡本 敦¹、Nurdiana Astin¹、吉田 健太² (1.東北大学環境科学研究科、2.国立研究開発法人海洋研究開発機構)

地震サイクルにおける流体圧の挙動は、Fault-Valve model に代表されるように、そのメカニズムの理解において極めて重要な要素である。近年の研究により、地震帯で形成された石英脈が、地震サイクルに対応した流体圧の振動をカソードルミネッセンス（CL）累帯構造や Al などの微量元素分布として記録している可能性が指摘されている[1]。しかし、この仮説を実験的に示した例はこれまで存在していなかった。これまで、我々は流通式水熱反応装置によるシリカ析出実験を行い、目詰まりした際にしばしばCL 累帯構造が石英結晶に記録されることを確認しているが、制御された流体圧振動が付与されたわけではなく、CL 累帯構造が流体圧振動と対応しているかどうかは未解明であった。本研究では、人工的に流体圧振動を与える流通式水熱装置を用いたシリカ析出実験を行った。110 mL のオートクレーブにアルミナの内管を設置し、その中に花崗岩ブロック（4.2mm × 4.2mm × 20 mm, １０個）を配置した。温度は上流を 280˚C, 下流を 440˚C に設定し、0.2mL/min の一定流量で 84-109h の実験を行った。流体圧は上流と下流の２本のシリンジポンプでコントロールし、25 MPa で一定条件と 20MPa-25MPa の間で振動する矩形波および正弦波(周期 4h)を与えた実験を行った。すべての実験において、非晶質シリカと核生成した石英粒子は主に上流で沈殿し、下流では花崗岩の基質上に主に石英結晶が沈殿しました。得られた試料を SEM-CL および EPMA で分析した結果、矩形波および正弦波の振動を当てた実験では、規則的な CL 累帯構造が観察され、流体圧振動数と CL 累帯構造の層数はほぼ一致していた。CL 発光の波長は暗い部分、明るい部分ともに 640nmがピークである。CL 累帯構造の暗い部分(CL-dark)は明るい部分(CL-bright)と比べて、成長幅が 1.3 倍ほど大きく、成長面に沿って、流体包有物が観察された。さらに CL 累帯構造は、主に Al と K の微量元素の累帯構造と一致している。流体圧振動の時間変化と CL
累帯構造を比較すると、20MPa のときに CL-dark が成長し、25MPa のときに CL-brightが成長していることが明らかになった。この成長速度の違いは、20MPa の方が 25MPa よりも Si の溶解度が低いため、結晶成長速度が大きかったからと考えられる。また、四万十帯の砂岩ブロック中の石英脈には Stretched crystal 組織が発達し、本研究とよく似た CLの縞状組織、および対応する Al と K の濃度累帯構造が形成されている。このことは、同
様な流体圧変動が石英脈形成時に繰り返し起こった可能性を示唆する。
[1]Rainbourg, H., Famin, V., Canizares, A., Le Trong, F., 2022. Geochim. Geophs. Geosys., 23, e2022GC010346