[SGC52-P03] Systematics of volatile elements in melt inclusions from the proto-Izu-Bonin-Mariana arc (30-40 Ma)
キーワード：IODP, Izu-Bonin-Mariana arc, Amami Sankaku Basin, Melt inclusion, SIMS
国際深海科学掘削計画（IODP）第351次航海「伊豆-小笠原-マリアナ弧の起源」は、古伊豆-小笠原-マリアナ（IBM）弧の残骸である九州-パラオ海嶺の西方約100㎞に位置する奄美三角海盆内のU1438地点を掘削した。掘削航海では、150ｍの火成岩の基盤岩（Unit 1、約5200万年前にプレートの沈み込みが開始した時に形成された）のコアと、沈み込み開始直後から堆積し続けた1461ｍの堆積物（Unit I, II, III及びIV）のコアが回収された。我々は、4000万年前から3000万年前にかけて堆積したUnit IIIに注目して、このUnit IIIから採取した300個以上のメルト包有物の主成分元素や揮発性元素（SとCl）を電子線プローブマイクロアナライザー（EPMA）を用いて分析し、古IBM弧の火成活動の時間発展を議論してきた（Brandl et al., 2017; Hamada et al., 査読中）。
これまでの研究を発展させるため、我々は、300個以上のメルト包有物から代表的な56個のメルト包有物を選び出して、それらの中に溶存している揮発性成分（H2O, S, Cl, F）とP2O5を、海洋研究開発機構高知コア研究所の二次イオン質量分析計を用いて分析した。分析に際しては、Shimizu et al. (2017)の検量線と標準試料を用いた。分析結果の全般的な傾向としては、4000万年前から3000万年前にかけて、揮発性元素は増加する傾向にあり（図b-c）、それは液相農集元素であるK2OやP2O5の増加傾向とも整合的である。そのため、F/K2OやCl/K2Oといった揮発性成分/液相農集元素の値は、低K2O系列か中K2O系列かという火山岩の系統の違いや、Hamada et al. (査読中)が決定したメルト包有物の化学組成に基づくグループ（クラスター）分けに関わらず、ほぼ一定である（図g, h）。IBM弧においては、低K2O系列のマグマは火山フロントの火山に由来し、中K2O系列のマグマは背弧側の火山に由来する。このことを念頭に置くと、メルト包有物の分析結果からは、(i)U1438地点に堆積した火砕物には火山フロント起源の火砕物と背弧起源の火砕物の両方があること、(ii)時間の経過に伴って、U1438地点周辺の火成活動が火山フロントの火成活動から背弧の火成活動へとシフトしていったこと、が推察される。
珪長質（デイサイト質から流紋岩質）メルト包有物（図g, hのクラスター６）の揮発性成分量は、他の苦鉄質メルト包有物の揮発性成分量とは異なっている。珪長質メルト包有物のF含有量（600-800 ppm）は、K2O量が増加しても増加しない（図g）。珪長質メルト包有物は主として約3000万年前（Unit IIIの最上位）に出現する。この時期は、島弧のリフティングと背弧拡大が開始した約2500万年前の直前に相当する。この珪長質メルトは、結晶分化作用によって導かれた可能性も考えられるし、Ikeda and Yuasa (1989)が主張するように島弧リフティングや背弧拡大が開始するタイミングで生じる地殻の再溶融によって生じた可能性も考えられる。Cl濃度が異常に高いメルト包有物（図g, hのクラスター２）の起源に関しては、２つの可能性が考えられる。1つの可能性は、そのメルトがIBM弧の「ハロゲンに富む安山岩質メルト」(Straub and Layne, 2003)であり、もう１つの可能性は、メルトによる塩水の取り込みである。しかしながら、Clに富む（クラスター２）メルト包有物はFに富んでいないことから、「ハロゲンに富む安山岩質メルト」(Straub and Layne, 2003)には相当せず、海底熱水系において塩水を取り込んでClに富んだ可能性が高い。
引用文献
Brandl, P.A., Hamada, M., Arculus, R.J., Johnson, K., Marsaglia, K.M., Savov, I.P., Ishizuka, O., Li, H. (2017) The arc arises: The links between volcanic output, arc evolution and melt composition. Earth Planet. Sci. Lett. 461, 73-84.
Hamada, M., Iwamori, H., Brandl, P.A., Li, H., Savov, I.P. Evolution of the proto-Izu-Bonin-Mariana arc volcanism: Constraints from statistical analysis on geochemical data of melt inclusions (under review).
Shimizu, K., Ushikubo, T., Hamada, M., Itoh, S., Higashi, Y., Takahashi, E., Ito, M. (2017) H2O, CO2, F, S, Cl, and P2O5 analyses of silicate glasses using SIMS: Report of volatile standard glasses. Geochem. J. 51 (in press).
Ikeda, Y., Yuasa, M. (1989) Volcanism in nascent back-arc basins behind the Shichito Ridge and adjacent areas in the Izu-Ogasawara arc, northwest Pacific: evidence for mixing between E-type MORB and island arc magmas at the initiation of back-arc rifting. Contrib. Mineral. Petrol. 101, 377-393.
Straub, S.M., Layne, G.D. (2003) Decoupling of fluids and fluid-mobile elements during shallow subduction: Evidence from halogen-rich andesite melt inclusions from the Izu arc volcanic front. Geochem Geophys Geosyst 4(7):9003
これまでの研究を発展させるため、我々は、300個以上のメルト包有物から代表的な56個のメルト包有物を選び出して、それらの中に溶存している揮発性成分（H2O, S, Cl, F）とP2O5を、海洋研究開発機構高知コア研究所の二次イオン質量分析計を用いて分析した。分析に際しては、Shimizu et al. (2017)の検量線と標準試料を用いた。分析結果の全般的な傾向としては、4000万年前から3000万年前にかけて、揮発性元素は増加する傾向にあり（図b-c）、それは液相農集元素であるK2OやP2O5の増加傾向とも整合的である。そのため、F/K2OやCl/K2Oといった揮発性成分/液相農集元素の値は、低K2O系列か中K2O系列かという火山岩の系統の違いや、Hamada et al. (査読中)が決定したメルト包有物の化学組成に基づくグループ（クラスター）分けに関わらず、ほぼ一定である（図g, h）。IBM弧においては、低K2O系列のマグマは火山フロントの火山に由来し、中K2O系列のマグマは背弧側の火山に由来する。このことを念頭に置くと、メルト包有物の分析結果からは、(i)U1438地点に堆積した火砕物には火山フロント起源の火砕物と背弧起源の火砕物の両方があること、(ii)時間の経過に伴って、U1438地点周辺の火成活動が火山フロントの火成活動から背弧の火成活動へとシフトしていったこと、が推察される。
珪長質（デイサイト質から流紋岩質）メルト包有物（図g, hのクラスター６）の揮発性成分量は、他の苦鉄質メルト包有物の揮発性成分量とは異なっている。珪長質メルト包有物のF含有量（600-800 ppm）は、K2O量が増加しても増加しない（図g）。珪長質メルト包有物は主として約3000万年前（Unit IIIの最上位）に出現する。この時期は、島弧のリフティングと背弧拡大が開始した約2500万年前の直前に相当する。この珪長質メルトは、結晶分化作用によって導かれた可能性も考えられるし、Ikeda and Yuasa (1989)が主張するように島弧リフティングや背弧拡大が開始するタイミングで生じる地殻の再溶融によって生じた可能性も考えられる。Cl濃度が異常に高いメルト包有物（図g, hのクラスター２）の起源に関しては、２つの可能性が考えられる。1つの可能性は、そのメルトがIBM弧の「ハロゲンに富む安山岩質メルト」(Straub and Layne, 2003)であり、もう１つの可能性は、メルトによる塩水の取り込みである。しかしながら、Clに富む（クラスター２）メルト包有物はFに富んでいないことから、「ハロゲンに富む安山岩質メルト」(Straub and Layne, 2003)には相当せず、海底熱水系において塩水を取り込んでClに富んだ可能性が高い。
引用文献
Brandl, P.A., Hamada, M., Arculus, R.J., Johnson, K., Marsaglia, K.M., Savov, I.P., Ishizuka, O., Li, H. (2017) The arc arises: The links between volcanic output, arc evolution and melt composition. Earth Planet. Sci. Lett. 461, 73-84.
Hamada, M., Iwamori, H., Brandl, P.A., Li, H., Savov, I.P. Evolution of the proto-Izu-Bonin-Mariana arc volcanism: Constraints from statistical analysis on geochemical data of melt inclusions (under review).
Shimizu, K., Ushikubo, T., Hamada, M., Itoh, S., Higashi, Y., Takahashi, E., Ito, M. (2017) H2O, CO2, F, S, Cl, and P2O5 analyses of silicate glasses using SIMS: Report of volatile standard glasses. Geochem. J. 51 (in press).
Ikeda, Y., Yuasa, M. (1989) Volcanism in nascent back-arc basins behind the Shichito Ridge and adjacent areas in the Izu-Ogasawara arc, northwest Pacific: evidence for mixing between E-type MORB and island arc magmas at the initiation of back-arc rifting. Contrib. Mineral. Petrol. 101, 377-393.
Straub, S.M., Layne, G.D. (2003) Decoupling of fluids and fluid-mobile elements during shallow subduction: Evidence from halogen-rich andesite melt inclusions from the Izu arc volcanic front. Geochem Geophys Geosyst 4(7):9003