緑泥石中の積層構造とその形成条件の解明

• Project/Area Number: 13J08594
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Petrology/Mineralogy/Science of ore deposit
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 井上 紗綾子 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000); Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2014: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2013: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 緑泥石 / 混合層鉱物 / HAADF-STEM / HRTEM / 陽イオン分布 / 蛇紋石-緑泥石混合層鉱物 / 蛇紋石 / 透過電子顕微鏡法 / 走査透過電子顕微鏡法 / X線回折 / 高分解能透過電子顕微鏡法 / 粉末X線回折 / Sybilla

Outline of Annual Research Achievements

本研究では200℃以上の比較的高温条件で沈殿した熱水系に産出するFeに富む緑泥石と100℃以下の低温条件で沈殿した続成作用に関するFeに富む緑泥石試料の結晶化学的特徴と形成機構の関係を原子レベルで解明した。
本年度は熱水系に産出する試料の内、Fe/(Fe+Mg)>0.9の試料を球面収差(Cs)補正装置付き走査透過電子顕微鏡(STEM)を用いて高角環状暗視野(HAADF)像を撮影し、八面体シート中の陽イオン分布を原子レベルで可視化した。像シミュレーションの結果と観察結果を比較した結果、この試料中の緑泥石層（1.4nm層）の層間シート中のM4サイトをAlとFe(III)が占め、残りの八面体陽イオンが他のM1、M2、M3サイトを占有しているということが分かった。1.4nm層と混合層構造を作る0.7nm層には1.4nm層中の2種類の八面体シートと同様の陽イオン分布を持つ2種類の0.7nm層があることが明らかになった。八面体シートの陽イオン分布が積層方向と水平な方向に変化している構造もみられた。本研究は混合層構造の陽イオン分布の不規則性を原子レベルで可視化した初めての例である。
続成作用によって形成されたFe緑泥石は比較的低温で形成されたにも関わらず、熱水系の試料に比べて不規則性の程度の低い積層構造をもつことが高分解能透過電子顕微鏡(HRTEM)観察により明らかになった。
同様の化学組成を持つ低温で形成された続成作用に関する試料と熱水系に産出する試料を比較した結果から次のような結論を得た。1.Feに富む緑泥石は形成温度に関わらず0.7nm-1.4nm混合層構造を含む。2.ポリタイプはIbbが主体だが、他のポリタイプとしばしば混合する。3.Feに富む緑泥石の結晶構造の不規則性は化学組成、温度だけでは説明することができず、むしろその形成メカニズムによってコントロールされている。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] High-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) study of stacking irregularity in Fe-rich chlorite from selected hydrothermal deposits. (2016)
  • Author(s): Sayako Inoue and Toshihiro Kogure
  • Journal Title: Clays and Clay Minerals Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Chlorite and chloritization processes through mixed-layer mineral series in low-temperature geological systems - A review. (2015)
  • Author(s): Daniel Beaufort; Cecile Rigault; Sophie Billon; Valerie Billault; Atsuyuki Inoue; Sayako Inoue and Patricia Patrier
  • Journal Title: Clay Minerals Volume: 50 Issue: 4 Pages: 497-523
  • DOI: 10.1180/claymin.2015.050.4.06
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] HRTEM/STEMによるFeに富む7オングストローム－14オングストローム混合層鉱物の形成機構の解明 (2015)
  • Author(s): 井上紗綾子、 小暮敏博
  • Organizer: 第59回粘土科学討論会
  • Place of Presentation: 山口大学（山口県山口市）
  • Year and Date: 2015-09-03
• [Presentation] A combined study by HRTEM and HAADF-STEM for Fe-rich berthierine and chlorite interstratified minerals (2015)
  • Author(s): Sayako Inoue and Toshihiro Kogure
  • Organizer: Euroclay 2015
  • Place of Presentation: エジンバラ大学（イギリス、エジンバラ）
  • Year and Date: 2015-07-06
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Measurement of Fe oxidation state in chlorite by electron energy-loss spectroscopy (2015)
  • Author(s): Takeshi Kasama; Sayako Inoue and Toshihiro Kogure
  • Organizer: Euroclay 2015
  • Place of Presentation: エジンバラ大学（イギリス、エジンバラ）
  • Year and Date: 2015-07-06
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 高分解能透過電子顕微鏡による熱水変質に伴う蛇紋石‐緑泥石混合層の観察 (2014)
  • Author(s): 井上紗綾子、小暮敏博
  • Organizer: 第58回粘土科学討論会
  • Place of Presentation: 福島A・O・Z（福島県）
  • Year and Date: 2014-09-26
  • Invited
• [Presentation] 熱水系に産するFeに富む蛇紋石‐緑泥石混合層の積層構造 (2014)
  • Author(s): 井上紗綾子、小暮敏博
  • Organizer: 日本鉱物科学会2014年年会・総会
  • Place of Presentation: 熊本大学（熊本県）
  • Year and Date: 2014-09-17
• [Presentation] Structures of serpentine-chlorite mixed-layer minerals from hydrothermal systems (2014)
  • Author(s): Sayako Inoue,Toshihiro Kogure
  • Organizer: 51st Annual Meeting of The Clay Minerals Society
  • Place of Presentation: Texas A&M University (U.S.A.)
  • Year and Date: 2014-05-20
• [Presentation] FIBと高感度XRDによる岩石薄片中の微小領域からのXRD測定とその応用 (2013)
  • Author(s): 井上紗綾子、小暮敏博
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • Place of Presentation: 千葉県・幕張メッセ
• [Presentation] 電子エネルギー損失分光法(EELS)による緑泥石中の鉄の二価三価比測定 (2013)
  • Author(s): 井上紗綾子、笠間丈史、小暮敏博
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • Place of Presentation: 千葉県・幕張メッセ
• [Presentation] 高分解能TEMで明らかにされたコーレンサイトの結晶構造とその緑泥石化機構 (2013)
  • Author(s): 小暮敏博、井上紗綾子、V. A. Drits
  • Organizer: 第57回粘土科学討論会
  • Place of Presentation: 高知県・高知大学
• [Presentation] Structures of chlorite/serpentine minerals in Toyoha geothermal system, southwestern Hokkaido, Japan (2013)
  • Author(s): Sayako Inoué, Toshihiro Kogure
  • Organizer: 50th Anniversary Meeting of the Clay Minerals Society
  • Place of Presentation: USA・University of Illinois