大陸衝突帯地下深部における地殻流体の起源と活動時間スケールの解明

• Project/Area Number: 16J01136
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Petrology/Mineralogy/Economic geology
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 東野 文子 東北大学, 環境科学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2016-04-22 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2016: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 水熱実験 / 塩水 / 含水鉱物 / 水素イオン濃度 / SIMS / 酸素同位体 / 高温変成岩 / 二次イオン質量分析装置 / 拡散 / 移流

Outline of Annual Research Achievements

黒雲母の組成が塩素に富む場合の流体組成条件を制約するために岩石―水相互作用の実験を行うことに焦点を当て、花崗岩粉末と塩水を入れた金チューブと、コールドシールタイプの水熱反応装置を用いた実験を行った。基本的な実験条件は、700℃、0.2GPa、実験時間は1週間とし、流体/岩石比と塩水の組成を変化させて反応物の比較を行った。塩水は、NaCl、KCl、CaCl2、HClを混合して作成した。いずれの組成の塩水も先行研究で提唱された相図に基づいてXH2Oを調整し、花崗岩粉末が溶けない塩水組成で実験を行うことで、黒雲母のOH基がClに置換する反応が起きると期待した。しかし、塩水の組成によっては、黒雲母が溶解している微細組織が観察された。複数回の実験の結果、黒雲母の安定領域が流体中のカチオン濃度に影響されること、黒雲母が塩素に富む組成を有するには流体のpHが大きく関係していることが分かった。この成果については公表に向けてまとめている状態である。
1年目から取り組んでいた、塩水流入によって形成されたザクロ石―角閃石反応縁の形成メカニズムと、壁岩への物質移動を議論した論文が、Journal of Petrology誌に受理・掲載された(Higashino et al., 2019)。
1～2年目のスイス滞在中に得た成果は、本年度に再度渡航して追加の解析と議論を重ねた後、国際誌に投稿し、Major revisionの査読結果を受けて改訂中である。本論文は、ザクロ石のコア・リム境界で塩水が流入したと考えられる試料に対して、ザクロ石の局所酸素同位体分析を行うことで、塩水の起源と塩水が流入した変成条件の高温継続時間を議論したものである。この塩水の起源は、露頭で確認できていない岩相由来である可能性も捨てきれないが、既存の研究と比較すると、苦鉄質岩・超苦鉄質岩由来である可能性が高い。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Bern/University of Lausanne(スイス)
• [Int'l Joint Research] University of Johannesburg(南アフリカ)
• [Int'l Joint Research] ベルン大学/ローザンヌ大学(スイス)
• [Journal Article] Brine Infiltration in the Middle to Lower Crust in a Collision Zone: Mass Transfer and Microtexture Development Through Wet Grain-Boundary Diffusion (2018)
  • Author(s): Higashino Fumiko、Kawakami Tetsuo、Tsuchiya Noriyoshi、Satish-Kumar M、Ishikawa Masahiro、Grantham Geoffrey、Sakata Shuhei、Hirata Takafumi
  • Journal Title: Journal of Petrology Volume: 60 Issue: 2 Pages: 329-358
  • DOI: 10.1093/petrology/egy116
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Infiltration of prograde Cl-rich fluid into the granulitic continental crust from a collision zone in East Antarctica (Perlebandet, Sør Rondane Mountains) (2017)
  • Author(s): Kawakami, T., Higashino, F., Skrzypek, E., Satish-Kumar, M., Grantham, G., Tsuchiya, N., Ishikawa, M., Sakata, S., Hirata, T.
  • Journal Title: Lithos Volume: 274-275 Pages: 73-92
  • DOI: 10.1016/j.lithos.2016.12.028
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Passage and possible origin of brine in the middle to lower crust (2019)
  • Author(s): Fumiko Higashino, Tetsuo Kawakami, Daniela Rubatto, Noriyoshi Tsuchiya
  • Organizer: Water Dynamics 16
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Brine flow along large scale thrusts in continental collision zones (2019)
  • Author(s): Kawakami, T., Mori, Y., Higashino, F., Sakai, H.
  • Organizer: Water Dynamics 16
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Oxygen isotope zoning in garnet from granulite facies rocks, Sor Rondane Mountains, East Antarctica (2018)
  • Author(s): Fumiko Higashino, Daniela Rubatto, Tetsuo Kawakami, Anne-Sophie Bouvier
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [Presentation] Time scales of Cl-bearing fluid infiltration and permeability estimated by reactive transport modelling for granulite/amphibolite-hosted reaction zones, Sor Rondane Mountains, East Antarctica (2018)
  • Author(s): Diana Mindaleva, Masaoki Uno, Fumiko Higashino, Takayoshi Nagaya, Ryosuke Oyanagi, Atsushi Okamoto, Noriyoshi Tsuchiya
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [Presentation] Considerations on zircon, monazite and garnet geochemistry and geochronology in high-grade rocks (2018)
  • Author(s): Daniela Rubatto, Jia-Min Wang, Fumiko Higashino, Mari Scicchitano
  • Organizer: Granulites and Granulites 2018
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 高温変成作用下における塩水流入時の物質移動・鉱物組成変化プロセス (2018)
  • Author(s): 東野文子, 河上哲生, 土屋範芳, サティシュ・クマール, 石川正弘, グランサム・ジェフ, 坂田周平, 平田岳史
  • Organizer: 日本地質学会第125年学術大会
• [Presentation] 東南極セール・ロンダーネ山地バルヒェン山に産する ザクロ石中のナノ花崗岩包有物 (2018)
  • Author(s): 東野文子、河上哲生
  • Organizer: 日本鉱物科学会2018年年会
• [Presentation] 350ー450℃水熱反応によるアパタイト中のハロゲン置換反応実験 (2018)
  • Author(s): 杉沢 直樹, 東野 文子, 宇野 正起, 岡本 敦, 土屋 範芳
  • Organizer: 日本鉱物科学会2018年年会
• [Presentation] Time scales of Cl-bearing fluid infiltration estimated by multiple trace elements profiles for granulite/amphibolite-hosted reaction zones, Sor Rondane Mountains, East Antarctica (2018)
  • Author(s): Diana Mindaleva, Masaoki Uno, Fumiko Higashino, Atsushi Okamoto, Noriyoshi Tsuchiya
  • Organizer: 日本鉱物科学会2018年年会
• [Presentation] Multiple timings of garnet formation in granulites constrained from in situ U-Pb zircon dating and REE compositions of garnet and zircon (Sor Rondane Mountains, East Antarctica) (2018)
  • Author(s): Fumiko Higashino, Tetsuo Kawakami, Shuhei Sakata,Takafumi Hirata
  • Organizer: 第38回極域地学シンポジウム
• [Presentation] Timescales of Cl-bearing fluid infiltration estimated by multiple trace elements profiles in apatite for granulite/amphibolite-hosted reaction zones, Sor Rondane Mountains, East Antarctica (2018)
  • Author(s): Diana Mindaleva, Masaoki Uno, Fumiko Higashino, Atsushi Okamoto, Noriyoshi Tsuchiya
  • Organizer: 第38回極域地学シンポジウム
• [Presentation] Infiltration of high Cl fluids in the middle to lower crust (2018)
  • Author(s): Higashino, F., Kawakami, T., Satish-Kumar, M., Ishikawa, M., Tsuchiya, N., Grantham, G.H
  • Organizer: 15th International Workshop on Water Dynamics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Time scales of Cl-bearing fluid infiltration and permeability estimated by reactive transport modeling forranulite/amphibolite-hosted reaction zones, southern Sør Rondane Mountains, East Antarctica (2018)
  • Author(s): Mindaleva, D., Uno, M., Higashino, F., Nagaya, T., Oyanagi, R., Okamoto, A., Tsuchiya, N.
  • Organizer: 15th International Workshop on Water Dynamics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 高温変成岩に見られるザクロ石の酸素同位体ゾーニング (2018)
  • Author(s): Higashino, F., Rubatto, D., Kawakami, T., Bouvier, A.-S.
  • Organizer: 変成岩などシンポジウム
• [Presentation] 東南極セールロンダーネ山地，グラニュライト・角閃岩相中の塩水反応帯における流体流入の時間スケールと透水係数 (2018)
  • Author(s): Mindaleva, D., Uno, M., Higashino, F., Nagaya, T., Oyanagi, R., Okamoto, A., Tsuchiya, N.
  • Organizer: 変成岩などシンポジウム
• [Presentation] High-temperature metamorphism and fluid behavior in the Sør Rondane Mountains, East Antarctica- constraints from trace element compositions of garnet and zircon (2017)
  • Author(s): 東野文子, 河上哲生, 土屋範芳, サティシュ・クマール, 石川正弘, グランサム・ジェフリー, 坂田周平, 平田岳史
  • Organizer: 変成岩などシンポジウム
  • Place of Presentation: 花巻
  • Year and Date: 2017-03-18
• [Presentation] Short-lived brine infiltration during upper amphibolite facies metamorphism in the continental collision zone (2017)
  • Author(s): Higashino, F., Kawakami, T., Satish-Kumar, M., Ishikawa, M., Tsuchiya, N., Grantham, G.H., Sakata, S., Hirata, T.
  • Organizer: European Geosciences Union General Assembly 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Oxygen isotope zoning in garnet from granulite facies rocks. (2017)
  • Author(s): Higashino, F., Rubatto, D., Kawakami, T., Bouvier, A.-S.
  • Organizer: Goldschmidt2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Infiltration of prograde Cl-rich fluid into the granulitic continental crust from a collision zone in East Antarctica (Perlebandet, Sør Rondane Mountains) (2017)
  • Author(s): Kawakami, T., Higashino, F., Skrzypek, E., Satish-Kumar, M., Grantham, G., Tsuchiya, N., Ishikawa, M., Sakata, S., Hirata, T.
  • Organizer: Goldschmidt2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Oxygen isotope zoning in garnet from Sør Rondane Mountains, East Antarctica (2017)
  • Author(s): Higashino, F., Rubatto, D., Kawakami, T., Bouvier, A.-S.
  • Organizer: 第37回極域地学シンポジウム
• [Presentation] 東南極セール・ロンダーネ山地における高温変成作用と流体の挙動―ザクロ石とジルコンの微量元素組成からの制約 (2016)
  • Author(s): 東野文子, 河上哲生, 土屋範芳, サティシュ・クマール, 石川正弘, グランサム・ジェフリー, 坂田周平, 平田岳史
  • Organizer: 第36回極域地学シンポジウム
  • Place of Presentation: 立川
  • Year and Date: 2016-11-29
• [Presentation] 昇温変成段階における大陸衝突帯中部地殻への塩素に富む流体流入 ―東南極セール・ロンダーネ山地パーレバンデの例 (2016)
  • Author(s): 河上哲生, 東野文子, エティエン・スクリペク, サティシュ・クマール, ジェフリー・グランサム, 土屋範芳, 石川正弘, 坂田周平, 平田岳史
  • Organizer: 第36回極域地学シンポジウム
  • Place of Presentation: 立川
  • Year and Date: 2016-11-29
• [Presentation] Hydration Reactions and water budgets of the lower Earth’s crust in the Sør Rondane Mountains, East Antarctica (2016)
  • Author(s): Noriyoshi Tsuchiya, Masaoki Uno, Atsushi Okamoto, Fumiko Higashino, Diana Mindaleva
  • Organizer: 第36回極域地学シンポジウム
  • Place of Presentation: 立川
  • Year and Date: 2016-11-29
• [Presentation] Hydration reactions of pyroxenite under granulite-facies, Sør Rondane Mountains, East Antarctica (2016)
  • Author(s): Mindaleva Diana, 宇野正起, 岡本敦, 東野文子, 土屋範芳
  • Organizer: 日本鉱物科学会 2016 年年会
  • Place of Presentation: 金沢
  • Year and Date: 2016-09-23
• [Presentation] 東南極セール・ロンダーネ山地パーレバンデにおける大陸衝突帯中～下部地殻への塩素に富む流体流入のタイミング (2016)
  • Author(s): 河上哲生, 東野文子, エティエン スクリペク, サティシュ クマール, ジェフリー グランサム, 土屋範芳, 坂田周平, 平田岳史
  • Organizer: 日本地質学会第 123 年学術大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2016-09-11
• [Presentation] ザクロ石とジルコンの微量元素組成から制約する高温変成作用と流体の挙動：東南極セール・ロンダーネ山地の例 (2016)
  • Author(s): 東野文子, 河上哲生, 土屋範芳, サティシュ・クマール, 石川正弘, ジェフリー・グランサム, 坂田周平, 平田岳史
  • Organizer: 日本地質学会第 123 年学術大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2016-09-11
• [Presentation] Pressure-temperature-time path and timing of Cl-bearing fluid infiltration to the upper-amphibolite to granulite facies metamorphic rocks at Perlebandet, Sør Rondane Mountains, East Antarctica (2016)
  • Author(s): Kawakami, T., Higashino, F., Skrzypek, E., Grantham, G.H., Satish-Kumar, M., Tsuchiya, N., Ishikawa, M., Sakata, S. & Hirata, T.
  • Organizer: 35th International Geological Congress
  • Place of Presentation: 南アフリカ・ケープタウン
  • Year and Date: 2016-09-02
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Geochemical behaviour of Zr around a metasomatic vein and possible brine infiltration under upper amphibolite facies conditions (2016)
  • Author(s): Higashino, F., Kawakami, T., Tsuchiya, N., Satish-Kumar, M., Ishikawa, M., Grantham, G.H., Sakata, S., Hattori, K., and Hirata, T
  • Organizer: 35th International Geological Congress
  • Place of Presentation: 南アフリカ・ケープタウン
  • Year and Date: 2016-09-01
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Geochemical Zr behaviour in the deep crust around metasomatic vein composed of Cl-rich Hbl and Grt (2016)
  • Author(s): Higashino, F., Kawakami, T., Tsuchiya, N., Satish-Kumar, M., Ishikawa, M., Grantham, G.H., Sakata, S., Hattori, K., and Hirata
  • Organizer: Goldschmidt 2016
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2016-06-27
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 角閃岩相高温部における塩素に富む鉱物を含む脈周辺の組織形成過程の検討 (2016)
  • Author(s): 東野文子, 河上哲生, 土屋範芳, サティシュ・クマール, 石川正弘, ジェフリー・グランサム, 坂田周平, 平田岳史
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合大会2016年大会
  • Place of Presentation: 千葉
  • Year and Date: 2016-05-25
• [Remarks] 個人ホームページ
  • URL: http://www.kueps.kyoto-u.ac.jp/~web-pet/higashino_j.htm