Study on the processes of ascent and cooling of deep crustal rocks in continental collision orogens based on unusual melt inclusions

• Project/Area Number: 18K03789
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 17040:Solid earth sciences-related
• Research Institution: National Institute of Polar Research
• Principal Investigator: 廣井 美邦 国立極地研究所, 先端研究推進系, 外来研究員 (40019427)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2020: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2019: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2018: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
• Keywords: グラニュライト / 部分融解 / メルト包有物 / 非平衡結晶成長組織 / 準安定相 / 急速冷却 / 大陸衝突型造山帯 / 過冷却組織 / ザクロ石 / 大陸衝突型造山運動 / 高温高圧広域変成岩 / 微細組織保存 / 高温変成作用 / 過冷却 / グランディディエライト / 高温広域変成岩 / 上昇過程 / 冷却速度

Outline of Annual Research Achievements

南極やスリランカ、インド、カナダ、チェコ、南アフリカ等の世界各地の多様な年代の大陸衝突型造山帯に産出する高温高圧広域変成岩（グラニュライト）中のメルト包有物（冷却固結して「ナノ花崗岩類」と呼ばれる）を偏光顕微鏡、電子顕微鏡、電子線マイクロアナライザー、ラマン分光分析機等を駆使して実体の把握を続け、新たなデータを蓄積するとともにその解析結果を論文化して公表した。例えば、ざくろ石と単斜輝石に富むマフィックグラニュライトからグランディディエライトと呼ばれる高温で安定なホウ素ケイ酸塩鉱物を含むナノ花崗岩類を世界で初めて見出し、玄武岩質のグラニュライトでも部分融解が進むことと生成した液が分離する際のホウ素の具体的な挙動を明らかにした論文を出版した。また、玄武岩質のグラニュライトばかりでなく泥質のグラニュライト中のナノ花崗岩類から想定外の斜長石の準安定相（ドミスタインベルグ石とコクチェタバイト）が石英とともに出現することを確認した。それはこれまで研究代表者が繰り返しその重要性を強調してきた樹枝状～球晶状などの非平衡結晶成長組織が一部のナノ花崗岩類に見られることと調和的で、メルト包有物が非平衡結晶化したことを補強するものである。また、ナノ花崗岩類中の石英「斑晶」にチタンに関する顕著でシャープな累帯構造が見られるも明らかになった。このような準安定相や非平衡組織と累帯構造の保存は、少なくとも一部のグラニュライトがこれまでの常識よりも１～２桁速く冷却したことを強く示唆している。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

計画していた論文が印刷公表されたこととメルト包有物に関する予想外で新しい情報（長石の準安定相出現の確認）が得られたことは順調な進展を示すものである。他方、石英結晶中のチタンの体拡散速度の値がいまだに研究グループによって大きく異なり、それを用いたグラニュライトの冷却速度の見積もりの信頼度が低いことが判明して、テクトニックモデルの構築に新たな進展はなかったことは計画の遅れとなっている。

Strategy for Future Research Activity

追加すべきデータを取得するとともに、研究成果を論文化して印刷公表する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] メーン州立大学(米国)
• [Int'l Joint Research] メーン州立大学(米国)
• [Int'l Joint Research] ペラデニヤ大学/地質調査所(スリランカ)
• [Int'l Joint Research] Australian National University(オーストラリア)
• [Int'l Joint Research] University of Peradeniya/Geological Survey and Mines Bureau(スリランカ)
• [Journal Article] Nanogranitoid inclusions with grandidierite in mafic granulite from Austhovde, Lützow-Holm Complex, East Antarctica (2023)
  • Author(s): Hiroi Yoshikuni、Hokada Tomokazu、Adachi Tatsuro、Shiraishi Kazuyuki、Motoyoshi Yoichi、Grew Edward S.
  • Journal Title: Journal of Mineralogical and Petrological Sciences Volume: 118 Issue: ANTARCTICA Pages: n/a
  • DOI: 10.2465/jmps.221209
  • ISSN: 1345-6296, 1349-3825
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Zoned quartz phenocrysts in supercooled melt inclusions in granulites from continental collision orogens (2020)
  • Author(s): 27.Yoshikuni Hiroi, Tomokazu Hokada, Masahiro Kayama, Akira Miyake, Tatsuro Adachi, Bernard Prame, Keerthi Perera, Madhusoodhan Satish-Kumar, Yasuhito Osanai, Yoichi Motoyoshi, David J. Ellis, Kazuyuki Shiraishi
  • Journal Title: Island Arc Volume: 29 Issue: 1 Pages: 1-16
  • DOI: 10.1111/iar.12374
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Geological subdivision of the Lutzow-Holm Complex in East Antarctica: From the Neoarchean to the Neoproterozoic (2020)
  • Author(s): Dunkley Daniel J.、Hokada Tomokazu、Shiraishi Kazuyuki、Hiroi Yoshikuni、Nogi Yoshifumi、Motoyoshi Yoichi
  • Journal Title: Polar Science Volume: 26 Pages: 100606-100606
  • DOI: 10.1016/j.polar.2020.100606
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Remarkable petrographic features of Sri Lankan granulites; with special regard to unexpected occurrence of “felsite-nanogranite inclusions” in garnet (2020)
  • Author(s): Yoshikuni Hiroi
  • Journal Title: Journal of Geological Society of Sri Lanka Volume: 21 Pages: 1-19
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Felsite–nanogranite inclusions and three Al₂SiO₅ polymorphs in the same garnet in ultrahigh–temperature granulites from Rundvågshetta, Lützow–Holm Complex, East Antarctica (2019)
  • Author(s): Yoshikuni HIROI, Tomokazu HOKADA, Mutsumi KATO, Ayahiko YANAGI, Tatsuro ADACHI, Yasuhito OSANAI, Yoichi MOTOYOSHI, and Kazuyuki SHIRAISHI
  • Journal Title: Journal of Mineralogical and Petrological Sciences Volume: 114 Issue: 2 Pages: 60-78
  • DOI: 10.2465/jmps.181118
  • NAID: 130007649676
  • ISSN: 1345-6296, 1349-3825
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 南極及びスリランカのグラニュライト中のナノ花崗岩中のdmisteinbergite等の準安定相 (2023)
  • Author(s): 廣井美邦、外田智千、足立達朗
  • Organizer: 変成岩などシンポジウム
• [Presentation] 富山県宇奈月地域のインド石‐十字石含有複変成ホルンフェルス；低圧高温熱変成後の急速冷却の証 (2022)
  • Author(s): 廣井美邦
  • Organizer: 日本地質学会
• [Presentation] Rapid UHT metamorphism and exhumation of the Lutzow-Holm Complex in Antarctica (2019)
  • Author(s): Yoshikuni Hiroi, Tomokazu Hokada, Tatsuro Adachi, Yasuhito Osanai, Yoichi Motoyoshi, Kazuyuki Shiraishi
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合大会
• [Presentation] Remarkable petrographic features of Sri Lankan granulites; with special regard to unexpected occurrence of “felsite-nanogranite inclusions” in garnet (2019)
  • Author(s): Yoshikuni Hiroi
  • Organizer: Geological Society of Sri Lanka
  • Invited
• [Presentation] Evidence of partial melting and melt extraction in mafic granulites (2018)
  • Author(s): Yoshikuni Hiroi, Tomokazu Hokada, Kazuyuki Shiraishi, Yoichi Motoyoshi, and Edward S. Grew
  • Organizer: The Ninth Symposium on Polar Science（第9回極域科学シンポジウム）