島孤産灰長石巨晶中の微小包有物の精密分析と起源マグマの推定

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25400508
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 荒川 洋二 筑波大学, 生命環境系, 教授 (00192469)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松井 智彰 鹿児島大学, 教育学部, 准教授 (40295233) ; 池端 慶 筑波大学, 生命環境系, 助教 (70622017)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 灰長石巨晶 / 島弧火山 / マグマ混合 / 微小包有物 / 自然銅・真鍮 / Fe硫化物

Outline of Annual Research Achievements

今年度は、伊豆弧、三宅島、および九州ー琉球弧、また中部地方菅平近郊の火山において灰長石巨晶および母岩の岩石学的、鉱物学的、地球化学的研究を試みた。
伊豆七島の三宅島赤場暁に産する灰長石巨晶中心部の劈開が無くガラス質な部分を単結晶構造解析したところ、長石の結晶構造の四面体席を占有するAlとSiが完全に無秩序配列した構造であることが判明した。通常灰長石においてはアルミニウム排除則によりAlとSiは秩序配列しているが、今回はじめて準安定な状態を示す長石の新しい構造が示された。鹿児島県竹島産灰長石巨晶について、結晶化学的な分析をおこなった。その結果、竹島産灰長石巨晶は、同じく鬼界カルデラの薩摩硫黄島に産する灰長石巨晶とほぼ同様の結晶化学的特徴を有することが判明した。さらに巨晶の元素面分析から、結晶成長形に沿って配列した微小包有物に対応して比較的大きな組成変動が見られるものの、それ以外のほとんどの部分では極狭い組成範囲での波動累帯構造が見られることが明らかになった。
長野県、菅平西方の第三紀後期の保基谷岳火山に産する淡黄色を示す灰長石を含む火山岩類の研究を実施した。灰長石巨晶は箱根火山産の結晶と同様な色、形態を示した。また元素分析の結果An90-92で結晶のゾーニングがあるにもかかわらず均一であった。本研究の目的でもある微小包有物は確認できたが、分析できるサイズではなく、顕微鏡下での確認にとどめた。また、灰長石結晶を砕き、洗浄した後、粉末にしICP-MSで元素分析した結果、Fe,Zn,Cu等の元素が検出された。この分析には問題点（微小包有物やメルトインクルージョンなどを全て除いているとは限らないなど）もあるため、再度行うことを考えているが、結晶構造中に上記元素が含有している可能性も示唆された。

Current Status of Research Progress

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

Reason

島弧火山の代表である日本列島に産する第三紀～第四紀の火山のある噴出物に特徴的に産する灰長石巨晶（アノーサイトメガクリスト）については、多くの記載やいくつかの研究がされてきたが、その結晶の成因に関しては未だ正確な結論には至っていない。
今回、この研究で実施してきた伊豆弧、中部日本、九州ー琉球弧の火山に産する岩石学的、地球化学的、結晶学的研究を通して、今まで明確にされていなかった部分も明らかになってきた。
結晶学的研究では、灰長石の元素配列に関すること、結晶面との包有物の分布の関連性などが明らかになってきた。また、微小のFeを含む硫化物の存在が明らかになり、その生成条件などが限定されてきた。
また、保基谷岳産の灰長石等には微小包有物以外にもFe,Zn, Cuなどの遷移元素の存在が明らかになってきた。それらの結果は、巨晶生成時の親マグマを推定する上で重要な手がかりになると考えられる。また母岩の化学組成などの分析も行い、マグマ混合の可能性が示唆された点は、新しい成果である。また、結晶の色（淡黄色～白色）は、伊豆弧の火山産の結晶の色調と明らかに異なっており、含有する微量の遷移元素の存在が重要であるとの推測ができた。
ただ、包有物の直接分析が、一部の硫化物を除き、今まで充分に行えて来なかった点は今後の課題でもあり、今後工夫して進めることを考えている。また同位体分析も局所的に行えなかった点が問題点として残るが、この点も工夫して分析を試みる。

Strategy for Future Research Activity

今後は、今までの成果を基に、九州ー琉球弧火山、伊豆弧火山、中部地方の火山などの灰長石巨晶について、詳細観察、EPMA分析、ICP-MS等を用いた分析を引き続き行い、包有物の種類や形態等も含め、研究を行っていく。また、結晶構造や結晶の形態に関する分析や解析も引き続き行って行く。
火山ごとに形態、色、結晶構造等、異なった灰長石結晶が産出していることについても、比較研究を行って行く。包有物と結晶構造、形態との関連性は興味にある問題であり、結晶の成長と親マグマの化学組成の関係を探る上で重要である。微小包有物の分析にはEPMA以外の新しい手法も試み、実施して行く予定である。
また、灰長石結晶の大きくなる（1～3ｃｍ）理由やその生成条件等についても、得られた結果を基に考察・解析を進めて行く。親マグマの推定も重要な点でもあるので、母岩の全岩化学分析などの結果も参考にして行く予定である。これらの結晶は多くの場合、マグマ混合の結果として地表に噴出している場合が多いので、それらの端成分マグマの推定が行えれば、親マグマのより正確な推定に繋がる可能性もある。
最終的に、島弧火山産の灰長石巨晶の成因、生成過程、特異性と普遍性について今まで以上に正確な議論ができるよう、新しい手法も含めた分析値の追加、比較・確認等も含め総合的に研究を行っていく。これらを基に、研究の総括を行って行き、今後他の地域等へも適応できるような原理・原則等を引き出すことを試みる。

Causes of Carryover

当該年度予定していた野外調査が災害等の問題で計画通りに行えなかったことなどがある。

Expenditure Plan for Carryover Budget

今年度はその野外調査を実施（あるいは現地の問題がある場合は他の火山に変更する）し、また、学生等に調査や室内実験で補助等を依頼する予定。また特定の分析等で他の機関の研究者に依頼することに使用する。

Research Products

• [Journal Article] Dating of hydrothermal mineralization in active hydrothermal fields in the southern Mariana Trough (2015)
  • Author(s): Ishibashi, J., Shimada, K., Sato, F., Uchida, A., Toyoda, S., Takamasa, A., Nakai, S., Hyodo, H.,Sato, K., Kumagai, H., Ikehata, K.
  • Journal Title: Subseafloor Biosphere Linked to hydrothermal Systems TAIGA Concept, Springer Volume: 2015 Pages: 289-300
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Mineralogical and geochemical characteristics of hydrothermal minerals collected from hydrothrmal (2015)
  • Author(s): Ikehata, K., Suzuki, R., Sjimada, K., Ishibashi, J., Urabe, T.
  • Journal Title: Subseafloor Biosphere Linked to hydrothermal Systems TAIGA Concept, Springer Volume: 2015 Pages: 275-287
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Anorthite megacryst from Take-shima, Kagoshima Prefecture, Japan: oscillatory zoning and micro inclusions. (2014)
  • Author(s): Matsui, T., Arakawa, Y., Kimata, M., Nishida, N., Hoshino, M., Echigo, T.
  • Journal Title: Proceed., of the 21st meeting of the Interantional Mineralogical Association Volume: 21 Pages: 380
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 高原崋山、藤山におけるマグマ混合機構：苦鉄質包有物による検討 (2014)
  • Author(s): 田島義之・荒川洋二・池端 慶・金井啓通
  • Journal Title: 火山 Volume: 59 Pages: 91-97
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Potential for biogeochemical cycling of sulfur, iron, and carbon within massive sulfide deposits below the seafloor (2014)
  • Author(s): Kato, S., Ikehata, K., Shibuya, T., Urabe, T., Ohkuma, M., Yamagashi, A.
  • Journal Title: Environmental Microbiology Volume: 19 Pages: 19
  • DOI: 10.1111/1462-2920.12648
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Single crystal X-ray and electron microprobe study of Al/Si disordered anorthite with the low content of albite (2014)
  • Author(s): Echigo, T., Hoshino, M., Kimata, M., Shimizu, M., Matsui, T., Nishida, N.
  • Journal Title: Zeitschrift fur Kristallographie Volume: 229 Pages: 435-449
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Al/Si disordered anorthite (An92.0Ab3.4) occurring an anorthite megacryst from Miyake-jima, Japan (2014)
  • Author(s): Echigo, T., Hoshino, M., Kimata, M., Shimizu, M., Matsui, T., Nishida, N.
  • Journal Title: Proceed., of the International Mineralogical Association Volume: 21 Pages: 34
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 御岳火山２０１４年９月噴出物の鉱物学的・地球化学的特長 (2014)
  • Author(s): 池端 慶・丸岡照幸・千田康介
  • Organizer: ２０１４年同位体比部会
  • Place of Presentation: 茨城県つくば市（つくば温泉）
  • Year and Date: 2014-11-26 – 2014-11-27
• [Presentation] 御岳火山２０１４年９月噴出物の硫黄同位体比の特徴 (2014)
  • Author(s): 池端 慶・丸岡照幸・千田康介
  • Organizer: 日本火山学会2014年秋季大会
  • Place of Presentation: 福岡大学（福岡市）
  • Year and Date: 2014-11-02 – 2014-11-04
• [Presentation] Copper isotope ystematics of the various types of native copper mineralization (2014)
  • Author(s): Ikehata, K., Chida, K., Bornhorst, T.J., Ishibashi, J., Hirata, T.
  • Organizer: Geological Society of America, Annual Meeting
  • Place of Presentation: Vancouver, Canada
  • Year and Date: 2014-10-19 – 2014-10-22
• [Presentation] 伊豆弧、新島火山により産する２種類のハンレイ岩捕獲岩の成因：岩石学的・地球化学的考察 (2014)
  • Author(s): 遠藤大介・荒川洋二・池端 慶・大鹿淳也・新村太郎・森 康
  • Organizer: 日本鉱物科学会
  • Place of Presentation: 熊本大学(熊本市）
  • Year and Date: 2014-09-18 – 2014-09-20
• [Presentation] Anorthite megacryst from Take-shima, Kagoshima Prefecture, Japan: oscillatory zoning and micro inclusions (2014)
  • Author(s): Matsui, T., Arakawa, Y., Kimata, M., Nishida, N., Hoshino, M., Echigo, T.
  • Organizer: Internationa Mineralogal Association
  • Place of Presentation: Johannesburg, South Africa
  • Year and Date: 2014-09-01 – 2014-09-05
• [Presentation] Al/Si disordered anorthite (An92.0Ab3.4) occurring an anorthite megacryst from Miyake-jima, Japan (2014)
  • Author(s): Echigo, T., Hoshino, M., Kimata, M., Shimizu, M., Matsui, T., Nishida, N.
  • Organizer: Internationa Mineralogal Association
  • Place of Presentation: Johannesburg, South Africa
  • Year and Date: 2014-09-01 – 2014-09-05
• [Presentation] UVフェムト秒LA-MC-ICP-MSによるキューバナイト鉱の銅同位体比分析 (2014)
  • Author(s): 池端 慶・平田岳史
  • Organizer: 2014年資源地質学会年会
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都文京区）
  • Year and Date: 2014-06-26 – 2014-06-28
• [Presentation] 小笠原・硫黄島の旧火口で2012-2013年に発生した爆発現象に伴う噴出物の岩石学的特長 (2014)
  • Author(s): 池端 慶・田村知也
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合 連合大会2014年大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（横浜市）
  • Year and Date: 2014-04-28 – 2014-05-02
• [Presentation] フェムト秒LA-MC-ICP-MSによる銅同位体比局所分析法の開発と鉱石試料への応用 (2014)
  • Author(s): 池端 慶
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合 連合大会2014年大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（横浜市）
  • Year and Date: 2014-04-28 – 2014-05-02
  • Invited