高エネルギーイオン線による地球内部流体分析法の開発

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14540443
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 黒澤 正紀 筑波大学, 地球科学系, 講師 (50272141)
• 研究分担者: 小松原 哲郎 筑波大学, 物理学系, 講師 (10195852) ; 中野 孝教 筑波大学, 地球科学系, 助教授 (20155782) ; 加藤 工 九州大学, 大学院・理学研究院・地球惑星科学部門, 教授 (90214379) ; 笹 公和 筑波大学, 物理学系, 講師 (20312796)
• キーワード: プロトンビーム / 微量元素分析 / 流体包有物 / PIXE / X線分析

研究概要

本研究は、地球内部流体による元素運搬を解明するため、高エネルギーイオン線(PIXE法)による流体包有物の組成分析法を開発することを目的としている。本年度は当初の計画通り、石英ガラスの気泡に多元素標準溶液を注入して作成したアナログ流体包有物をPIXE法で定量し,その定量値と既知濃度(標準試料の濃度)を比較することで、定量アルゴリズムの妥当性と定量精度を決定した。定量アルゴリズムは、Ryan et al.(1993)の定量モデルにCampbell(1995)の手法を組み合わせることで開発した。アナログ流体包有物をこの方法で定量した結果、理想状態では流体包有物中の微量元素を±7%の相対平均誤差で定量できることが分かった。この正確度は、これまでの流体包有物分析では最も高いもので、開発した定量計算法が妥当なものであることを示している。
但し、天然の流体包有物分析では、包有物の埋没深度を光学顕微鏡で決定するという制約から、その誤差にさらに深度決定に起因する誤差が加わる。筑波大学の測定条件では、石英中の半径30μm、埋没深度20μmの流体包有物を分析する場合、Caを±40%で、Feを±16%で、Znを±13%で、Srを±12%、BrとRbを±11%の総合誤差で定量できる。これ以外の誤差の要因としては、楕円体による包有物形状の近似による誤差、塩水である天然流体をH_2Oとして近似した誤差、NaCl娘結晶の存在による影響が考えられるが、これらは小さな影響しかないことが分かった。また、石英中の埋没深度20μm、半径30μmの流体包有物を4MeVのプロトン、1.0μCの積算電荷の条件で測定した場合、遷移金属元素の検出限界は4-46ppmで、天然の流体包有物分析には充分な検出能力であることが分かった。

研究成果

• [文献書誌] Kurosawa, M., Shimano, S., Ishii, S., Shima.K., Kato, T.: "Quantitative trace element analysis of single fluid inclusions by proton-induced X-ray emission (PIXE) : application to fluid inclusions in hydrothermal quartz"Geochimica et Cosmochimica Acta. 67. 4337-4352 (2003)
• [文献書誌] Kurosawa, M., Ueno, K., Kume, H., Kashiwazaki, H., Murao, S.: "Development of the Tokai Nuclear Microprobe for natural analogue studies of nuclear waste"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. B210. 468-471 (2003)
• [文献書誌] Kurosawa, M., Shimano, S., Ishii, S., Shima, K., Nakajima.T., Kato, T.: "Quantitative PIXE analysis of single fluid inclusion in quartz vein : chemical composition of hydrothermal fluid related to granite"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. B210. 464-467 (2003)
• [文献書誌] Sasaki, M., Fujimoto, K., Tsukamoto, H., Sawaki, T., Sasada, M., Kurosawa, M., et al.: "Geochemical features of vein anhydrite from the Kakkonda geothermal system, northeastern Japan"Resource Geology. 53. 127-142 (2003)
• [文献書誌] Matsubara, S., Miyawaki, R., Kurosawa, M., Suzuki, Y.: "Watatsumiite, KNa2LiMn2V2Si8O24, a new mineral from the Tanohata mine, Iwate Prefectures Japan"Journal of Mineralogical and Petrological Sciences. 98. 142-150 (2003)
• [文献書誌] Sasa, K., Furuno, K., Yamato, Y., Ohshima, H., Ishii.S., Komatsubara, T., Kurosawa: "The Tsukuba high-energy nuclear microprobe for hydrogen analysis of mineral samples"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. B210. 48-53 (2003)