マントル組成変化と大陸衝突事変に基づく地殻・マントル物質循環の精密解析

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H03748
• 研究機関: 山口大学
• 研究代表者: 大和田 正明 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (50213905)
• 研究分担者: 川嵜 智佑 愛媛大学, 理学部, 研究員 (50136363) ; 外田 智千 国立極地研究所, 研究教育系, 准教授 (60370095) ; 亀井 淳志 島根大学, 学術研究院環境システム科学系, 教授 (60379691) ; 志村 俊昭 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (70242451) ; 小山内 康人 九州大学, 比較社会文化研究院, 教授 (80183771)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 大陸衝突帯 / 後衝突火成作用 / 衝突前火成活動 / Nd同位体組成

研究実績の概要

平成30年度は，大陸衝突の前と後で活動した火成岩類の化学的特徴にどのような違いがあるのかを検討した．大陸地殻を構成する岩石は多様であるが，大きく，苦鉄質岩と珪長質岩に区分される．一般に苦鉄質岩はマントル起源であるのに対し，珪長質岩は大陸地殻を起源とする場合が多い．岩石のNd同位体組成は，地球が惑星として生まれた時からの変遷を記録している．特にマントルからマグマが分離し，大陸地殻を形成する時にNd同位体組成は最も大きく変化することが知られている．すなわち，大陸地殻が形成され，長い年月が経った地域で生じた苦鉄質マグマと珪長質マグマのNd同位体組成は異なる．また，大陸衝突等で大陸地殻物質がマントルへ潜り込み反応すると，それまでのマントルNd同位体組成は大きく変化する．そこで，調査地域に分布する火成岩類の活動年代とNd同位体組成に着目し，年代共にNd同位体組成がどのように変化したのかを検討した．
１．これまで報告されているセール・ロンダーネ山地中・西部に分布する火成岩類のジルコンU-Pb年代をコンパイルした．その結果，1100 Maより古い年代を示すジルコンはほとんどなく，火成活動の時期は1000から520 Maと長期にわたり，その間に3つの年代パルス，1000から900 Ma（ステージ1）, 800から670 Ma（ステージ2）, 640から520 Ma（ステージ3）が検出できる．
２．これらのうち，ステージ1,2で活動した火成岩のNd同位体組成は苦鉄質岩，珪長質岩を問わず，コンドライトと比較したイプシロン値はいずれも正である．一方，ステージ3の火成岩類は，岩石種にかかわらず負のイプシロン値を示す．このことは，ステージ2と3の間にマントルのNd同位体組成を改変する事変があったことを示す．この事変こそが大陸衝突であったと推察される．

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

セール・ロンダーネ山地における大陸同士の衝突年代が特定され，その前後で起こった火成活動の特徴を明らかにできた．ステージ区分された火成活動のうち，衝突前のステージ1と2では，正のイプシロン値を持つことで特徴付けられ，未成熟な大陸地殻の存在が示唆される．この未成熟地殻は，大陸地殻の成長を反映したと考えられ，海洋地域における沈み込み帯によって形成した海洋島弧の可能性が高い．すなわち，調査地域では，約3.5億年の間，成熟した大陸地殻の影響を受けないテクトニックセッティングに置かれていたことを示唆する．こうしたセッテイングはアラビヤ地塊や東アジア造山帯の形成過程に匹敵する時間・空間スケールを持つ．一方，ステージ3の火成活動は大陸地殻の影響を受けた痕跡があり，大陸同士の衝突によって，マントルと大陸地殻物質が反応したことを示唆する．すなわちステージ3の火成活動はマントルと地殻の相互作用の結果である．今後は，ステージ3の火成作用がどのような過程で進行したのかを検討し，地殻とマントルの相互作用の実態と大陸地殻の成長や分化（成熟）過程を解明する予定である．

今後の研究の推進方策

2019年度はステージ３の火成岩に着目し，ステージ1,2の火成岩と記載的・岩石学的特徴を比較することで，地殻－マントル相互作用が大陸地殻の成長や成熟過程に及ぼした影響を評価する．具体的には，まだ年代が決定されていない火成岩体のジルコンU-Pb年代を測定し，ステージ3の火成活動史を明らかにする．その上で，ステージ3の火成岩類の成因的関係を明らかにする．ステージ3の火成作用には，大陸地殻物質の関与が想定されるが，大陸地殻物質の関与の程度が課題である．関与の程度を定量的に見積もるため，大陸地殻物質と初源的なマントル物質の同位体組成を推定する．そして，ステージ3のマグマ組成から起源マントルの同位体組成を推定し，その値が初源的マントルに対してどの程度大陸地殻物質の関与があったかを計算によって求める．そして，ステージ3のマグマの同位体組成を広域に調べることで，起源マントルの不均質性も明らかにする．このように起源物質を地域毎に明らかにし，大陸衝突に伴う地殻とマントルの相互作用の程度の違いの地域性や原因を議論する．

研究成果

• [国際共同研究] University of Science and Technology(バングラデシュ)
  • 国名: バングラデシュ
  • 外国機関名: University of Science and Technology
• [国際共同研究] Zhejiang University(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: Zhejiang University
• [国際共同研究] The University of Western Australia(オーストリア)
  • 国名: オーストリア
  • 外国機関名: The University of Western Australia
• [国際共同研究] Mongolian University of S and T(モンゴル)
  • 国名: モンゴル
  • 外国機関名: Mongolian University of S and T
• [国際共同研究] Bu-Ali Sina University(イラン)
  • 国名: イラン
  • 外国機関名: Bu-Ali Sina University
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 2
• [雑誌論文] Felsite-nanogranite inclusions and three Al2SiO5 polymorphs in the same garnet in ultrahigh-temperature granulites from Rundvogshetta, Lutzow-Holm Complex, East Antarctica (2019)
  • 著者名/発表者名: HIROI Yoshikuni、HOKADA Tomokazu、KATO Mutsumi、YANAGI Ayahiko、ADACHI Tatsuro、OSANAI Yasuhito、MOTOYOSHI Yoichi、SHIRAISHI Kazuyuki
  • 雑誌名: Journal of Mineralogical and Petrological Sciences 巻: 114 ページ: 60～78
  • DOI: DOI: 10.2465/jmps.181118
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Sr-Nd isotopic compositions of the Susuma-Nagao Plutonic Complex in the San-yo Belt, Southwest Japan: Implications for the Cretaceous enriched mantle (2019)
  • 著者名/発表者名: Kodama, S., Owada, M., Imaoka, T., Kamei, A.
  • 雑誌名: Journal of Mineralogical and Petrological Sciences 巻: 114 ページ: -
  • DOI: 10.2465/jmps.181118b
  • 査読あり
• [雑誌論文] Compositional variations, chemical weathering and provenance of sands from the Cox’s Bazar and Kuakata beach areas, Bangladesh. (2018)
  • 著者名/発表者名: Hossain, H.M.Z., Hossain, H, Kamei, A., Araoka, D.
  • 雑誌名: Arabian Journal of Geosciences 巻: 11 ページ: 1-17
  • DOI: 10.1007/s12517-018-4111-4
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Petrogenesis of the Late Mesozoic Magnesian and Ferroan Granites in Northwest Zhejiang, Southeast China, and Their Implications. (2018)
  • 著者名/発表者名: Wu, T., Li, Z-L., Zhou, J., Mao, J-R., Langmuir, C.H., Wang, C-L., Zhang, F-J, Gao, X., Chen, R., Lin, Q-L., Zhang, Y., Kamei A.
  • 雑誌名: The Journal of Geology 巻: 126 ページ: 407-425
  • DOI: 10.1086/697691
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Age, petrologic significance and provenance analysis of the Hameden low-pressure migmatites; Sanandaj-Sirjan Zone, West Iran (2018)
  • 著者名/発表者名: Ali Ashgar Sepahi, Seyedeh Razieh Jafari, Osanai, Y., Hossein Shahbazi, Mohssen Moazzen
  • 雑誌名: International Geology Review 巻: 10 sep ページ: -
  • DOI: org/10.1080/00206814.2018.1517392
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Generation of I-type granitic rocks by melting of heterogeneous lower crust (2018)
  • 著者名/発表者名: Hammerli, J., Kemp, A.I.S., Shimura, T. Vervoort, J.D., EIMF, and Dunkley, D.J.
  • 雑誌名: Geology 巻: 46 ページ: 907-910
  • DOI: 10.1130/G4545119.1
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Synthesis and crystal chemistry of mukhinite, V-analogue of clinozoisite on the join Ca2Al3Si3O12(OH)―Ca2Al2VSi3O12(OH). (2018)
  • 著者名/発表者名: Nagasima M, Nishio-Hamane D, Nakano N, Kawasaki T,
  • 雑誌名: Physics and Chemistry of Minerals 巻: 46 ページ: 63-76
  • DOI: org/10.1007/s00269-018-0988-4
  • 査読あり
• [学会発表] Formation of Neoproterozoic juvenile crust in Eastern Dronning Maud Land, East Antarctica (2018)
  • 著者名/発表者名: Owada, M., Kamei, A., Osanai, Y., Nakano, N.
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Geochronology and petrogenesis of plume-related magmatism in the collision zone, Kontum Massif, Central Vietnam (2018)
  • 著者名/発表者名: Owada, M., Osanai, Y., Nakano, N., Pham Binh, Tran Van Tri
  • 学会等名: The XV Geological conference of Southeast Asia
  • 国際学会
• [学会発表] Proterozoic magma activities and crustal evolution of Sor Rondane Mountais, Dronning Maud Land, East Antarctica (2018)
  • 著者名/発表者名: Owada, M., Kamei, A., Osanai, Y., Nakano, N.
  • 学会等名: The 9th Symposiium on Polar Science
  • 国際学会
• [学会発表] Re-examination of metamorphic and geochronologic events in eastern Dronning Maud Land and Enderby Land, East Antarctica: current status and future perspectives (2018)
  • 著者名/発表者名: Hokada, T., Baba, S., Kamei, A., Kitano, I., Nantasin, P., Setiawan, N., Dashbaatar, D., Motoyoshi, Y., Hiroi, Y., Osanai, Y., Dunkley, D., Horie, K., Takehara, M., Shiraishi, K.
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Rayner Complex and Western Rayner Complex in Enderby Land (2018)
  • 著者名/発表者名: Hokada, T., Baba, S., Kamei, A., Kitano, I., Horie, K., Motoyoshi, Y., Hiroi, Y., Shiraishi, K., Takehara, M.
  • 学会等名: The 9th Symposiium on Polar Science
  • 国際学会
• [学会発表] Igneous activity of Middle Proterozoic meta-tonalite in Cape Hinode, Prince Olav Coast, East Antarctica (2018)
  • 著者名/発表者名: Kamei, A., Tashima, H., Hokada, T., Baba, S., Kitano, I., Hiroi, Y., Motoyoshi, Y.
  • 学会等名: The 9th Symposiium on Polar Science
  • 国際学会
• [学会発表] Tectonic evolution of extreme metamorphic rocks in the Trans Vietnam Origenic Belt, SE-Asia (2018)
  • 著者名/発表者名: Osanai, Y., Nakano, N., Owada, M., Pham Binh, Tran Van Tri, Charusiri, P., Tran Ngoc Nam
  • 学会等名: The XV Geological conference of Southeast Asia
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] FeAlO3 phase at ultrahigh-temperature metamorphic conditions: experimental evidences from sillimanite-hematite and sillimanite-magnetite systems at 9 kbar and 1050 °C. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kawasaki, T., Ohfuji, H.
  • 学会等名: The 9th Symposiium on Polar Science
• [学会発表] A new melt contamination model for the generation of “I-type” granitic rocks by melting heterogeneous lower crust (2018)
  • 著者名/発表者名: Hammerli, J., Kemp, A.I.S. and Shimura, T.
  • 学会等名: European Geosciences Union General Assembly
  • 国際学会