2017 Fiscal Year Research-status Report

ザクロ石-単斜輝石地質温度計の再構築

Research Project

Project/Area Number	16K05610
Research Institution	Okayama University
Principal Investigator	中村大輔岡山大学, 自然科学研究科, 准教授 (50378577)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	平島崇男京都大学, 理学研究科, 教授 (90181156)
Project Period (FY)	2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords	エクロジャイト / ザクロ石 / 単斜輝石 / 地質温度計 / 変成岩 / 温度圧力推定
Outline of Annual Research Achievements	かつての大陸と大陸の衝突帯では、しばしば超高圧の変成作用を受けた岩石が地表に露出している。そうした岩石がどのような温度圧力履歴を経て地表まで上昇し、露出してきたかはプレート収斂帯の地下で起きている現象を解明するための一つの束縛条件となる。そのような岩石の温度圧力履歴を解読するツールの一つとして地質温度圧力計がある。その代表的な地質温度計の一つとしてザクロ石―単斜輝石地質温度計があり、高圧変成岩の変成温度の見積もりに古くから利用されている。しかし、この地質温度計は、単斜輝石のヒスイ輝石成分が多くなると見積り温度が見掛け上高くなることが指摘されている。そこで、本研究では単斜輝石の非理想性の振る舞いに注目して、新たな温度計の式を提案することを第一目標としている。前年度の研究では合計600ペア程の実験データを収集し、単斜輝石の非理想性の振る舞いを吟味して、キャリブレーションを行ったが、個々の実験データのクオリティーの吟味を行わなかった。本年度は一つ一つの実験で得られている単斜輝石の化学組成を慎重に吟味した。その結果、実験で得られている単斜輝石の化学組成式を化学量論的に計算するとFe3+の量が著しい負の値を示すことが明らかになった。またCa+Na量が理想値（1.0 apfu）より著しく少ないデータも多く存在した。よって、本研究では単斜輝石の組成が-0.1<Fe3+/Fe(total)<0.1となり、かつCa+Na値が0.85 apfu以上のデータを選別してキャリブレーションを行い、新しい温度計の式を構築した。そこで、新しく得られた温度計の式を中国山東半島の蘇魯超高圧変成帯の変成岩へ適用して、その地域の温度構造の解析を試みている。現時点での解析結果では、北東部の栄成地区と南西部の東海地区の超高圧変成岩の変成温度を比較しても大きな差は生じていない。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 前年度は既存の実験データのコンパイルとキャリブレーションを中心に行い、本年度は天然の超高圧変成岩の詳細な分析と既存の地質温度計の評価を行い、おおむね順調に進展している。前年度に行った実験データによる解析では単斜輝石のヒスイ輝石成分の含有量はFe-Mg分配係数に影響を与えないという結果になった。本年度の天然試料の化学分析とそのデータ解析においても単斜輝石のヒスイ輝石成分量とFe-Mg分配係数の間には明瞭な相関性は見られなかった。特に今回注意した点はザクロ石と単斜輝石の組成累帯構造の有無を丁寧に確認したところである。まず偏光顕微鏡でザクロ石と単斜輝石が直接接している場所を探し、電子線プローブマイクロアナライザー（EPMA）で、その境界からの両鉱物の化学組成を数十ミクロン間隔で線状に分析し、各鉱物粒子のラインプロファイルを作成した。その結果、境界面近傍では減圧期の化学組成の改変が起きているものの、その少し内側で最高圧力期の化学組成が残っている昇温型の化学組成累帯構造が示すことが分かった。そうしたラインプロファイルの確認を含めた分析を合計600ポイント、30ペア程の粒子について行った。そうして得られた組成対に既存の地質温度計を適用してもヒスイ輝石含有量の増加による見積り温度の上昇は確認されなかった。以上のことから単斜輝石の非理想性はFe-Mg間の非理想性のみを考慮して、新たなキャリブレーションを行う事とした。その結果、「研究実績の概要」で記述したような蘇魯地域の温度構造（蘇魯地域の北東部と南東部では明瞭な変成温度の違いは見られない）が得られたが、既存の天然試料のデータを用いた新たな温度計による評価は未だ不十分であり、その継続を行う必要がある。
Strategy for Future Research Activity	前記したように、天然の試料の分析によるヒスイ輝石含有量が推定温度に与える影響を解析した結果によると、その成分が推定温度へ与える影響はほとんど無いようである。また実験データのコンパイルもその結果を支持している。しかし、未だヒスイ輝石含有量が70％以上のヒスイ輝石成分に富むデータが少ない状態であり、そうしたヒスイ輝石成分に富む単斜輝石を含む試料の追加分析を行う予定である。その結果、ヒスイ輝石成分の影響がやはり見られないようであれば、現時点の温度計の式を最終的なモデルとして、中国山東半島の蘇魯地域や大別山地域の超高圧変成岩へ適用を行う。現時点で、既に蘇魯地域の超高圧変成岩の化学組成データをコンパイルし、その地域の温度構造の概要を掴みつつあるので、そのデータの蓄積と適用を継続する。大別山地域のデータは未だ十分に文献調査出来ていないので、今後、データのコンパイルと適用を行い、蘇魯地域との比較を行う。また蘇魯地域や大別山地域にはマントル物質であるザクロ石カンラン岩体が含まれている。こうしたカンラン岩がいつの段階で地殻物質起源の変成岩（主に片麻岩）に取り込まれたのか、という疑問があるが、周囲の変成岩とザクロ石カンラン岩の変成温度の比較を行うことで、その疑問への制約を与えることが出来る。大陸地殻が地下深部へ沈み込む際かそれ以前に取り込まれた岩体であれば、カンラン岩体と周囲の変成岩の変成温度は一致するであろう。こうした新しい地質温度計のモデルの提案と適用結果を9月に行われる日本地質学会で発表予定である。そこで得られたコメント等を参考に、より改良した内容を論文化して、今年度中には国際学術誌へ投稿したい。また、こうした大陸衝突帯で起きている現象を解明するには地質温度計による評価だけでなく、より新しい熱力学的解析手法である温度圧力断面図（シュードセクション）を利用した手法も組合せて議論したい。