Comparative study of Upper Zone and Lower Zone of Horoman peridotite complex, Hokkaido, Japan

日本の北海道にある幌満peridotite complex（約8 km × 10 km）は、日高変成帯の南端に位置し、約1 Gaに中央海嶺での部分溶融によって形成された上部マントルの残留岩体であると長らく解釈されてきた。このcomplexはその後、上部マントルから下部地殻へと貫入し、20 Maに北東日本弧と千島弧のarc–arc collisionの際に日高変成帯へ取り込まれた。顕著な岩相の層状構造により、Upper ZoneとLower Zoneに区分できる。Upper Zoneは、比較的薄い層（数cm〜数m）と、plagioclase lherzoliteが豊富であることを特徴とする。一方、Lower Zoneはより厚い層（およそ100 m規模）からなり、plagioclase lherzolite、spinel lherzolite、harzburgiteが繰り返し現れるシーケンスを示す。数十年にわたり研究されてきたにもかかわらず、本論文は、Upper Zoneではfoliationに直交するトラバースに沿った連続的な組成変化の詳細な記載が依然として不足しており、Upper Zoneのperidotiteにおけるincompatible elementの濃集度も十分に制約されていないと主張する。したがって本研究の目的は、trace elementおよびincompatible elementの存在量を用いてUpper Zoneをより精密に特徴づけ、その結果をLower Zoneの結果と比較することで、complexに見られるgeochemical layeringの意味を解釈するための一歩とすることにある。

本研究は卒業論文プロジェクトによる暫定的な結果として提示されており、peridotiteの地球化学的特徴づけを中心とした分析戦略を取る。具体的には、著者はUpper Zoneのperidotiteにおける「trace elementおよびincompatible elementの存在量（abundances）」を評価し、その地球化学的パターンをLower Zoneのものと比較することを提案している。本研究は、先行研究における欠落、すなわちUpper Zoneでfoliation面に直交する区間に沿った組成変化を捉える詳細で連続的なデータセットが存在しない点を課題として位置づけている。2つのZone間で比較を行うこと、そしてgeochemical layeringに焦点があることは述べられているが、さらなる方法論の詳細（例：サンプリング密度、分析手法、対象が鉱物か全岩か、統計的取り扱い）は示されていない。したがって方法論は、Upper Zoneでfoliationに直交するトラバースに沿ってtrace/incompatible elementに基づく比較を行うという意図されたアプローチと、空間的な重視点を述べるレベルでのみ要約できる。

日本の北海道にある幌満peridotite complex(北海道にある大きなかんらん岩の岩体です。上部マントルに由来すると考えられており、はっきりした層状構造があるため、上部マントルの状態や変化を調べる重要な対象になります。)は、約8 km×10 kmの大きさで、日高変成帯(北海道にある、地殻の深いところで強い圧力や熱を受けた岩石が分布する地域です。幌満peridotite complexがどのように地表近くへ運ばれたかを考えるうえで重要です。)の南端にあります。この岩体は、約10億年前に中央海嶺(海の底にある長い山脈状の地形で、プレートが広がる場所です。ここでマントルが部分溶融して新しい海洋地殻がつくられます。)で起きた部分溶融(岩石が全部ではなく一部だけ溶けることです。溶けた部分はマグマになり、溶け残った部分は成分が変わった岩石として残ります。)のあとに残った上部マントル(地球の内部で、地殻の下にある層のうち比較的浅い部分です。かんらん岩が多く、マグマのもとになる物質を含みます。)の岩石だと、長い間考えられてきました。その後この岩体は、上部マントルから下部地殻(地殻の深い部分です。上部マントルの岩石がここまで上がってくる過程を考えることで、地球内部の物質移動がわかります。)へ入り込み、約2000万年前に北東日本弧(日本列島の東北地方に対応する、島弧と呼ばれる地形・地質のまとまりです。プレートの沈み込みに関係して形成されます。)と千島弧(北海道の東側から千島列島につながる島弧です。北東日本弧との衝突が幌満peridotite complexの取り込みに関係します。)が衝突したときに日高変成帯の中へ取り込まれました。

幌満peridotite complexにははっきりした層状構造(岩石が層をなして重なっている状態です。でき方や変形の歴史を読み取る大事な手がかりになります。)があり、Upper Zone(幌満peridotite complexを層状構造の特徴で分けたときの上側の区分です。薄い層が多く、plagioclase lherzoliteが多いのが特徴です。)とLower Zone(幌満peridotite complexを層状構造の特徴で分けたときの下側の区分です。厚い層が多く、複数の岩相が一定の順番でくり返し現れます。)に分けられます。Upper Zoneは数cmから数mの薄い層が多く、plagioclase lherzolite(斜長石を含むレールゾライトという種類のかんらん岩です。マントルが比較的浅い条件で変化した可能性を考える手がかりになります。)が多いのが特徴です。一方Lower Zoneはおよそ100 m規模の厚い層が多く、plagioclase lherzolite、spinel lherzolite(スピネルという鉱物を含むレールゾライトです。どの深さ・条件のマントル由来かを推定するのに役立ちます。)、harzburgite(かんらん石と斜方輝石が多いかんらん岩です。部分溶融が進んでマグマ成分が抜けた「溶け残り」に近い性質を示すことがあります。)がくり返し現れる並び方をします。

ただし、これまで多くの研究があるのに、Upper Zoneではfoliation(岩石の中の鉱物が一定方向に並んでできる面状の構造で、日本語では片理と呼ばれます。どの方向に力がかかったかを知る重要な情報です。)に直交する方向に沿って、岩石の成分が連続的にどう変わるかを細かく示したデータが十分ではありません。また、Upper Zoneのperidotite(主に上部マントルをつくる岩石で、日本語ではかんらん岩と呼ばれます。地球内部の物質がどんな成分でできているかを知る手がかりになります。)でincompatible element(岩石が部分溶融するとき、固体よりもマグマ側に入りやすい元素です。その多さは、どれくらい溶けたかやマグマの影響を考える材料になります。)がどの程度多いのかも、よくわかっていません。そこで本研究は、trace element(含まれる量がとても少ない元素です。少量でも、岩石ができた環境や溶け方の違いを敏感に反映するため重要です。)とincompatible elementの量を使ってUpper Zoneの特徴をより詳しく調べ、Lower Zoneの結果と比べることで、この岩体に見られるgeochemical layering(層ごとに元素の量や組成が系統的に違う状態です。層状構造がどんな過程でできたのかを考える鍵になります。)が何を意味するのかを考えるための手がかりを得ることを目的とします。

本研究は卒業論文プロジェクトの途中経過として示されたもので、peridotite(主に上部マントルをつくる岩石で、日本語ではかんらん岩と呼ばれます。地球内部の物質がどんな成分でできているかを知る手がかりになります。)の地球化学(岩石や鉱物に含まれる元素の種類や量から、地球内部のしくみや歴史を調べる分野です。)的な特徴づけを中心に進めます。具体的には、Upper Zone(幌満peridotite complexを層状構造の特徴で分けたときの上側の区分です。薄い層が多く、plagioclase lherzoliteが多いのが特徴です。)のperidotiteに含まれるtrace element(含まれる量がとても少ない元素です。少量でも、岩石ができた環境や溶け方の違いを敏感に反映するため重要です。)とincompatible element(岩石が部分溶融するとき、固体よりもマグマ側に入りやすい元素です。その多さは、どれくらい溶けたかやマグマの影響を考える材料になります。)の量を調べ、その地球化学的なパターンをLower Zone(幌満peridotite complexを層状構造の特徴で分けたときの下側の区分です。厚い層が多く、複数の岩相が一定の順番でくり返し現れます。)のものと比較します。

また先行研究の課題として、Upper Zoneでfoliation(岩石の中の鉱物が一定方向に並んでできる面状の構造で、日本語では片理と呼ばれます。どの方向に力がかかったかを知る重要な情報です。)面に直交する区間に沿った、細かく連続した組成データが不足している点を重視しています。そのため、foliationに直交するトラバース(ある方向に沿って地点を順番にたどりながら観察・採取する調査の進め方です。層を横切って連続的な変化を調べるときに使います。)に沿って成分の変化を捉え、trace elementとincompatible elementにもとづいてUpper ZoneとLower Zoneを比べる、という方針が述べられています。ただし、サンプルをどれくらいの間隔で集めたか、どんな分析機器を使ったか、鉱物を測ったのか全岩を測ったのかなどの詳しい方法は、この要約内では示されていません。