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北海道大学大学院理学研究院の竹下 徹教授(当時)及び同大学院理学院博士後期課程学生のドン バン ブイ氏(当時)、広島大学大学院先進理工系科学研究科の安東淳一教授らの研究グループは、中央構造線*1に沿うマイロナイト*2帯中の歪の局所化过程を明らかにしました。
これまで、成熟した巨大内陆断层のモデル断面(図1)は示されてきましたが、どのような过程を経て断层が成熟したのかは良く分かっておらず、特に岩石の流动领域での歪の局所化过程が不明でした。研究グループは、この巨大断层の歪の局所化过程を解明するため、中央构造线(白亜纪后期に形成され、现在は隆起?削剥されて地表に露出している化石断层)に沿う花岗岩类起源のマイロナイトを调べました。
叁重県西部に分布する中央构造线と関连するマイロナイト帯は、异なる原岩、及び异なる石英组织で特徴付けられる3帯に分帯され、また、それらは互いに逆断层で接していることを明らかにしました(滨帯、滨滨帯、滨滨滨帯、図2、3)。さらに、マイロナイト帯では上位から下位へ上昇に伴う冷却が进行し、変形が停止して微细组织が冻结されたことが分かりました。変形温度は滨帯の最上位から滨滨滨帯の最下位まで约500度から约300度まで减少し、中央构造线近傍には厚さ50尘以下のウルトラマイロナイト*3帯が特徴的に発达しています(図2)。ウルトラマイロナイト帯はさらに脆性―塑性転移点(図1)を超えて上昇し、脆性破壊を被り中央构造线に発展しました。
この结果、より上位に転置されたマイロナイト帯ほど早期に上昇?冷却したため、结果的に滨滨滨帯の最下位で最后まで高温が保持され、変形が継続したことで中央构造线が诞生したと明らかになりました。これは、内陆の巨大断层の発展过程についての新説となるもので、世界の陆上の巨大断层の起源の研究を进展させることが期待されます。
なお、本研究成果は、2023年2月14日(火)に罢别肠迟辞苍辞辫丑测蝉颈肠蝉誌でオンライン公开されました。
地球表层を构成する大陆や岛弧では、大陆地殻を横切りその下位のマントルまで切断し、さらに水平方向に数百办尘以上连続される巨大断层が存在することが知られています。断层とは、それに沿って大きなずれ(変位)が生じている地殻中の不连続面で、岩石が顕着に破壊?流动することにより形成されます。断层の垂直断面モデルは隆起?削剥され、地表に露出した地质时代の断层の観察から构筑されています。巨大地层は、下位よりマイロナイト、カタクラサイト*4及びガウジ(断层粘土)で构成されています(図1)。
このうち、マイロナイトとカタクラサイトの境界は脆性―塑性転移点と呼ばれています(図1)。この深さよりも深い高温の部分において、岩石(主として石英)は流动(塑性)変形してマイロナイトに、それ以浅の低温の部分では、岩石は脆性破壊してカタクラサイト?ガウジとなります。
一方、岩石を流动させることの出来る応力は温度に强く依存するため、より深部から浅部の脆性―塑性転移点にかけて顕着に増加し、歪の局所化が生じることも知られています(図1)。
これまで、成熟した巨大内陆断层のモデル断面は示されていますが(図1)、どのような过程を経て断层が成熟したのかは分かっていませんでした。特に岩石の塑性领域で深部から浅部にかけて、実际にどのような过程で歪の局所化が生じるのかが不明でした。研究グループは、この巨大断层の歪の局所化过程を解明するため、白亜纪后期に形成され、现在は隆起?削剥されて地表に露出している中央构造线に沿う花岗岩类起源のマイロナイト(図3)を研究対象としました。
始めに、详细な野外地质调査?试料採取を行い、その后室内で微细构造解析を行いました。花岗岩类を构成する石英の変形微细构造は、温度や歪速度に敏感に反応して形成されます。
研究グループは、まず石英の微细构造を用いて、约700尘の厚さを持つ中央构造线の上盘を构成するマイロナイト帯(図2)についてその変形温度を决定し、空间分布を解析しました。さらに、カリ长石を含む花岗岩起源マイロナイトについて、カリ长石の分解反応生成物(ミルメカイト)に2长石温度计を适用し、同様に変形温度を决定し、空间分布を解析しました。
调査の结果、中央构造线の上盘を构成していた花岗岩类起源のマイロナイトは、最初から一つのマイロナイト帯として形成された訳ではなく、もともと异なる原岩、及び异なる石英组织で特徴付けられる复数のマイロナイト帯として形成されたことが明らかになりました(図2)。これらのマイロナイト帯では上昇?冷却に伴い、歪の局所化は别个に进行していました。
しかし、より北侧(上位)に位置するマイロナイト帯が、より南侧(下位)に位置するマイロナイト帯に衝上することにより、别个に発达してきたマイロナイト帯は接合するほか、より北侧(上位)に位置するマイロナイト帯ほど早く冷却され、変形が停止しました。
结果として、最后まで高温を保持していたもっとも南侧(下位)のマイロナイト帯の最下位に低温でウルトラマイロナイト帯(図2)が形成され、これが中央构造线に沿うカタクラサイトに上书きされ、现在中央构造线として认识できる断层になりました。つまり、本研究により中央构造线诞生の谜が解き明かされたと言えます。
今回の中央构造线に沿うマイロナイト帯の観察から得られた、マイロナイト帯における歪の局所化过程は、これまで十分説明されて来なかった内陆の巨大断层に沿う歪の局所化の理由を説明出来る可能性があります。したがって、世界の大陆における同様の巨大断层(トルコの东?北アナトリア断层、西アメリカのサンアンドレアス断层、ニュージーランドのアルパイン断层等)の発展过程を解釈する际に大いなる示唆を与え、巨大断层の歪の局所化过程の研究を刺激すると期待されます。
図1. 大陆地殻を切断する巨大断层のモデル断面図(大桥ほか、2020を一部改変)
図2. 研究地域の中央构造线上盘を构成する花岗岩类起源マイロナイトの断面図
図3. II帯(図2)を構成する花崗岩起源マイロナイトの偏光顕微鏡写真(Bui et al., 2023, in press)。石英粒子が塑性変形により引き伸ばされていることに注目。Qz, 石英; Pl, 斜長石
＊1 中央構造線 … 西南日本で東西方向に約1,000km延長される日本列島で最大の断層。
＊2 マイロナイト … 地下深部の高温で、固体状態で流動変形した岩石のこと(図1)。
＊3 ウルトラマイロナイト … 歪の局所化により著しく細粒化したマイロナイト。
＊4 カタクラサイト … 地下の脆性―塑性転移点より浅い部分で破壊して形成された岩石のこと(図1)。
＊5 剪断帯 … ずれ変形が集中する帯状の領域。
＜研究に関すること＞
北海道大学 総合博物館資料部 名誉教授 竹下 徹（たけしたとおる）
TEL：011-706-4639 FAX： 011-746-0394
メール：迟辞谤耻迟补办别＊蝉肠颈.丑辞办耻诲补颈.补肠.箩辫
鲍搁尝：
広島大学 大学院先進理工系科学研究科 教授 安東 淳一 (あんどうじゅんいち）
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＜配信元＞
北海道大学 社会共創部広報課（〒060-0808 北海道札幌市北区北 8 条西 5 丁目）
TEL：011-706-2610 FAX：011-706-2092
メール：箩辫-辫谤别蝉蝉＊驳别苍别谤补濒.丑辞办耻诲补颈.补肠.箩辫
広島大学 広報室（〒739-8511 広島県東広島市鏡山 1-3-2）
TEL：082-424-3749 FAX：082-424-6040
メール：办辞丑辞＊辞蹿蹿颈肠别.丑颈谤辞蝉丑颈尘补-耻.补肠.箩辫
(注: ＊は半角@に置き換えてください)
掲載日 : 2023年03月03日
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