学位論文 北海道中央部,大雪火山群の地質学的および岩石学的研究 : 島弧会合部における長期火山活動とマグマ変遷の関連について

石毛, 康介

2017-09-25
内容記述
大雪火山群 は 千島弧 の 最南端 に 位置 する 大雪 ― 十勝火山列 の 北部 を 構成 し , 1 Ma 以降に活動した安山岩質の成層火山および溶岩ドーム群を形成してきた . 大 雪火山群 の 全域に及ぶ地質学的研究は,主に地形の保存状態に基づいた複数の 層序学的研究が行われてきた が, 1980 年 以降ほとんど進展がない . またそれら の層序区分に基づき , K - Ar 年代測定が行われているが ( NEDO , 1990 ) , 得られ た年代値は層序と矛盾することが多く,また年代値のばらつきが大きかった . 一 方,岩石学的研究についても,個々の代表的な火山についてのマ グマ変遷は研究 されてきたが ( 例えば,佐藤・和田 , 2007 ) ,火山群の全体についての長期マグ マ変遷に関する研究は行われていない.そこで本研究では,まず大雪火山群全体 の詳細な地質調査,岩石学的検討及び系統的な放射性年代測定を行い,火山体の 構造,形成史 及び 地下深部のマグマ変遷について明らかにすることを目指した. 大雪火山群の活動は,噴出中心,地形の保存状態,岩石学的特徴及び活動年代 から古期 ( ca. 1 Ma ~ ca. 0.7 Ma ) と新期 ( ca. 0.2Ma ~ ) に区分される. K - Ar 年代 測定の結果, 0.6 6 ~ 0.16 Ma を示す噴出物は認められず , 古期と新期との間には 約 50 万年間の活動休止期が存在したことが明らかとなった. 古期では,安山岩 質溶岩からなる平坦面状の地形で特徴づけられる , 南北に配列した複数の楯状 火山体が形成された.また,同時期には火山群東方で,小規模な単成火山を複数 形成する活動があったことも明らかになり , 高根ヶ原東方火山群と命名した . 新 期では,複数の成層火山体や溶岩ドームが火山群中央部~北部に形成された.さ らに新期の活動は噴火様式の違いに基づいて, Y1, Y2 及び Y3 の 3 つのサブス テージに細分で きる. Y1 サブステージ ( 0.2 ~ 0.05 Ma ) では , 火山群北西部~中 央部に成層火山及び複数の溶岩ドームを形成した. Y2 サブステージ ( 34 ka ) で は,本火山群においては例外的な大規模な火砕噴火が発生し,火山群中央部に直径 2 km の御鉢平カルデラが形成された. Y3 サブステージ ( 34 ka ~ 0 ka ) では, 噴出中心が大雪火山群の南西部に移動し,成層火山である旭岳や複数の溶岩ド ームが形成された. さらにY 3 サブステージ の中でも最新の火山体である旭岳火 山を対象により解像度の高い噴火史の検討を行った.そ の結果,旭岳の活動を主 にマグマ噴火を行った前期と水蒸気噴火を行った後期活動に分けられ , 前期活 動は約 5 , 000 年前に終了したことが分かった.後期では 2,800 年前と 700 年前に 水蒸気噴火が発生したことが明らかになった . 本火山群の岩石は玄武岩質安山 岩~デイサイトであり , 多くの岩石には苦鉄質包有物が含まれる . これら岩石の 全岩 SiO 2 量は母岩では 54 ~ 69 wt. % ,苦鉄質包有物では 52 ~ 59 wt. % である. 全岩化学組成で見ると,主・微量成分組成 及び Sr ・ Nd ・ Pb 同位体比で , 古期と 新期の苦鉄質包有物では 区別ができないが , 母岩では両活動期で明瞭に区別が できた. 次にこれらの地質学的 及び 岩石学的データをもとに以下の議論を行った . ま ずそれぞれの活動期の地質ユニット毎の噴出量を求め , それらと放射年代デー タに基づき , 1 00 万年間の大雪火山群の時間-累積噴出物量図 ( 階段図 ) を初め て作成した . そして長期噴出率の時間変化を検討した . 平均噴出率は,古期が >0.08 km³DRE / ky ,新期が >0.3 km³DRE /ky であるが , 古期については, 0.82 ~ 0.74 Ma の間で噴出率が 0.4 km 3 DRE /ky となり,最も高くなる.新期の各サブ ステージで , カルデラを形成した Y2 サブステージ を除くと , Y1 サブステージ では 0.11 ~ 0.09 Ma の間 , Y3 サブステージ では 15 ~ 9 ka で噴出率が最も高くな る.このように活動期毎で , 噴出率が最初は低く , 途中で最大となり , 後半でま た低下する変化が認められた . これは単一の マントルダイアピル の上昇と冷却 で説明が可能であり , 大雪火山群では数万~数十万年程度の寿命の マントルダ イアピル が活動期に対応して複数回上昇したと考えられる.また, 5 0 万年間の活動休止期は , 本火山群南方に位置 するトムラウシ火山群でもほぼ同時期に長 期の活動休止期が報告されている.このことから,この時期に北海道中央部の火 山活動に広範囲にわたって影響を及ぼすような事象が発生したと考えられる . これは島弧会合部という場が関係していると考えられるが , 詳細は今後の課題 である . さらに最近の約 2 万年間の活動履歴を解析し , 特に旭岳山体の長期活 動評価も行った . その結果 , 現在の旭岳のマグマ活動は低調になりつつあり,水 蒸気噴火の発生する可能性は高いものの , 中長期的には活動を終え , 新たな火山 体の形成に引き継がれる可能性を指摘できた . 次 にマグマの長期変遷を検討した . 古期と新期の溶岩はいずれも苦鉄質包有 物を普遍的に含むことや各活動期での全岩化学組成変化の特徴から,苦鉄質マ グマと珪長質マグマの端成分マグマ混合が支配的なプロセスであったと考えら れる.液相濃集元素比や同位体比によると , 古期と新期いずれの珪長質マグマも 苦鉄質マグマの結晶分化作用だけでは生成できず,地殻の部分溶融や AFC ( Assimilation and Fractional Crystallization ) プロセス が必要である.古期 及び 新期 とも , 高温側マグマである苦鉄質マグマは 類似しており , 1 00 万年間を通じて大 きな変化はない . 一方 , 珪長質マグマは古期では苦鉄質包有物と母岩の Sr 同位 体比や Rb や Zr などの液相濃集元素比が異なり,また多様である . 一方 , 新期 では苦鉄質包有物と母岩の同位体比が類似し , また新期を通じて珪長質マグマ は均質となる . これらことから , 苦鉄質マグマが地殻物質と相互作用を起こし珪 長質マグマを生成する場合 , 古期では地殻物質が不均質であるため多様な珪長 質マグマが生じたのに対し , 新期では均質な地殻物質を部分溶融して均質な珪 長質マグマが生じたと考えられる . つまり , 古期の活動 から新期が活動するまで に , 大雪火山群の地殻が均質化したことになり , その原因は古期活動の苦鉄質マ グマが地殻と相互作用をした結果と推定できる . このことは新期の珪長質マグマの同位体比組成が苦鉄質マグマのそれと類似していることとも調和的である .
152,62p
Hokkaido University(北海道大学). 博士(理学)
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