Thesis or Dissertation オマーン・オフィオライトにおける火成活動の時間的・空間的変遷 : 海洋地殻の成長・改変プロセスに関する岩石学的研究

金子, 龍

pp.1 - 150 , 2016-03-23 , 新潟大学
Description
学位の種類: 博士(理学). 報告番号: 甲第4182号. 学位記番号: 新大院博(理)甲第411号. 学位授与年月日: 平成28年3月23日
オマーン・オフィオライトはアラビア半島東端に露出する世界最大級のオフィオライトであり、海洋リソスフェアの断片が最も良く保存されている。本オフィオライトは中央海嶺火成活動、オフアクシス火成活動、沈み込み帯火成活動、プレート内火成活動の異なる4つの火成活動の記録を保存しており、海洋地殻形成から陸上に衝上するまでの地殻の成長・改変プロセスを観察することができる。その中でも、オフアクシス火成活動は、中央海嶺近傍で海洋地殻上部(溶岩層からシート状岩脈群)の層厚を約2倍に厚化させるほど膨大なマグマを供給していると考えられている。しかし、オフアクシス火成活動による海洋地殻の成長プロセスや海洋地殻下部における実体は詳しく研究されていない。本研究では、オフアクシス火成活動による海洋地殻下部の成長・改変プロセスを解明し、形成される岩石の岩石学的特徴の多様性が示す意義について記載岩石学的特徴や化学組成の特徴から総合的に検討した。本研究により、中央海嶺系のマグマの組成や生成モデルに新たな知見をもたらすことが期待できる。本研究では、海洋地殻層序が最も連続的に露出しているオマーン・オフィオライト北部SalaiブロックWadi BarghahからWadi Salahi地域において約10×10kmの範囲の詳細な地質図を作成した。その結果、オフアクシス火成活動で形成されたウェールライト質貫入岩体(Barghah complex、Lower werhlitic intrusions)および苦鉄質-超苦鉄質貫入岩体(Lasail-south complex)が、層状ガブロからシート状岩脈群基底部の各層準中に多数貫入していることが明らかになった。Barghah complex およびLower wehrlitic intrusions は塊状の斜長石ウェールライトやダナイトから構成され、鉱物晶出順序はカンラン石>斜長石、単斜輝石を示している。ウェールライト質貫入岩体の貫入によって本研究地域のガブロ層の構造が大規模に乱され、貫入境界部に接触急冷縁が存在しないことから母岩のガブロが半固結(高温状態)時に貫入したと考えられる。単斜輝石のMg#(Mg/(Mg+Fe))は狭い組成幅(0.896-0.923)を示すのに対し、TiO_2 およびNa_2O 量はそれぞれ0.20-0.38wt%と0.24-0.43wt%の広い組成幅を示すメルト-マントル反応の特徴を有している。この特徴はモホ遷移帯を構成する岩石特有の特徴であり、ウェール質貫入岩体は海嶺軸近傍でモホ遷移帯から派生し、半固結状態のガブロに貫入した結果形成されたと考えられる。
Lasail-south complex は、シート状岩脈群基底部に0.9×10kmのシル状岩体として大規模に貫入している。本岩体は下位から優黒質層状ガブロノーライト、フォリエイテッドガブロノーライト、塊状ガブロノーライトから構成され、塊状ガブロノーライト中にはシート状岩脈のブロック(細粒ガブロノーライト)が取り込まれている。一方で、岩体西部の一部では海嶺的な化学組成を示すドレライト岩脈に貫入されている。鉱物晶出順序はカンラン石>単斜輝石>斜方輝石>斜長石、普通角閃石を示し、典型的なMORB(中央海嶺玄武岩)の鉱物晶出順序(カンラン石>斜長石>単斜輝石)とは大きく異なっている。鉱物化学組成の結果から、岩体上部に向かってカンラン石Fo値や単斜輝石Mg#が分化するトレンドを示し、単斜輝石は顕著な正累帯構造を示す。これらの事実から、本岩体は閉鎖系の単一なマグマ溜まりで結晶分化作用が進行して形成されたと考えられる。単斜輝石Mg#と斜長石An 値およびカンラン石Fo値と斜長石An値を用いた組成判別図では、大部分の分析値がオマーン層状ガブロの組成領域内にプロットされ、海嶺的な特徴を示す。細粒ガブロノーライトブロックは全岩REE含有量に差が認められ、高いREE 含有量を示すタイプはV1と類似しており、低いREE含有量を示すタイプはシート状岩脈を部分溶融させた岩石と類似している。したがって、シート状岩脈群はLasail-south complexに貫入された際に一部は部分溶融したと推測される。Lasail-south complex中の普通角閃石は高い塩素含有量を示し、変質したシート状岩脈群を同化したことを示唆している。これらのことから、Lasail-south complexの特異な鉱物晶出順序は、変質したシート状岩脈群を同化・溶融したことによるマグマ含水量の増加によって説明可能である。さらに本岩体は海嶺的な組成を示すドレライト岩脈に貫入されていることから、オフアクシス火成活動で形成されたと考えられる。以上述べたように、海洋地殻下部からシート状岩脈群基底部には岩石学的特徴の異なるオフアクシス火成活動起源の岩体が存在することを新たに示した。オフアクシス火成活動は変質した海洋地殻を同化・溶融することでマグマの組成が大きく変化し、オフアクシスにおける熱水循環が及ぼす変質作用の度合いや浸透深度が深く関係していることが明らかになった。本研究によって、海洋地殻下部におけるオフアクシス火成活動の実体が明らかとなり、同化の程度、混染する岩石の特徴、溶融度、貫入する層準や岩体の規模によって岩石学的特徴が支配されることを新たに示した。
The Oman ophiolite extends along the east coast of Oman, and is the world’s largest and best-preserved slice of obducted oceanic lithosphere. The magmatic history of this ophiolite is complex and is generally regarded as four stages of magmatism (MOR magmatism, off-axis magmatism, supra-subduction magmatism and intraplate magmatism). The oceanic crustal growth is due to the first two stages of magmatism and modified by later two stages of magmatism. Off-axis magmatism thickens about twice the thickness of the upper part of the oceanic crust, indicating that the off-axis magmatism supplies a huge amount of magma. However, the crustal growth by the off-axis magmatism is not studied in detail so far. In particular, it is ambiguous that how does the lower oceanic crust grow. In this study, we report and discuss the oceanic crustal growth and modification processes based on geological and petrological studies for the late intrusive complexes, which are derived from the off-axis magmatism. This study could provide a new insight for the accretional processes of oceanic crust beneath mid-ocean ridge. Detailed geological survey for the Wadi Barghah to Salahi area in the northern Oman ophiolite, where the oceanic crustal section is continuously exposed, is carried out. We discover that the numerous rocks of the off-axis magmatism, which are wehrlitic intrusions (Barghah complex and Lower wehrlitic intrusions) and mafic to ulatramafic intrusions (Lasail-south complex), intrude into the various levels of layered gabbro to the basal part of sheeted dyke complex. Barghah complex and Lower wehrlitic intrusions consist of massive dunite and plagioclase wehrlite. The crystallization sequence is olivine followed by the contemporaneous crystallization of plagioclase and clinopyroxene. The structure of the gabbroic section is complex because of a presence of numerous werhlitic intrusions. The contacts between the intrusions and host gabbros are typically wavy and are sometimes interfingered; notably, they do not have a chilled margin. Therefore, wehrlitic rocks intrude when the host gabbros were still hot and plastic, or even prior to their solidification. TiO_2 and Na_2O contents of clinopyroxenes of the wehrlititic intrusions are similar to those of the MTZ (Moho Transition Zone) in this study area. We therefore conclude that the wehrlitic intrusions in the present study area were derived form the MTZ as product of the off-axismagmatism.
Lasail-south complex is a large sill-like body (0.9 x 10 km) and intrudes into the basal part of the sheeted dyke complex. This complex consists of layered mela-gabbronorite, foliated gabbronorite and massive gabbronorite in an ascending order. Massive gabbronorite of the northeastern part of the complex contains numerous sheeted dyke blocks (fine grained gabbronorite) and in the western part of the complex is intruded by the doleriteic dykes that show chemical composition of the mid-ocean ridge magmatism. The crystallization sequence is olivine > clinopyroxene > orthopyroxene > plagioclase and hornblende, and significantly differs from that of typicall MOR basalts under low-pressure conditions (olivine > plagioclase and then clinopyroxene). Olivine Fo contents and clonopyroxene Mg# tend to decrece upward, and remarkable normal zoning is detected in clinopyroxene. Therefore, it seems that a closed-system fractional crystallization occurs in a single magma chamber. Co-variations using clinopyroxene Mg# (Mg/(Mg+Fe)) and plagioclase An contents, and olivine Fo (Mg/Mg+Fe)) and plagioclase An contents show that most of data plot in the Oman layered gabbro field. Bulk REE contents of the fine grained gbbronorite are classified two types. The one type is characterized by the REE contents similar to those of V1 magmatism. Another type is low REE contents similar to those of the rocks that are partially melted from the sheeted dykes. It is likely that a part of the sheeted dyke complex was partially melted when the Lasail-south complex intrudes into the basal part of the sheeted dyke complex. Hornblende in the Lasail-south complex shows high Cl contents, and suggests an assimilation of the altered sheeted dykes. Therefore, the peculiar crystallization sequence of this complex can be explained by increasing water contents in the parental magma caused by the assimilation and melting of the altered sheeted dykes. Furthermore, doleritic dykes with MORB signatures intrude into the Lasail-south complex, suggesting that this complex was generated by the off-axis magmatism. In consequence, various off-axis magmatism can exist in the lower part of oceanic crust to the basal part of sheeted dykes. Such variety can be explained by the degree of assimilateon, partial melting, amount and natures of contaminant material. Thus, the off-axis magmatism affects for the accretion of oceanic crust from the depth to the top of the crust.
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http://dspace.lib.niigata-u.ac.jp/dspace/bitstream/10191/41867/2/h27fsk411.pdf

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