風化作用による斜長石の変質 : 人形峠地域の花こう岩の例

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(1)107. 風化作用による斜長石の変質 -人形峠地域の花こう岩の例-. 西村年晴* (昭和62年9月30日受理) 序西南日本内帯に広く分布している花こう岩類には,過去に受けた著しい風化作用を示しているものが多い。花こう岩はその構成鉱物の種類が割合限られており,しかも概して大きな岩体として産することが多いため,風化作用によって種々の元素が溶脱し移動する過程を考察するのに好都合な岩石のひとつである。花こう岩の風化に関して,数多くの報告がなされている。例えば,木宮(1975a, b, 1981)は風化作用の物理的な測面や風化速度などについて論じ,木宮・国分(1982),木宮はか(1982)は赤色風化殻の化学的性質について報告した。また,深層風化殻と地形化作用との関連について論じたものには,徳山・湊(1986)の報告などがある。今回,岡山県北部・人形峠付近の花こう岩類を調査し,いろいろな風化段階の花こう岩について,風化作用による元素の溶脱を調べた。本小論では,当地域の花こう岩中の斜長石の風化による変質について述べ,詳細は別の機会に発表する予定である。試料当地域の花こう岩類は,中生代に迷入したいわゆる「山陰型」花こう岩類に属するものであり,主としてアダメロ岩,一部に文象花こう岩が分布している。花こう岩以外では,新第三紀の火山岩類や,礫岩・砂岩・泥岩などから成る陸成層が分布している(図 1)0. 最も広く分布している花こう岩(アダメロ岩)紘,粗粒で,石英・斜長石・カリ長石・黒雲母・ホルンブレンドから成り,等粒状組織を呈する場合もあるが,斑状組織を呈し長石の巨晶が認められることが多い。この花こう岩は,その構成鉱物の概量により次の3種類に大別することができる。すなわち, (1)カリ長石を多く含み,全体として赤味がかってみえるもの, (2)ホルンブレンドや黒雲母を多く含み,全体として黒味がかってみえるもの,および(3)前2者の中間的なもの,である。今回,研究対象としたのは上記(1) のカリ長石を多く含む花こう岩である。当地域の花こう岩も風化作用を受けており,その風化の程度は,斜長石・黒雲母・ホルンブレンドの変質の程度や岩石としての固結度から,新鮮な花こう岩,風化花こう岩,およびマサの3段階に区分することができる。試料採取地点を図1に示す。 R4およびR5は新鮮な花こう岩, R1-R3は風化花こう岩,およびW1-W5はマサである。 *兵庫教育大学第3部(自然系教育講座).

(2) 108. 図1人形峠付近の地質略図(岡山県地質図の一部を簡略化)および試料採敢地点. 実験方法採取した新鮮な花こう岩,風化花こう岩,およびマサのかさ密度を測定し,それぞれから拾い出した斜長石粒子については, X線粉末回折分析を行い,さらに化学組成を求めた。岩石試料のかさ密度(pb)は,乾燥重量(Wd),水中重量(Wi),および含水重量(Ww) を測定し, pb-水の密度× 表1かさ密度 Wd/(Ww-Wi)により求め s a m p le b u lk た。風化花こう岩およびマサに n u m b er d en s ity ついては,充分に風乾してコー. m asa. w e a th e r e d g r a n ite. fr e s h g r a n ite. W. 5. 1. 3 4. W. 4. 1. 5 7. W. 3. 1. 4 8. W. 2. 1. 5 6. W. l. 1.8 1. R l. 2.5 3. R 2. 2.5 5. R 3. 2.6 0. R 4. 2 .6 5. R 5. 2.6 3. g / cd. ティングした後に測定した。結果を表1に示す。続いて,新鮮な花こう岩,風化花こう岩,およびマサのそれぞれの試料から,実体鏡下で斜長石粒子を20数粒ずつ拾い出し, 極細粒の石英・黒雲母などの不純物を,可能な限り取り除き, Ⅹ線粉末回折分析を行って, Ⅹ 線的に純粋な斜長石(アルバイ.

(3) 表2 EDXによる分析結果と湿式分析(CA)による結果の比較 R ED Ⅹ. 5. W CA. ED Ⅹ. l. W CA. ED Ⅹ. 2 …. W CA. EDⅩ. 3 …. W CA. E DⅩ. W. 4 …. CA. ED Ⅹ. 5 …. CA. ,. T. i O ,. A. l2 0 3. F. e 0. 6 1 .5 7 0 2 2 .7 8. 5 8 .4 7. 6 1 .7 7. 5 9 .3 9. 5 7 .0 5. 0 .2 1. 0 .0 3. 0 .1 6. 0 .2 1. 5 7 .7 8 0 .0 6. 2 6 .2 9. 2 4 ー5 6. 2 6 .9 0. 2 8 .1 2. 3 0 .0 1. 0 .5 7. 0 .2 9. 1 .0 3. 0 .6 5. 2 .0 8. 1 .8 1. 0 .0 6. 0 .0 1. 0. 0 .0 2. 0 .1 5. 0 .0 2. 0 .5 1. 0. 0 .0 5. 0. 0 .1 4. 0 .0 7. 0 .5 3. 3 .3 0. 1 .8 7. 4 .2 7. 4 .4 1. 2 .5 5. 1 .6 6. 0 .1 3. 0.15. 0 .6 6. 0 .2 6. 0 .9 9. 0 .4 4. 0 .3 5. M. n 0. 0. 0 .0 1. 0. 0 .0 1. 0 .2 8. M. g 0. 0. 0 .0 9. 0. 0 .1 0. 0. 5 .7 0. 6 .0 2. 0 .4 3. C. a O. 5 .8 8. 3 .6 5. N. a 2 0. 7 .3 8. 7 .4 6. 6 .9 4. 7 .8 5. 6 .9 2. 6 .8 5. 6 .8 0. 7 .2 2. 4 .7 7. 3 .2 4. 2 .3 3. 3 .8 2. K. 2 0. 0 .8 7. 0 .8 9. 0 .5 3. 0 .6. 1 .0 5. 1 .3 5. 0 .7 1. 0 .7 1. 1 .5 4. 1 .4 6. 3 .3 1. 3 .5 6. H. , 0 (士 ). T o tal. 1 .7 5. 9 9 .1 4. 3 .4 0. 9 9 .1 3. 6 .4 2. 9 8 .2 6. 5 .8 2. 9 8 .8 6. 8 .0 6. 9 5 .2 7. 囲ttftJBInhか聖和剖㊦相場. w t. : S .i O. 9 .7 6. 9 5 .9 2. n開.

(4) 110. トーアンデシン)であることを確認した。使用した機器は, Shimadzu XD- 5型回折装置であり,分析条件は30KV, 20mA,使用Ⅹ線CuKcx,フィルターNi,時定数2秒, スケール1000cpsである。また, 105℃, 4時間の加熱処理を行って, W3-W5の斜長石には-ロイサイトが少量含まれていることを確認した。さらに,粉末にした斜長石をイリジウム箔上で溶融してガラス化し, EDXにより分析して化学組成を求めたO使用した機器は,走査型電子顕微鏡(Hitachi, S-450型)とエネルギー分散型Ⅹ線マイクロアナライザー(Horiba, Emax2000)である。電子線の加速電圧は15KV,照射電流は0.03nA,測定時間は100秒, Ⅹ線取出角は52.5。である。補正計算の方法はBence and Albee (1968)によった。一部の試料については,湿式分析をも行い,鉄・マンガン・アルカリ・アルカリ土類の濃度について, EDXによる分析結果と比較検討した(表2)。表2には, Shimadzu D T-30型熱分析装置を用いて測定したH20 (土)の量も示してある。尚, EDXを用いて分析してH20 (±)の量以外の9成分の合計が100^となるように再計算した結果を表3に示す。結果と考察表1から,肉眼的に区分した風化程度の順に,すなわちR5-Rl-Wl-W5の順に, おおまかな傾向として,花こう岩試料のかさ密度が小さくなることが認められる。すでに述べたように,これら10個の試料はいずれも,カリ長石を多く含む赤味がかった花こう岩で,ホルンブレンドや黒雲母などの有色鉱物の量に大きな差はないので,ほぼ同じようなモードを示すものと思ってもよいだろう。そこで, W3-W5に認められるハロイサイトのような風化によって生じた鉱物の量がそれほど多くはなく,さらに風化変質によって生じる鉱物の体積や質量の変化がきわめて小さいと仮定することが許されるならば,当地域の新鮮な花こう岩がマサにまで風化した際,約半分の量が,溶脱してしまったということが言える。次に, EDXによる分析結果と湿式分析結果とを比較してみると(表2),重量パーセントの数値そのものには,いくらかのちがいはあるものの,傾向としてはよく一致しているとみることができよう。またH20(±)の量は,風化が進行するにつれて増加している。そこで,風化の進行に従って各成分の量がどのように変化するかについて, EDXによる分析結果で検討してみよう。表3と図2から,シリカの量は,約60-63wtjという幅はあるものの著しい変化はないと言えるであろう。一方,アルミナの量は,風化が進行するにつれて増加している。ナトリウム・カルシウムの量に関しては,カルシウムの量に若干の変動が認められるものの,両者とも,風化の後期の段階で急に減少する。これとは逆に,鉄・カリウムの量は,後期の段階で,相対的にやや増加する。以上の結果は, 9成分の合計が100%になるように計算した数値にもとづいているので, 風化の進行によってある元素が溶脱すれば,他のある元素の量が実際には変わらなくても相対的に増加することになる。そこで,通常よく行われるように,最も移動しにくいとされているアルミナの量が不変であると仮定して,さらに計算し直して作成したのが表4および図3・図4である。これらの表や図から,風化が進行するに従って,ナトリウム・カルシウムの量が,最初.

(5) 風化作用による斜長石の変質. rFl円. 表3 EDXによる斜長石の分析結果(総計100 wt.&) R. 5. R. 4. R. 3. R. 2. R. l. W. l. W. 2. W. 3. W. 4. W. 5. w t. 6 1 .1 2. 6 0 .0 9. 0 .08. 0 .0 9. 2 2 .9 8. 2 3 .8 1. 2 4 .6 8. F e 0. 0 .6 7. 0 .3 0. 1 .3 5. 0 .7 0. 0 .6 0. 1 .0 0. 0 .36. 0 .58. 1.0 9. 2 .1 7. M. n 0. 0. 0 .1 0. 0 .2 2. 0 .1 3. 0. 0. 0 .2 9. 0 .0 6. 0. 0 .1 5. M. g 0. S i O ,. 6 2 .10 0. T i O 2 A. l, 0 3. 6 2 .3 5. 6 1.37. 5 8 .9 9. 6 2 .8 6. 6 0 .0 9. 59 .9 5. 0 .10. 0 .2 1. 0 .0 3. 0 .16. 0 .2 1. 0 .0 6. 2 4 .1 5. 2 6 .5 2. 2 5 .00. 2 7 .2 1. 2 9 .4 6. 3 1 .2 2. 0 2 4 .0 3. 6 0 .2 9. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0 .0 7. C a 0. 5 .9 3. 5 .9 4. 4 .8 5. 3 .7 6. 5 .5 7. 5 .7 5. 3 .3 5. 4 .3 2. 2. 6 6. 0 .1 4. N. 7 .4 4. 7 .2 5. 7 .9 2. 7 .9 2. 7 .26. 7 .0 1. 7 .0 4. 6 .8 8. 5 .0 3. 2 .4 3. 0 .8 8. 1 .4 1. 0 .8 0. 1 .13. 0 .96. 0 .5 3. 1 .0 7. 0 .72. 1.6 2. 3 .4 6. a 2 0. K 2 0. 表4アルミナの量が不変であると仮定した時の計算結果 R. 5. R. 4. R. 3. R. 2. R. l. W. l. W. 2. W. 3. W. 4. W. 5. w t. S iO ,. 6 2 .10. T i O ,. 0. 5 8 .9 9. 5 5 .9 5. 0 .0 8. 0 .0 8. 2 2 .9 8. 2 2 .9 8. 2 2 .9 8. 2 2 .9 8. F e 0. 0 .6 7. 0 .2 9. 1 .2 6. 0 .6 7. M. n 0. 0. 0 .1 0. 0 .2 0. 0 .1 2. M. g 0. A. 1, 0 ,. 5 9 .6 3 0. 5 8 .40. 5 1 .12. 5 7 .7 8. 5 0 .7 5. 4 6 .7 6. 0 .10. 0 .18. 0 .0 3. 0 .14. 0 .16. 4 4 .3 8 0 .0 4. 2 2.98. 2 2 .9 8. 2 2 .9 8. 2 2 .9 8. 2 2 .9 8. 2 2 .9 8. 0 .5 7. 0 .8 7. 0 .3 3. 0 .4 9. 0 .8 5. 1.6 0. 0. 0. 0 .2 7. 0 .0 5. 0. 0 .l l. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0 .0 5. C a 0. 5 .9 3. 5 .7 3. 4 .5 2. 3 .6 0. 5 .3 0. 4 .9 8. 3 .08. 3 .6 5. 2 .0 7. 0 .10. N a , 0. 7 .4 4. 7 .0 0. 7 .3 7. 7 .5 7. 6 .9 1. 6 .0 7. 6 .4 7. 5 .8 1. 3 .9 2. 1.7 9. K 2 0. 0 .8 8. 1 .3 6. 0 .7 4. 1 .0 8. 0 .9 1. 0 .4 6. 0 .9 8. 0 .6 1. 1 .2 6. 2 .5 5. 1 0 0 .0 0. 9 6 .5 3. 9 3 .10. 9 5 .6 5. 9 5 .1 7. 8 6 .6 6. 9 1 .9 2. 8 4 .4 8. 7 8 .00. T o ta l. 7 3 .6 0. は徐々に,後期の段階で急に減少すること,シリカの量は多少の変動があるものの,風化の進行に伴って減少することが明きらかに認められる。さらに,今回の試料中では最も新鮮な花こう岩中の斜長石(R5)の各成分の合計を100とした場合,最も風化したW5では約74であり,斜長石の約4分の1の量が溶脱していることが分る。岩石試料のかさ密度の減少から,当地域の花こう岩は風化により,その約半分が溶脱していることはすでに述べたが,その溶脱量の約半分は斜長石の風化溶脱に帰因し,残りの半分は,おそらく,黒雲母,ホルンブレンド,および石英の溶脱によるものと思われる。しかしながら,そのことを明きらかにするためには,黒雲母・ホルンブレンドについても同様の実験を行い,さらに,岩石試料総体としての化学分析も必要である。今回は,アルミナの量が不変であると仮定して検討を行ったが,すでに述べたように, マサ中の斜長石には-ロイサイトが生じており,実際の溶脱量は,もっと多いことが予想される。.

(6) 112. weat轟erad. 図2風化の進行に伴う主要6成分の変化.

(7) 113. 風化作用による斜長石の変質. 〝Gathered. 図3アルミナの量が不変であると仮定した時の, 5成分の変化.

(8) HE!. RI R2 :!3. ォ ■ ● l■ 、t.. TL). IE. 図4風化の進行に伴う斜長石の溶脱畳の変化. 文献 Bence, A. E. and Albee, A. L., 1968: Empirical correction factors for the electron microanalysis of silicates and oxides. Jour. Geol. 76, 382-403. 木宮-邦, 1975a :花こう岩類の物理的風化指標としての引張強度-花こう岩の風化・第1報地質雑, 81, 349-364. , 1975b :三河・寓草地域の花こう岩礫の風化速度-花こう岩の風化・第2報-地質 I, 81, 683-696.. , 1981 :三河高原の風化殻とその形成時期-花こう岩の風化・第3報-地質経, 87, 91-102.. ・国分直子, 1982 :美濃高原に分布する赤色風化殻の化学的性質,静大教育研報(自然科学), (33), 31-46. ・滝川英彦・井谷浩子, 1982 :愛知県東加茂郡下山村の赤色マサの産状とその鉱物学的・化学的性質-花こう岩の風化・第4報-.静大地球科学研報, (7), 1-8. 岡山県, 1979:岡山県地質図(1/100,000) 徳山明・湊秀雄, 1986 :古期深層風化殻の形成と後期第三紀以降の地形化作用( I )風化殻形成の機棉.地学雑, 95, 114-125..

(9) 風化作用による斜長石の変質. 115. Decomposition of plagioclase by weathering -An example of granite distributed to the south of Ningyo-toge Pass-. Toshiharu Nishimura. Decomposition of plagioclase in granite distributed to the south of Ningyotoge Pass, Okayama Prefecture, was investigated preliminarily. Bulk density decreases gradually from 2.6 g/cm3 0f fresh granite to 1.3 g/ cm3 of "masa" through weathered granite. Chemical composition of plagiclase was obtained by the use of energy dispersive X-ray microanalyser. As weathering preceded, Si02 shows the trend to decrease. Both of Na20 and CaO decrease gradually at initial stage of weathering and rapidly at masa stage. On the assumption that A1203 has not been removed during weathering, it can be said that about a quarter of plagioclase has leached out..

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