日本列島周縁陸棚斜面泥質堆積物の粘土鉱物

静岡大学地球科学研究報告13（1987年7月）41頁〜65頁 Geosci，Repts．ShizuokaUniv．，13（July，1987），41−65

日本列島周縁陸棚斜面泥質堆積物の粘土鉱物

殿 建 華＊・岡 田 博 有＊＊・Laurent LABEYRIE＊＊＊

ClayMineralogyofSlopeSedimentsaroundthe

JapaneseIslands

JianhuaYIN＊，HakuyuOKADA＊＊andLaurent LABEYRIE＊＊＊

Tomakeclearfactorscontrollingdistributionofclaymineralsofsurfacesedimentson the slope areas of theJapaneseIsland Arc，Samples collected at65Sites around the JapaneseIslandswereexaminedmineralogically．Claymineralsinalmostallthesamples COnSistofillite，mOntmOrillonite，kaoliniteandchlorite．Thedistributionofeachofthese mineralsis summarized below．

IlliteisconcentratedinthesouthernSeaofJapan，largelytransportedbytheTsushima WarmCurrentfromtheEastChina Sea，andin theoffshore areasonthe Pacific side of SouthwestJapan，partially derived by turbidity currents from sedimentary rocks and metamorphicrockswidelyexposedintheOuter Zone ofSouthwestJapan，and partially transportedby the Kuroshio Current from theEastChina Sea．Montmorilloniteiscon−

CentratedonbothsidesofNortheastJapan，Itmayhavebeenderivedfrom Neogeneto QuaternaryvoIcanicrockswelldevelopedinNortheastJapan．Therelativeabundanceof

kaolinite seems to be higherin the San−in offshore area thanin other areas．Thisis

related to the weathering of granites on adjacentlands．No trend was recognizedin

Chloritedistribution，althoughitsamountsarenotsmall．

Asto thecontrollingfactorsofthedistributionpatternofclay minerals on the slope environmentsaroundtheJapaneseIslands，itisconcludedthatnotonlyregionalon−land geology but also major ocean circulations andlocalgravity flows aremostimportant，

althoughtheroleofwindforthedispersalofclaymineralshasnotbeenproperlyevaluated

exceptforillite．

Ⅰ．は じ め に

日本周辺海底堆積物中の粘土鉱物の研究は主に沿 岸海域を中心にして行なわれてきた．例えば，石狩 湾（塩沢，1969），相模湾（OTSUKA，1976；青木，

1983），駿河湾（青木・生沼，1981），富山湾（佐藤，

1983），三陸沖（青木・生沼，1985）などはその代表 的なものである．このような陸地に近接する沿岸海 域では，海底堆積物中の粘土鉱物のほとんどは，河 川によって搬入された砕屑性粘土鉱物で，粘土鉱物 の分布パターンに後背地の地質が反映しているのが ふつうである．

1987年3月23日受理

■筑波大学地球科学系Institute ofGeosciences，University of Tsukuba，Ibaraki305．

日静岡大学理学部地球科学教室Institute of Geosciences，Schoolof Science，Shizuoka University，Shizuoka422．

…Centre des Faibles Radioactivites，C．N．R．S．，91190Gif sur Yvette，France．

42 般建華・岡田博有・L．LABEYRIE

一方，陸地から非常に離れた大洋の場合，例えば，

北太平洋では，粘土鉱物を主成分とした海洋底非生 物源堆積物は主にアジア大陸から偏西風によって運 ばれてきたと考えられている（GRIFFINetaL1968；

REX et al．，1969；CLAYTON et al．，1972；JA−

NECEK，1985；LENelTREetal．，1985など）．また，

CHAMLEY（1980）は四国海盆堆積物の粘土鉱物に海 流（黒潮）の影響が強いことを指摘している．

日本周辺陸棚斜面上堆積物中の粘土鉱物の分布に は，陸上地質の影響が強いか，それとも，大洋環境 のように海流や風などの影響が重要なのか，これら の問題に関する研究はこれまで非常に少ない．そこ で本研究では，日本周辺陸棚斜面上の粘土鉱物分布

を規制する要因を明らかにすることを目的として，

陸棚斜面から採取された泥質堆積物について，粘土 鉱物学的研究を行なった．

ⅠⅠ．日本列島周縁海域の地 質学的，海洋学的特性 1．海底地形

日本列島周縁の大陸棚は，全体的に見れば幅狭く，

貧弱である．陸棚の輪郭は山陰沖を除けば，ほぼ現 海岸線と平行している．陸棚斜面の地形には地域性 が見られる．東北日本東側の陸棚斜面は比較的単調 で，その上部に比較的広い深海平坦面があり，斜面 の下部は急傾斜になる．北海道東沖を除けば，顕著 な海底谷は認められない．一方，西南日本南岸沖で は，熊野舟状海盆，土佐海盆，日向海盆などの前弧 盆地がよく発達している．陸棚斜面では，大陸棚外 縁から前弧盆地に，あるいは前弧盆地の外縁から南 海トラフに伸びる多数の小海底谷のほか，さらに陸 棚斜面を横切って，天竜，潮岬，足摺海底谷のよう

な大規模海底谷の発達も著しい．とくに，駿河トラ フは富士川河口沖で発し，その南方延長は南海トラ フとつながっている．これらの海底谷は，後で述べ るように陸源砕屑物の深海への運搬に大きい役割を 果たしている（TAIRA＆NIITSUMA，1986）．

日本海側では，北海道から北陸にかけての陸棚斜 面は現在圧縮場に置かれているといわれており

（TAMAKI＆HoNZA，1985；岡田ほか，1985）．

そのような構造環境を反映した小海嶺や小海盆が雁 行配列して極めて複雑な地形を示している．富山湾 沖には，500kmにわたって，富山海底谷が日本海盆 に伸びており，日本海海底地形の大きい特徴となっ ている（本座，1976）．この海底谷も堆積物の運搬に 非常に重要な役割を果たしている．北陸から山陰に かけての沖合では，大陸棚は日本周辺のほかのとこ ろに比べて比較的よく発達し，対馬海峡へ伸びてい る．陸棚斜面では，隠岐唯と白山唯が北へ突き出し ている．西南日本海の海底は隠岐唯と大和海嶺のつ ながりによって対馬海盆と大和海盆とに分けられて いる．この海域では陸棚斜面上に顕著な海底谷は認 められない．

2．海  況

日本周辺海域の主な海流は黒潮と親潮である（Fig．

1）．赤道付近で生じた黒潮はフィリピン海の西緑に 沿って北上し，台湾の東の海峡から東シナ海に流入

して2つに大きく分岐する．1つは黒潮本流として，

九州，四国，本州の南岸沖を東に向かって流れ，房 総半島の東南沖合で本州から離れて，太平洋に流入 している．もう1つは黒潮の支流として対馬海峡を 通って日本海に入り，対馬暖流となる．

北西太平洋西緑を南下する親潮は高緯度で生じた 寒冷流で，東北日本太平洋側の海域は強くその流れ の影響を受けている．日本海の北部には，間宮海峡 からリマン海流が流れ込んでいる．

3．第四紀堆積作用の特徴

BoGGS（1984）によると，日本島弧の前弧と背弧 地域の陸棚斜面の第四紀堆積物は主に半遠洋性堆積 物で特徴づけられている．一般に前弧陸棚斜面では，

日本列島とほぼ平行している構造隆起帯（tectonic high）が堆積物の深海への運搬の障壁となって，堆 積物がその後ろの深海平坦面または前弧盆地で堆積 する．東北日本東側の陸棚斜面では，海底谷があま

り発達しておらず，海底谷を通って深海へ運搬され る堆積物が少ない．したがって，堆積物がほとんど 前弧盆地でトラップされ，日本海溝には海溝充填堆 積物が非常に少ない（岡田，1976；岡田・酒井，1979；

VON HUENE et al 1980）．ところが，西南日本南

日本列島周縁陸棚斜面泥質堆積物の粘土鉱物

Fig．1．Schematicflow patterns of the Kuroshio and Oyashio Currents around theJapanese Islands（afterAoKIet al．，1974andGUAN，1983）．

43

44 般建華・岡田博有・L．LABEYRIE

1280       1330      1380       1430

1280

Fig．2．Locationsofthesamplesusedinthisstudy．Samplesonlywithnumerals：bytheRV JeanCharcotcruise；SampleswithG：bytheRVHakurei−maruCruise；andSampleswithK：

by the RV Hakuh0−maruCruise．

●piston−COreSample，▲Smith−Mclntyregrabsample，｝box−COreSample

㊥dredgedsample

日本列島周縁陸棚斜面泥質堆積物の粘土鉱物

沖合の陸棚斜面では，海底谷が極めてよく発達して おり，南海トラフには混濁流堆積物が厚く堆積して いる（TAIRA＆NIITSUMA，1986）．とくに駿河ト ラフの役割が大きく，そこから多量の陸源砕屑物が 混濁流の形で南海トラフへ供給されている（平ほか，

1984；大塚，1985；TAIRA＆NIITSUMA，1986）．

日本海では，半遠洋性堆積物のほか，混濁流堆積 物も広く見られる（玉木，1984）．富山海底谷では混 濁流が頻繁に起きており，巨大な海底扇状地が作ら れている（BOUMA，1975；NASH，1981；田中，1985）．

ⅠⅠⅠ．分析試料と研究方法 1．分析試料

本研究で使用された試料は次の3航海で採取され たものである（Fig．2）．

①Jean Charcot号ESTASEI（1984年10月一 同11月）の調査航海で日本列島周辺の陸棚斜面から 採取した28本のピストンコアが用いられた．これら

の試料にはES記号を付す．

② 工業技術院特別研究「西南日本周辺大陸棚の 海底地質に関する研究」の一環として，1986年6月 から7月にかけて地質調査船自嶺丸による島根・鳥 取沖海域の海底地質調査（GH86−−2航海）が実施さ

れた（有田ほか，1987）．この海域では，スミス・マッ キンタイヤ型グラブサンプラーを使って合計274地点 で表層堆積物試料を採取した．本研究にはその中の 30地点の試料を使用した．これらの試料にはG記号

を付す．

③1986年11月から12月にかけて実施された東京 大学海洋研究所調査船白鳳丸による海底地質調査

（KH86−5航海）で採取したサンプルのうち，5本 のピストンコア（KP試料），1本のボックスコア（KB 試料）と1個のドレッジ試料（KD試料）が本研究に 使用された．

まとめると，本研究に使われたサンプルは全部で 65地点である．その内訳はピストンコア33本，ボッ

クスコア1本，スミス・マッキンタイヤグラブによ り採取した試料30個とドレツジによる試料1個であ る．これらのサンプルのうち，ジャン・シャルコー のコアの大部分と白鳳丸試料の一部は陸源物質が直 接到達しにくい海底の地形的な高まりから採取され

45

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Fig．3．Flow sheet showing the procedures of pre−

parationofspecimensforX−raypOWderdiffraction analysIS．

た．例えば，ES18，19，20（大和海嶺），ES25，26（隠 岐海嶺），KP2（銭州海嶺），KDl（拓洋第2海山）

など．このようなサンプルには堆積物に対する海流，

風などの影響が反映していると思われる．この点で これらのサンプルは非常に貴重である．

コアからの試料採取に当たって，白鳳丸のピスト ンコアとボックスコアは表層から5cmまでのサンプ ルを，ジャン・シャルコーのピストンコアは約150cm 置きにサンプルを取った．

2．研究方法

（1）顕微鏡観察

堆積物の性質を知るために，ESサンプルとKP・

KB・KDサンプルについては，Smear Slideを1枚 ずつ作って顕微鏡観察を行なった．なお，堆積物構 成物質の組成は百分比視覚図を使って見積った．

（2）Ⅹ線回折法による粘土鉱物の同定と定量分析

46 般建華・岡田博有・L．LABEYRIE

すべてのサンプルについて，Ⅹ線回折法により 堆積物に含まれる粘土鉱物の同定と定量分析を次の 手順に従って行なった（Fig．3）．

① 試料調製は・一般に原試料を水中で挽拝し，適 当な時間静置した後懸濁液を取り，遠心分離器で試 料を回収する．しかし，今回の試料は現世海底堆積 物で海塩が含まれている．海塩（主にCl．，SOZ￣，Na十，

Mg2＋，K＋，Ca2＋）の存在により，微細な粒子の粘 土鉱物は十分分散できなくなる．したがって，試料 の分散効果を上げるために，粘土フラクションを分 取する前に試料の塩抜きを行なった．試料に水を加 え，適当に裸拝して，セルローズチューブに入れ，

チューブを流水中に2日間浸しておく（杉崎，1981）．

② 塩を抜いた試料を1gのシリンダーに入れ，蒸 留水を加え，挽拝して自然に沈降させる．ストーク

スの法則にもとづき，水温に対応する時間経過後上 部から10cmまでの懸濁液を吸い出し，遠心分離器で 濃縮させる．

③ 濃縮された試料に対して，次の各種の処理を 行なって，Ⅹ線回折用の定方位試料を作る．

a）試料をスライドガラスに落とし，自然乾燥 させて定方位試料を3枚作る．

b）a）で作った試料の1枚にエチレングリコー ルを噴霧する．

C）a）のもう1枚の試料を1000Cで1時間加熱 する．

d）1000Cで加熱した試料をⅩ線にかけた後，

さらに3000Cで1時間加熱する．

e）濃縮された試料を6NHCl溶液中で，沸騰 する水浴上で1時間加熱した後，塩酸を捨て，蒸留 水で2−3回洗准してから走方位試料を作る．

f）濃縮された試料を1N硝酸アンモン溶液中 で，沸騰する水浴上で30分加熱し，洗源して定方位 試料を作る．

すべてのサンプルは，a）〜e）の5通りの定方位試 料についてⅩ線測定を行なった．幾つかのサンプル はさらに硝酸アンモン処理も行なった．X線回折条件 は，CuKα使用，35KV，12mA，スリット系10−10−

0．4mm，走査速度1ソ分である．

粘土鉱物の同定は，SUDOgf d．（1961）に準じ て行なった．Fig．4は，例としてSample26−Core

CatcherのⅩ線回折パターンを示したものである．

未処理試料のⅩ線回折パターンでは，各粘土鉱物の 反射が重なっている．もし加水ハロイサイトがあれ ば，1000Cで加熱すると，10Åのピークが7Åに変わ るので，残った10Åのピークはイライトである．3000C で加熱すると，モンモリロナイトの15Åのピークが 10Åに変わる．エチレングリコール処理後，モンモ リロナイトの15Åのピークが17Åに変わる．緑泥石 とカオリナイトの識別にはHCl処理試料のⅩ線回折 パターンを用いた．緑泥石はHCl溶液に溶けてしま

うので，残った7Åのピークはカオリナイトの反射 である．緑泥石が完全に溶けたかどうかはその3次 反射の4．7Åのピークの有無によって確かめることが できる．硝酸アンモン処理で，∵普通のMgを含むバー ミキュライトの14．5Åの回折線は10−11Åに収縮す る．

粘土鉱物の定量については SuDO gfαJ．（1961）

と0INUMA（1968）の方法に従った．

ⅠV．分 析 結 果 1．顕微鏡観察結果

ESサンプルとKP・KB・KDサンプルの顕微鏡観 察の結果はTable．1に示した通りである．

日本列島周縁陸棚斜面上の堆積物の性質は，場所 によってかなりの差が見られる．東北日本太平洋側 の陸棚斜面は主に珪藻に富む泥質堆積物で特徴づけ られ，珪藻軟泥も珍しくない．組成は，主成分となっ た珪藻と粘土部分のほかに，石英，長石，火山ガラ ス，石灰質ナンノプランクトン，海綿骨針，有孔虫，

放散虫などからなる．石灰質ナンノプランクトンは，

房総半島の東南沖から北海道の東沖合に向かって減 少の傾向が明瞭に見られる．極く表層の堆積物中の 珪藻は逆に北では多く，南の方では比較的少ない．

西南日本南方沖陸棚斜面は主に石灰質ナンノプラ ンクトンに富む泥質堆積物で特徴づけられている．

ナンノプランクトンと粘土のほかに，石英，長石，

火山ガラスなども含まれている．南海トラフの軸部 から採取したサンプルには明らかに生物源のものが 少なく，石英などの陸源物質が優勢である．拓洋第

2海山のサンプルは石灰質軟泥である．

日本海では，主に非生物源泥質堆積物からなって

日本列島周縁陸棚斜面泥質堆積物の粘土鉱物

5    5 10 15 20 25

CuKd 20 Fig．4．X−raydiffractionpatternsofsample26−COreCatCher．

1：untreated，2：heatedatlOOOCforlhr．，3：heatedat3OOOCforlhr．，4：treatedwith6NHCI

at90−950C forl hr．，5：treatedwithethyleneglycol．

いる．主成分は粘土で，太平洋側と比べて生物源の ものがかなり少ない．大和海嶺の東端から採取され たサンプルには生物遺骸はほとんど含まれていない．

2．X線回折法による粘土鉱物の同定と定量分析の 結果

Ⅹ線回折法による粘土鉱物分析の結果，ES12コア の2つのサンプルにカオリナイトが検出されていな

いが，ほかのすべてのサンプルの粘土鉱物は，イラ イト，モンモリロナイト，カオリナイト及び緑泥石 からなっている．

（1）粘土鉱物の水平分布

500 47

日本列島周辺陸棚斜面堆積物に含まれるこれら4 種類の粘土鉱物組成には顕著な地域的変動が見られ

る（Fig．5）．次に各粘土鉱物の分布の特徴を述べる．

1）イライト（Fig．5a）：イライトは今回取り扱っ たサンプル中最も卓越した粘土鉱物の1つである．

その含有率の変動幅は12−49％である．イライトの 水平分布には地域的規則性が明瞭に見られる．日本 海の場合，日本列島側の陸棚斜面に沿って山陰沖か ら北海道西方海域へイライトの相対量が次第に減っ ていく．すなわち，山陰沖ではイライトが大部分の サンプルで40％以上を占めているのに対し，北海道

48 般蓮華・岡田博有・L LABEYRIE

1330      138°      143°

（a）Illite

128−       133●      138−

（b）Montmorillonite

Fig・5．Claymineralconcentrationsinthe＜2JLmSizefractionofsurfacesediments．

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