八塩・磯部鉱泉の水素と酸素の同位体比

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八塩・磯部鉱泉の水素と酸素の同位体比

について

理科教育研究室 高  瀬  一・ 男

（昭和49年10月12日受理）

1 緒   言       系となり，広い丘陵地を経て利根川に達する。また八塩 温泉水の起源については，以前から溶存化学成分の濃  鉱泉は，古くからプロム，ヨウ素，ホウ酸，炭酸および 度や組成を手がかりとした考察がなされてきたが，化学  芒硝含有アルカリ性強食塩泉として知られている。

成分だけでは十分にその目的を果すことができなかった。  磯部鉱泉は，群馬県磯部町にあり，高崎市の西方約7 一方，Graig（1963）1）が水の水素と酸素の同位体比を利  ㎞，碓氷川畔にあって妙義山の東方約7㎞，榛名山の南 用して温泉水，地熱地帯の噴気，地層水，鉱物の流体包  方約20Kπに位置する。また上毛R−12は，磯部町の 有物など多くのものに応用され，それらの水がほとんど 北方約5㎞に位置する原市町（上毛天然ガスKKの坑井）

天水（meteodc water）起源であることが明らかにされ  にあり，本稿ではこの資料も広義の磯部鉱泉として取扱 てきた。      うことにする。磯部鉱泉水の湧出層準は，関東北部，信越 著者は，すでに八塩・磯部鉱泉について，化学成分の  地方にかけて広く分布する海成第三紀層の含油層にほぼ 含量関係からこれら鉱泉水の起源について報告（1963， 対比し得るものに当る。すなわち，第三紀中新世の碓氷

1964，1966）2）−4）した。       層群に属する安中層（厚さ150配±）の下部の原市泥岩 八塩鉱泉の化学成分の起源を，Bヴ℃1，1／C l， HBO 2／C1， 層（厚さ510m±）から聖明寺砂岩層（厚さ130m±），

HOO3／C 1の含量比から検討した結果（1963）は，油田  磯部互層（厚さ100肌±），塚原泥岩層（厚さ300舵±），

塩水系の化石海水と温泉水とが混合して形成されたもの  までである。碓氷層群樹ヒないし北東に緩斜する単斜構 と考えた。また八塩鉱泉に近接する渡瀬地域の地下水の  造をなし，断層が多く，鉱泉はこの断層に深い関係があ 化学成分の供給源は，八塩系鉱泉水が地下水によって希  り，特に磯部断層との関係が大きいと考えられる。な詮 釈されたものと解釈した。       磯部鉱泉は，ホウ酸，炭酸，重曹，ヨウ素，ブローム含

磯部鉱泉は，Na＋K／2catio叫Ca＋Mg／2cation， 有アルカリ性強食塩泉として古来有名である。

Clβanion， HOO 3／Σanion， SO濯anionの当量比およ

       皿 実験結果びK／Na，Mg／Ca，Br／C1，1／Cl，H［D2／Cl， Br／1

の重量比から考察して，油田塩水と温泉水との混合によ  水素および酸素の同位体の測定は，岡山大学温泉研究 って形成されたものと判断した。特に，当量比の関係か  所の酒井均教授・松葉谷治博士に依頼して行なわれたも

らは，油田塩水的性格が特徴的に指示されることを見出  のである。

した（1964）2）。       同位体比は次式に示すように，ある標準試料に対する 化学成分上から八塩および磯部鉱泉の起源は，概括的  千分率偏差（％o）により表わされる。

には油田塩水臨泉水が附加されたものと判断された・   SX−（Rx− −1）。1。。。

本稿では，水素於よび酸素の同位体を測定したので，      RST

同位体比から，これら鉱泉の起源について考察する。   ここでSXは，重水素濃度（δD），重酸素濃度（δBO），

Rは同位体比（D／H，BQ／160）であり， Xは試料を，

皿 八塩・磯部鉱泉の概要       STは標準試料を意味する。標準試料は，水素と酸素の

八塩鉱泉は，群馬県鬼石町にあり，古来三波川結晶片 ・場合はSMOW（標準平均海水）（Craig，1961）5）であ 岩系の模式地となっている地域の一部を占めている。こ  るひ

の約2㎞北は関東山地北縁で，以北の基盤は海成の第三   これらの測定結果は，第1表に示す通りである。

1？2      茨城大学教育学部紀要第24号

Table 1． Hydrogen and oxygen iso蝕）pic rados of   五eld water），海水（sea water）の観点から考察してみ mineral waters in Yashio and Isobe areas・    る。

and of oil五e憾watels in Ca1廷b「nia coast    第1図に示すようにδD値と塩素濃度との関係からは，

ranges

@      その地域の天水（例えば天神山）と海水の値を結ぶ線上 に並ぶことから，海水と天水の混合物であることが示め

No． Sample ^δD，％。

δBq％

八塩鉱泉群 が類似する温泉・鉱泉，つまり，塩素含量が0．2〜0．4

1 神水館 一28．2 十2、8 10，760  eq溜と海水よりも希薄であるがδD値が海水と天水の

2 浦部館 一20．6 十6．0

．Cl．eq／1

3 八塩館 ^{一27．6 十2．1 12，110   。} 02       04       06

4 天神山※ 一56．0 一8，6 273

磯部鉱泉群      Se3 Wa曜er

5 磯部鉱泉 ^{一23．3 十2．1 11，930 −、。} 80

@0   ●  ● 6

上毛R−12※※

●  ●

一層層 o ＿  一  一   一  一   層  一  層 一  一  ｝   卿   一  一  卿  一   一  一  一   一 曹曹一一一一一 一一一一辱響雪 一＿＿ ^d

Calif。rnia※※※ ^9 −40

7 0−1，Cymric field 一11．4 十5．93 15，300 8 0−2，0ymric field 一16．1 十3、14 9，840

      ● YashIo l巴obe 9 0−3，Cymric伍eld ^一17．1 十2．93 9，940    −60 O Callf。mIa （〕08gt R8nπe8

lWhLte et al．，1973〕

10 0−4，0cc．Petrol． 一23．7 十3，42 8，480 11 0−5a， Wilber oil test 一17。9 十3．07 11，000

         ，

e邑8【    R￠旦atlc旧 be！weo口 C［  an己 8D co tOn巳50「 h■窟h  藺匡1e

12 0−5b， W観ber oil test 一21．3 十3．73 11，400      w8吐陰， 。r Y8、b、。 1、。b。 8nd C、Ilr。，ma 。1ε lleld、，．a、．

Fig．LRelation betweenC豆and δD contents of

※天神山は八塩鉱泉群から数100〃菖離れた神流川 high saline water of Yashio，Isobe and

      Cali董bmia oil fie【d areas．流域（渡瀬地域）の地下水である。

※※上毛R−12は磯部鉱泉から約5K蹴西方の上毛

天然ガスKKのガス採取井戸である。      いわゆる高鍼泉がある。日本では，青森秋田の県境の

※※楽White et al．（1973）8λ      矢立，湯ノ沢，秋田県の油田地帯の森岳，田屋である。

松葉谷治等（1974）8）またCalilbrniaのcoast reangeに あるoil五dd waterも同様な性格を示す（枷te et訓．，

m考  察      1973）鬼

温泉・鉱泉水の起源を論ずるにあたって，Wh虻eqg5の   第1図から本鉱泉水は海水と天水の混合系であるとみ 6）は北アメリカについて，太秦康光・那須義和（1960）  なされるが，ここでいう海水とは現海水を意味するもの 7）は北海道を主にして，温泉水，油田塩水，海水の化学  ではない。第2図のδDとδB（め関係をみると，これは 成分の含量を測定し，各成分の含量比の範囲を報告して  海水とmeteoric waterの混合を表わす直線よりもδ20

いる。ここでいう温泉水とは，White（1957）のいうVo l一 がプラスの方へずれている。このことは一般に海水が熱 canic hot spring of sodi㎝．chloride typeまたはma9一 水化等によって，周囲の岩石との間で酸素同位体交換を matic waterを指す。この分類の範囲にしたがって，化  起し，δBα直はプラスにずれる。もし，この間に塩素濃 学成分の含量比から考察すると，前述のようにこれら鉱  度は変化しないとすると，海水の塩素濃度533肱mo1／1 泉の起源は油田塩水が主でこれに温泉水が混合したもの  時に，δBO値は零よリプラスの値をとる。したがって本

       「

ﾆ解釈した。       鉱泉水は海水が変質したことが予想される。

ここで，水素および酸素の同位体比から，本鉱泉の起   つぎに本鉱泉水の起源の可能性を海水，温泉水，油田 源について温泉水（magmahc water），油田塩水（oil一  塩水の観点から検討してみる。

高瀬：入塩・磯部鉱泉の水素と酸素の同位体比について      173

magmatic waterの範囲よりかなりはなれていることから，

magmat三c waterが混合しているとは考えられない。

1・海水起源（・ea w・t・・）の可能性    C，aig（1963）1）とW、、t。（19・8）％同一地域の，her一 第1図に示したようにδDと塩素濃度との関係は，海  mal waterとsuri識ce waterとは，δDがほぼ等しいのに，

水と天水との混合系であることが示され，δDとδBOと  thermal waterのδBOがsurface waterより大きく，mag一 の関係（第2図）から，δBOの増加，つまリプラスの値  ma廿c water丘eklの方に偏よることがある事実を見出し をとることであり，標準平均海水（SM㎝）ではδD＝  た。これはther㎜i waterと岩石との成分の交換によっ 0％。，δBO＝0％oである。 Craig（1961）⑩）はsur一 てthermal waterにδBOが多くなるのに， D（2H）の変化

face waterのδDとδ殉の間には図2に示すような直線  量カシ1・さいためと彼は説明している。

関係，すなわちδD＝8δBO＋10の関係のあることを見   本鉱泉の高鍼泉水はδDに対してδBOが増加している 出した。本鉱泉のδD，δBOの値はδD＝−19．7〜282  ので，δBOが濃縮される環境下にあったことを物語って

％o，δBO＝＋2．1〜＋6．0％oであり， Craig（1961）皿） いる。すなわち，花南岩中のδBO＝＋8〜＋10％oなら のmeteoric−sea waterの基準線よりはるかにδBOの  びに堆積岩はδBO＝＋10〜＋30％oと報告されている プラス側にプロットされるので，現海水起源の可能性は  （Matsuhisa et aL，1973）ののを考えれば∫一般的に ほとんど考えられない。       いわれるこの重酸素の濃縮は，これらの岩石との同位体

一14   −12    −10    −8     −6    −4     −2      0     十2     十4     十6     ＋8    ＋10 この濃縮の機構としては，熱に

＋10

！ よる岩石との同位体交換が考え

0 られるが， Ciaybn et a且：11966）垢）

一10

▲IS°be°n field water8    ！

E曲1・一・繭・㎞・・ ／     ・ 澄よびHitchonとFriedman（19 U9卿は，δ・0値がプラ縦ず

癖一含呉▲

一30 ためと考えている。またδD値

渓 が0％oよリマイナス側にずれる

麟

！ ことについて，White et al．

⇔ ^／

6も 一50

 ！ ^{S翫ePP邑rd，}CNl61紬餌dヤ邑y1・r

P971Z

（1973）9）はC。lif。mi。の。。a，t 窒≠獅№?ﾌ高戯泉水について，そ

一70

   ノ       ． ノ、撫 のδD値（−10〜−30％σ）が C性堆積物中の含水鉱物（δD＝

￨50〜−80％o，savinとEps。

狽?戟C1970の）と間隙水として

一go とりこまμた海水が高温で再平

衡に達し，海水のδD値が0％o Fig．2・Relatbn betweenδDBO contents of high sa雌ne water of the    よリマイナス側にずれると説明

Yashio and Isobe aIeas．      している。

δD知よびδBO値の増減については、種々の見解があ るが，いつれにせよ本鉱泉水は第2図に示すようにmag一

2 温泉水（magmatic water）起源の可能性      matic wa艶r起源の可能性は考えられない。

White et・L（1973）9）は， Ry。（1966）u）やShePP。M，

Ni，1，e。規び丁刎，，（1971）％決めたm、即、，i、冊  a油田塩水起源（・il fi・ldw・t・・）の可倉髭性 terのδDとδBOの範囲を図示している（図2）。    第2図にWh虻eとRoberson（1962）B≧White（1965）⑨

この図で八塩・磯部鉱泉の高鍼泉水のδDとδ180は，  が報告したCalifbmia￠印ertiaryのo皿血eld walerのδDと

1恐      茨城大学教育学部紀要 第24号      1

δBOとをプ・ットした。八塩・磯部鉱泉のδDとδBOの   6）White， D． E．（1g57）：晦騨tic，。・mate，and mata一 値も，それぞれ図中の右側の上部の位置に集まる。した   m・ゆic waters．Bun．Ge・1．S・c．Amer． V・1．68，

がって，δDとδBOの関係から本鉱泉水の起源は海水か   恥・12・P1659−1682・

       7）太秦康光・那須義和（1960）：油田塩水と温泉水の化ら変質した油田塩水であることが明らかとなった。

       学成分の比較，日本化学雑誌，Vol．81，No．3， p．401この結果は，著者が以前化学成分比から検討した（19

@       8）松葉谷治，酒井均，鶴巻道二（1974）：有馬地域の温

63）結果とほぼ一致している。      泉，鉱泉の水素と酸素の同位体比にっいて，岡山大学温

V結 論       泉研究所酷N°・43，P 5−28・

9） White，D． E．，Bames，1．，0 Nen，孤R．（1973）二 八塩・磯部鉱泉の高鍼泉水の起源について，水素，酸    Themal and㎡neral waters。f nの㎜ete。ric。rigin，

素の同位体比から検討した。その結果をまとめるとつぎ   calif。rnia c。ast ranges．Geol． S。c．Amer． Bull，

のようになる。       Vol．84， P．547−560．

1．本鉱泉の同位体値はδD＝−19．7〜−28．2％o，  10）Craig， H．（1961）：Isotopic V韻ati㎝s in Meteo一 δお0＝＋2，1〜＋6．0％oである（SMOW，⑳＝0％o，   ric Waters．Scince， V。L 133，No．3465，p．

δBO＝0％。）。      1702−1703・

2．本鉱泉の高鍼泉水の起源は，δDとδBO値から油  11）Rye・R・0・（1966）：The曜㎞㍉姻ro9㎝・㎝d 田塩水起源の可能性が最も大きく，油田塩水起源と   Oxygen isotoPic c°mPosi廿on°f the｝Wdmthe「mal

       ●       ，

@       fluid respons ible for the lead−zlnc d eposlt s at ｻ断された他の地域（Calilbrnia，秋田県の油田地帯

      prov idenc ia，Zacatecas，Mbxi oo． E㎞．Geology iVbl．

ﾌ鉱泉）の値とよく一致する。

       61，No．8，p．1399−1427。

R．本鉱泉水の起源について，著者がさきに化学成分      12） Sh｛羽pard， S．M．F．， Niels㎝，R．L．， Taylor，

比から判断した結果（油田塩水起源）と今回の水素，      H．P．（1971）：Hydro9βn a！d oxygen isotope ratios

酸素の同位体比の結果とが符合した。         in m㎞rals fr。m p。rpk｝Ty。op似depσsits． E。αn．

Geology，Vo1．66， p．515』542．

終りにのぞみ，本研究を行なうにあたり，地質学的な  13）White，D． E．（1g68）：Enviro㎜ents of gener韻on 面から御指導をいただいた東京教育大学理学部地質学教    。f basemetal ore depos比s．Ec。n．GeD1。gy，Vol．

室渡部景隆教授ならびに水素，酸素の同位体の測定に御    63．No．4，p．301〜335．

協力いただいた岡山大学温泉研究所，酒井均教授および  14）Matsuhisa，Y．， Taimsho， Y．，㎝d Matsubaya，

松葉谷治博士に感謝の意を表します。       0（1973）：Oxy9㎝isot・Pe stωy・f the Ibaragi

granit ic co叫）lex，Osaka， So uthwest Ja卿。Geodlem．

参 考 文 献       J．Vo1．7，p．201＿213．

1） Craig， H．（1963）：T㎏isotopic geoehemistry of wa＿    15） Claytρn。 R・N・， Friedman， L・Gr自b・D・L・，

ter a皿carb。n in geothermal areas． Nud．Geol．     Ma周a，T．K．， Meent，W．F．， Shi田P，N・F・（1966）

Geothe皿 Areas， Spole to co㎡erence p廊ccedhgs      ：The orig㎞ of saline formatiαn waters．1． I sotopic α五ted壇E． TONG I ORG I，p．17−53．      oomμ｝s比ion．J． Geoウhys．Res．Vol．71，3869−3882．

2）高瀬一男（1963）：八塩鉱泉と渡瀬地域の地F水の化    16）H比dnn，B．，Friedma凡1・（1969）；Ge㏄㎏mist可 学成分の関係にっいて（その1），本紀要，No．13，μ     and origin （㎡fo㎜ation waters in western C戯

129 〜142．      sedimentary basin 。1・Stable isoto騨｝s of kydぼ09βn

3）高瀬一男（1964）；群馬県磯部鉱泉の化学成分につい     andαxygen．Ge（犯him．Cosm㏄h㎞．Acta， Vol．33，

て，本紀要，No．14， P．101〜118．      1321−1349・

4）高瀬一男（1966）：八塩鉱泉と渡瀬地域の地下水の化    17）Savin， S．M．， E悌tein， S．（1970）：T㎏眠ygen 学成分の関係について（その2），本紀要，No．16，p．     a㎡ h沁ro gpn i sotope geodBmistry（f㏄ean sediments

185〜202．      and shales． Geodhim．CosmDchim．Acta．Vo l．34，

5）Craig， H．（1961）：Standard for reporti㎎eoncen−    P・43−63・

trations of deuterium and oxygen−18 in natural    18）White， D． E．細Robers㎝， C．E・（1962）：Sulp一 waters． Science，133，1833−1834．      ㎞r㎞k， Califomia， amajor hot−spring quiρk

P

高瀬：八塩・磯部鉱泉の水素と酸素の同位体比について      1？5

s汎ber depos辻． in Enge l， A．E．J．， James．H． L．     19） White， D． E．（1965）：Salhle waters of sedi㎜tary

a㎡ILe（煎ard， B．F．， eds．， petrologic studies（Bud−       roeks， in且uids in s廿bsurfa4e e！！7ir（㎜eΩts−Asym−       ，

dington Vblume）：New ！brk，Geol． Soc．A㎜r iea，       posium． AnBr．Ass㏄。Petroleum Geologi sts，Mem．

p． 397−428 ．       4， p．342 −366 ．

Hydrogen and Oxygen Isotopic Ratios of Miniral Springs in Yashio and Isobe Area， Gunma Prefecture

Kazuo Takase

（Faculty of Education， Ibaraki University）

Abstract

The examinations were made on the relation betweenδD andδ180 in order to clarify the origin of high saline water of Yashio and Isobe mineral springs．

The results are succinctly givep below．

（1）  The isotope values of these mineral spring waters are obtaind asδD＝−19・7〜−28・2

％oalldδ180＝十2．1〜十6．0％o（SMOW， D＝0％o，δ180＝0％o）．

（2）  Juding from the ratios ofδD toδ180， the origin of this high saline water can not be regarded as the magmatic or sea water， but most probably the oil lleld water．

（3）  III terms of the origin of these mineral spring waters， the results of the prev」ous re・

searches made on the ratio of chemical composition accords with present one．