金沢市周辺の大桑層の堆積サイクル

北陸地 質研 究所報告

HGIReport

No.5August,1996 p.21卜 244

金沢市周辺の大桑層の堆積サイクル

北 村 晃 寿 *

Sedimentary cyclesin theOmma Fom ation aroundKanazawa City,Japan

AkihisaKitamura* (1996

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TheOmmaandUtatsuyamaFormationsexposedaroundKanazawaCity,CentralJapan,consist ofapproximately400m tllickofshallowmarineandcoastalnonmarinesedimentofPleistoceneage

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thickeningpattemsrecognizedin14fifth ‑orderdepositionalsequenceswerecausedbythird‑order sea‑levelchange. Insumma

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静 岡大学理学部地球科 学科

InstituteofGeosciences,FacultyofScience,ShizuokaUniversity,Shizuoka,422,Japan

211

は じめに

金沢大学理学部地学科に入学 した年 (1981年)の4月,私は 『大型化石研究マニュアル (小高民夫 編)』を頼 りに,大桑層の露出す る犀川を訪れた.そこで, 貝化石の ぎっしり詰 まった層 を見つけ (こ れは堆積サ イクル11基底の貝化石密集層であ る), きっそ く化石 の採取 を試み た ものの うま くいか ず,がっか りした.長野市の生 まれの私は,高校時代 に柵層の貝化石 を採取 していたのだが,そこで 培ったテ クニ ックが大桑層では通用 しなかったのだ.大桑層の貝化石 は柵層の もの よ りもず っともろ かったのである. さらに私 をがっか りさせ たことがある.尉 【ほ 訪れ るまで,

2

にや って きたのである.

修士論文 で,私は富山県高岡市に分布す る頭川層 を研究 した.この研究では,野外調査,粒度分析, 炭酸か レシウム含有量測私 浮遊性有孔虫 と底生有孔虫の比率,生物骨格粒子の組成 な どを検討 し, 頭川層の堆積環境 とその時代の相対的海水準変動の復元 を試みた, しか し,地質時代 を確定できなか ったこともあ り,研究 をうま くまとめ られなか った. だが,今考える と, この修士論文 は結構 イイ線 をいっていた.なぜ ならば,地層の堆横過程 を相対的海水準変動 と関連づ けて考 えるとい うことは, シーケンス層序学の概念に通 じるものであ り, また私が用いた手法は シーケン幻啓序学的解析で使わ れているものであったか らだ.残念なが ら,Ⅴailetal.(1977)の提案 したシー ケンス層序

挙を

十分に理解できなかったため,修士論文 はイイ線で終 わったのであ る.けれ ども, このイ射 二論文 を通 じて,私は氷河性海水準変動に伴 う堆積物 と生物相の変遷 に興味 を持 ったのである. そ して, この研 究テ‑マ を完遂す るための条件 も理解す るこ とがで きた.その条件 とは,①堆積 時代 が分 か ってお り,②地層の連続性が良 く,③水深 と海中気候 の変化 を記録す る化石, それ も現地性 で鹿す る,地層 である. これ らの条件 を満 たした地層が大桑層であった.

大桑層は,

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この度,細野義夫先生か ら小論 を執筆す る機会 を賜 った.金沢大学在学 中の諦座 は違 ったものの,

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先 生には多 くの有益 なア ドバ イスを頂いた･ また,先生が保管 されていた大桑層産貝化石標本 は,敬 の研究 に非常に役立 った･ ここに小論 を寄稿 し,先生‑の感謝の意 を表する次第です.

氷河性海水準変動

大桑 屑や卯辰山層の堆積サ イクルや そこに含 まれ る化石相の変遷 を理解するには,両層の堆積 した 時代背景 を知 る必要が ある･そこで, ここでは堆積サ イクルを作 り出した主要因の一つ,氷河性海水 準変動 について概説す る.

一つの例外 を除 き,すべ ての地質時代は示準化石によって区分 される.唯一の例外は,大桑層の堆 積 した時代,すなわち第四紀であ る.第匹粥己と第三紀の境界に関 しては,19世紀以来議論が続け られ てお り,現在では古地磁気の正磁極帯01duvaieventの上限に置かれている.第四紀 を他の地質時代 と際立 たせ ている特徴 は, この時代が人類の進化 した時代であるこ とと,数万〜10万年周期で氷期 一 間氷期 サ イ クルが繰 り返 したこ とである. もっ とも,最近の研究 では,人類の起源は約4M aまで

(e.g.,Wh iteetal.,1994.‑Leakeyetal.,1995),氷期 一間氷期サ イクルの始 まりも2.4‑2.7Maま で さかのぼ ることが明 らかにされている (e.g.

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さて,深海底堆積物 中の有孔 虫の酸素同位体比は,氷期 一間氷期サイクルのインデ ィケー タとして 櫨 めて有効 であ り, その記録 は2.4‑2.7Maに氷期 一問氷期サ イ クルが開始 したことを示す.そ し て,同時代に ノルウェー海の深海堆積物に漂流岩層 (ice‑rafteddehitus)が現れる (C.g.,Jansenet al.,1988)ことか ら,氷期 一間氷期サ イクルは北半球高緯度地域 に大規模 な氷床が形成 きれ たこと に よ る とされて い る.2.7Ma以 降の氷期 一間氷期 サ イ クルは,0.6Maを境 に,それ以前の4.1万 年 周期 が卓越す る小振幅 ･短周期の時代 と,それ以後の10万年周期が卓越す る大振幅 ･長周期の時代 に分け られ (e.g.,Bergeretal.,1994),0.9‑0.6Maの期間が気候変換期であった (e.g.,Ruddiman etal.,1988). また,Broecker&VanDonk (1970)によって,0.6Ma以降の氷期 一間氷期サ イクル は, ゆ っ くりと進行す る寒冷化 とその後に来る急激な温暖化 とい う非対称的な変動であったこ とが明 らかに されてい る.

この ような氷期 一間氷期サ イクルの周期性は,地球 の天文学的運動, ミランコビッチサイクルと強 い関係がある. なぜ な らば, ミランコビッチサイクルには,歳差運動による約

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氷期 一間氷期サ イクルに伴 い,地球表層環境は劇的に変化す る.気候変動は大気循環 ･海洋循環の 変化 とい う形で現れ, それ らは大気中の温室効果ガス濃度や海水 中の栄養塩濃度 を変 え, さらには生 物生産量や生物分布 も変化 させ る. また,極地域には氷床 として大量の水が トラップされるので,海 水準が下が る. これが氷河性海水準変動である.

氷河性海水準変動 の歴史は,海岸線の高度 と有孔虫の酸素同位体比の統合か らある程度 まで復元で

213

きる.Fairbanks(1989)は,バ ルバ ドス島において ボー リン グコアによって, 水深5m以浅に住む サ ンゴAcroporapalmataを採取 し, その年代 と深度 を測定 し,最終氷期最盛期 の海 水準は現在 より も121m低か ったことを明 らかに した.現在の極地城 の氷床 を構 成す る氷 の ♂80^{倍 は平均}‑40‰で あ り,全海洋の平均深度を3800mとす ると,121mの海水準低下 に よって海 水中の♂80倍 は 1.26ojt,'o 変化す る (0.0104%と,/m).ところが,世 界各地の深海底生有孔 虫の間氷

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日本海の第四紀環境変動

大桑層が堆積 した 日本海は練海であ り,4つの浅 い海峡 で外洋 とつ なが ってい る (図1). それゆ え,氷期 一間氷期サ イクルに伴 う環境変動は,太平洋や オホー ツ ク海 とは全 く異 な っ た様相 を皇す る.その特異性 を知 ることは,大桑層や卯辰山層の堆積サ イ クルの理解 に役 立つ. しか も,近年行わ れたODP掘削によって, 日本海の海洋環境変動の知 見は飛躍的 に増 大 した. この よ うな観点 をふま えて,以下に 日本海の第四紀環境変動について概説す る.

まず,Obaeial.(1991)の研究 をもとに,最終氷期以降の 日本海の環境変動 を紹 介す る.

彼 らは隠岐唯の水深935m (図1)か ら採取 したピス トンコア試料 を解析 し,85,000年 前か ら現在に 至 るまでの 日本海の環境には,5つの変化があったこ とを明 らか に した.

(1) 85‑27kaは対馬暖流は流入せず,冷 たい表層水が卓越 していた.海底の環境 は不良の好気的 状況 と酸化的状況の間で変動 した.

(2) 27‑20kaは淡水が 日本海に流入 した. これは多分黄河起源 であ り, 淡水 の流 入に よって成層 構造が形成 きれ,海底はシビアな無酸素状態 とな り, ほ とん どの底生生物 が死滅 した. そのた め, この期 間の堆積物は暗色で平行薬理 を持 ち,黄鉄鉱 を多 く含む.

(3) 20‑10kaは親潮が 日本海に流入 した.その練乳 深層水の通気性 が 回復 し,北 太平洋の浅海 性底生群集が津軽海峡 を通 って, 日本海に移住 し,空いて いた深海底 のニ ッチ を占有 した.

(4)10‑8kaは対 馬海流が 日本海 に一進一退 を繰 り返 しなが ら,やが て本格 的に流 入 して くる過

214

図

(1992)は,これを日本周辺域か らの河川水の流入に求めた. これは,東シナ海か ら日本海に流入す る低塩分水の消長 を指示す る珪藻 Pwaliasulcataの産 出が同時期 に最低になるためである.すなわ ち,対馬海峡南方海域か らの水の流入は考 えがた く,ゆえに淡水の起源 を日本海周辺城 に求め ざるを えない. また,現在の黄河の流量は石狩川のたった4倍 にす ぎない (斉藤文紀私信) こ とも,黄河説 には不利な材料である. そのため,現在,淡水の供給源 としては, 日本海周辺域か らの河川水説 (小 泉,1984;Tadaetal.,1992)と,アムール川説(Keigwin&Gorbarenko,1992)が あげ られている.

以上に, 日本海の500m以深で起 きた環境変遷 につ いて述べ た. そこで,次 に 日本海沿岸の浅海臨 海地域で起 こった環境変遷について述べ る.

海水準変動に対す る浅海臨海地域の地形変化 は,汎世 界的海水準変動,地殻変動,堆積物供給速度 に規制 され る.前二者については最終氷期以降では 日本海特有の地質学的現象は認 め られないが,堰 積物供給速度に関 しては特有の現象が見 られ る.それは,対馬 海流の流入に よる日本海側の陸上気候 の劇的変化に関係す る.すなわち,対馬海流の流入によって, 日本海側はそれ以前 の乾燥気候か ら冬 季に大量の降雪が もた らされ る気候‑ と変化 し (例 えば,安 田,1982),その結果堆積物の供給量が 増加 したのである.例 えば,富山深海扇状地 においては,3万年前か ら現在 までの間では,13,000‑

6,000年前の期間にター ビダイ ト頻度が最大になったが, この原因は対 馬海流の流 入に伴 う多雪化に あるという 仲 嶋,1991).このように, 日本海の浅海臨海の堆積作用 ･地形変化 を考 察す る上で, 多雪化は極めて重要である.

さて,最終氷期以降の 日本海の環境変遷 を述べ たが, これ ら一連の環境変動は何 時か ら始 まったの か ? その答えは,ODPコアの研究にある.ODPLeg127(図1)の コアには,明暗層が認め られ, 明色層は間氷期 に,暗色層は氷期 に堆積 したことが明 らか となった (Tadaetal.,1992).この明暗 層は約2.6Maに始ま り,約1.2Ma以降,明暗の コン トラス トがはっきりす る (Tada

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2).これ らのことは,最終氷期以降の 日本海 に見 られ た環境変遷一 氷期 には海底 が選 元的環境 とな り,間氷期には酸化的になる‑が,過去260万年間続 いたこ とを意味す る. また,1.2Ma (Bergeret al.(1994)の年代 スケールを使 えば1.3‑1.4Maとな る)以降に関 しては,間氷期 ご とに暖流系貝 化石群集が現れるので (北村,1995),海底に溶存酸素 を送 り込んだ担い手 として は,対馬海流の変 質 した 日本海固有水が考 えられる. このような時代背景 の下 で,大桑層 と卯 炭山層 が堆積 したのであ

る.

大桑層の概要

大桑層は石川県金沢市菅谷 を西限 とし,東は富山県小 矢部市西部 まで分布 する. 日本海沿岸地域に 露出する同時代 の海成層 としては,韓国の済州島を除けば,大桑層は貴 も西 に位置す る.つ まり,陸 上 に露出す る地層 としては,対馬海流の最 も上流側 に位 置す るの である.大桑層 の研 究史や年代論 は, この論文集の別稿 に詳 しく説明されているので, ここでは大桑層の堆積サイクルの層序学的位置, ならびに,本論で扱 う模式露頭 と夕 日寺の大桑層の地質概説 を記す.

大桑層の模式露頭は,石川県金沢市大桑町犀川河床 (図 2) にある.ここの大桑層の走向 ･傾斜は E‑W ･10‑20oN,全層厚は約210m,岩相 ･貝化石群集か ら下部 ･中部 ･上部に3分 され る(図3) (北村 ･近藤,1990).下位 の犀川層 (Ogasawara,1977)と大桑 層 との接触部は観察 で きないが, 上位 の卯辰山層 (市原ほか,1950)と大桑層の接触部 は,大桑橋 よ り上流側 の犀川右岸の段丘崖で観 察でき,卯辰山層が大桑層 を削 り込 んでいる (図3)(北札 1994).ここの大桑層 には少 な くとも14 回の堆積サイクルが見 られ, また少な くとも4枚 の 白色凝灰岩層が挟 まれ る (図3).微化石層序 ･

216

古地磁気層序の基準面に基づ くと,大桑層中部 と上部 の堆積時代はそれぞれ1.5‑1.OMa,1.0‑0.8 Ma (≒0.79Ma:Bmnhes/M如uyama境界年代) と推定 され る (図3).なお,堆 積 サ イ クル9は 模式露頭では欠落 しているが, これは金沢市山科地域 で見 るこ とができる (図2,4

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図 3

模式露頭の大桑層の柱状図 と主要な貝化石種の層位分布.生層序基準面 は高山ほか

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l:大 桑層中部の堆積サイクルの番号.I

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イクルの番号( 北村

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横式露頭,山科

,夕日寺の大桑層中部の対比.

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