岩 石 鉱 物 鉱床 学 会 誌 79, 498-502, 1984
瀬戸 内地 方領家 帯 に産 す る含亜 鉛鉄 ス ピネル
Zincian
hercynite
from
the Ryoke
Zone in the Seto Inland
Sea area
瀬 尾 孝 文(Takafumi Seo)*
横 山 俊 治(Shunji Yokoyama)*
鈴 木 盛 久(Morihisa Suzuki)*
Zincian hercynite-bearing pelitic gneiss is found from the Ryoke Zone of the Seto Inland Sea area, southwest Japan. The rock has the mineral association of biotite, muscovite, hercynite, sillimanite, plagioclase, quartz, graphite, ilmenite, tourmaline and apatite. Andalusite, cordierite and K-feldspar are sometimes associated with the above paragenesis. The hercynite is always included in the porphyroblastic sillimanite and shows the chemical composition of He62.7•`73.6Ga13.5•`25.4Sp11.9•`,3.1. Based on the microscopic texture and chemistry of hercynite and sillimanite, it has been inferred that the hercynite is recrystallized at the climax of the regional metamorphism at the expense of staurolhte.
I.は じ め に 愛 媛 県 魚 島 村 は 燧 灘 に 浮 か ぶ 高 井 神 島,魚 島,江 ノ 島,な ど の 島 々 か ら な り,瀬 戸 内 領 家 帯 の 中 心 部 に 位 置 す る(Fig.1)。 こ の 地 域 は,泥 質 な い し珪 質 岩 主 体 の 領 家 片 麻 岩 類 お よ び 深 成 岩 類 か ら構 成 され る。 変 成 岩 類 の 構 造 は,き わ め て 緩 傾 斜 を 示 し,比 較 的 単 調 で あ る 。 片 麻 状 構 造 を 有 す る花崗 岩 類 は 変 成 岩 類 の 構 造 に 調 和 的 に貫 入 す る 。 魚 島 地 域 の 泥 質 ・砂 質 片 麻 岩 で は 白雲 母 一 黒 雲 母 上 珪 線 石 一菫 青 石 一 カ リ長 石 一 斜 長 石 一 石 英 の 組 合 わ せ,珪 灰 質 片 麻 岩 で は,ざ くろ 石 一 方 解 石 一 珪 灰 石 の 組 合 せ な どが 認 め られ る の で,こ の 片麻 岩 類 の 変 成 度 は 角 閃 岩 相 に 対 応 し て い る(濡 木 ら,1982)。 魚 島 村 の 南 西 部 に 位 置 す る江 ノ 島 の 泥 質片 麻 岩 中 か ら,亜 鉛 を 含 む 鉄 ス ピ ネ ル が 発 見 され た 。 か って 領 家 帯 の 泥 質 変 成 岩 中 か ら 含 亜 鉛 鉄 ス ピ ネ ル が 記 載 さ れ た 例 は な い 。 こ こで は,こ の 産 状 と 岩 石 学 的 記 載 お よ び, そ の 成 因 的 意 義 に つ い て 報 告 す る 。 II.岩 石 の 分 布 と変 成 度 江 ノ 島 の 地 質 図 お よ び 試 料 採 集 位 置 をFig. 2に 示 す 。 江 ノ 島 に お い て は,島 の 南 端 部 に 黒 雲 母 トー ナ ル 岩 が わ ず か に 露 出 す る が,大 部 分 は 泥 質片 麻 岩 で 占 め
Fig. 1. Index map of the Uo-shima area.
T, Takaigami-jima
; U,
Uo-shima;
E,
Eno-shima.
ら れ,こ れ に 砂 質,珪 質 片 麻 岩 が 挾 在 され る 。 泥 質 片 麻 岩 に 出 現 す る代 表 的 鉱 物 組 合 わ せ は,次 の よ うで あ る 。 (1)珪 線 石 ±紅 柱 石+黒 雲 母+白 雲 母 ± カ リ長 石+ 斜 長 石+石 英 (2)珪 線 石+紅 柱 石+菫 青 石+黒 雲 母+白 雲 母+カ リ長 石+斜 長 石+石 英 (3)菫 青 石 十 黒 雲 母 十 白 雲 母 ± カ リ長 石 十 斜 長 石 十 *広 島 大学 理 学 部 地 質 学鉱 物 学 教 室 (昭 和59年9月10日 受理)瀬 戸 内領 家 帯 の 含 亜 鉛鉄 ス ピネ ル 499
Fig. 2. Geologic map and geologic profile of the Eno-shima showing the locality of sample containing zincian hercynite in the Uo-shima area, Southwest Japan. 1, tonalite; 2, psammitic gneiss; 3, pelitic gneiss; 4, siliceous gneiss; 5, basic
gneiss; 6, fault; 7, strike-dip; 8, locality of zincian hercynite bearing rock.
石 英 (4)黒 雲 母 十 白 雲 母 ± カ リ長 石 十斜 長 石 十 石 英 そ の 他,ジ ル コ ン,リ ン灰 石,電 気 石,グ ラ フ アイ ト, イル メ ナ イ トな ど を 含 む 。 以 上 の こ とか ら,本 地 域 は 領 家 帯 の 中 で,珪 線 石 帯 に 属 す る と い え る。 鉄 ス ピ ネ ル を 含 む 泥 質 岩 の 鉱 物 組 合 わ せ は,珪 線 石 ±紅 柱 石 ±菫 青 石+黒 雲 母+白 雲 母 ± カ リ長 石+斜 長 石 十 石 英 で あ り,リ ン 灰 石,電 気 石,グ ラ フ ァイ ト, イ ル メ ナ イ 卜な どが 随 伴 さ れ る 。 こ の よ う な鉱 物 組 合 わ せ を もつ 岩 石 は 鉄 ス ピ ネ ル を 含 ま な い 岩 石 の 中 に, ご く普 通 に 見 い 出 さ れ る。 珪 線 石 は 変 斑 晶 を な し,し ば しば,長 軸 方 向(C軸)が 数 セ ン チ メ ー トル の 長 さ に達 す る 結 晶 も見 い 出 され る。 こ の 珪 線 石 変 斑 晶 は 黒 雲 母 な ど と 共 に 片 理 面 内 に お い て,明 瞭 な 線 構 造 を 形 成 す る 。 紅 柱 石 も 変 斑 晶 状 を な し て 産 す る が,そ の 周 囲 は 白雲 母 に よ っ て 交 代 さ れ,不 規 則 な 外 形 を 示 す 。菫 青 石 は 雲 母 類 を 多 数 含 む 変 斑 晶 と して 出 現 す る場 合 も あ る。 鱗 片 状 の 黒 雲 母 は定 向 配 列 を 示 し,片 理 面 を形 成 す る が,白 雲 母 は 片 理 面 と無 関 係 に配 列 す る場 合 が 多 い 。 III.産 状 と化 学 組 成 含 亜 鉛 鉄 ス ピ ネ ル は 珪 線 石 変 斑 晶 中 の 包 有 鉱 物 と し て,石 英,黒 雲 母,不 透 明 鉱 物 な ど と と も に 観 察 さ れ る(Fig.3)。 鏡 下 に お い て 緑 色 を 呈 し,粒 径 が0.02∼ 0.08mmの 他 形 粒 状 結 晶 で あ る。一 つ の 珪 線 石 変 斑 晶 当 り,数 粒 の 鉄 ス ピ ネ ル が 含 ま れ,多 い も の で は10粒 以上 含 ま れ る場 合 が あ る。 鉄 ス ピ ネ ル は 珪 線 石 変 斑 晶 の 縁 辺 部 近 くに 多 く見 い 出 さ れ る傾 向 が あ り,珪 線 石 中 に 完 全 に包 有 され,基 質 部 を 構 成 す る鉱 物 や 変 斑 晶 中 の 他 の 包 有 物 と も接 す る こ とは な い 。 鉄 ス ピ ネ ル のEPMAに よ る 分 析 値 をTable 1に 示 し た 。 鉄 ス ピ ネ ル のZnO含 有 量 は6∼10wt.%に 達 し, He62.7∼73,6∼Ga,3.5-25.4-SP、1.9∼13.7の組 成 範 囲 を示
500 瀬尾 孝 文 ・横 山 俊 治 ・鈴木 盛 久
Fig. 3. Photomicrograph taken without nicol and sketch of zincian hercynite (stipple) en closed in sillimanite porphyroblast (line) in pelitic gneiss from Eno-shima. Scale bar is 0.2 millimeter. sil, sillimanite; her, zincian hercynite. す 。Zn/(Zn+Fe)比 は0.15∼0上29と な り,か な り亜 鉛 に 富 む こ と が 判 明 した 。 IV.含 亜 鉛 鉄 ス ピネ ル の 安 定 関 係 角 閃 岩 相 程 度 の 変 成 度 で,一 般 に 泥 質 岩 に 出 現 す る 変 成 鉱 物 の うち,結 晶構 造 上4配 位,2価 の 陽 イ オ ン の 位 置 を もつ 鉱 物 は 十 字 石 や ス ピ ネ ル で あ り,亜 鉛 は そ の よ う な 位 置 にFe2+を 置 換 して 入 りや す い と言 わ れ て い る(Stoddard,1979;Griffen and Ribbe,1973; Burns,1970な ど)。 鉱 物 組 織 的 な 観 点 か ら,十 字 石 の 分 解 に よ りス ピ ネ ル が 生 じた こ とを 示 し た 例 と して,Kwak(1974)や Atkin(1978)な ど の 報 告 が あ る。 ま た,鉄 ス ピ ネ ル が 亜 鉛 を 含 有 す る と い う,主 に 鉱 物 組 成 上 の 特 性 か ら,そ の 起 源 を 十 字 石 の 分 解 に 求 め た 例 と し て,Loomis
(1972),Stoddard(1979), Atkin(前 出), Woodswor th(1979)な どが あ る 。 本 邦 に お い て も,飛 騨 変 成 帯 か
ら,こ の よ うな 産 出 が 知 られ て い る(Suzuki and Osa-kabe,1982)。
Table 1. Chemical
compositions
of zincian
hercynites (sample No. N80"4-1)
* Total Fe as FeO (Analyst: M. Suzuki)
一 方,黒 雲 母 に も 小 量 の 亜 鉛 が 含 有 され る場 合 が あ り,こ の よ うな 黒 雲 母 の 分 解 に よ り鉄 ス ピネ ル を 生 じ た こ と を 示 した 例 は,Dietvorst(1980)に よ り記 載 さ れ て い る。 し か し,本 地 域 の 黒 雲 母 のZnOの 含 有 量 は 約0.1wt.%か,そ れ 以 下 と低 く,黒 雲 母 は 含 亜 鉛 鉄 ス ピ ネ ル の 形 成 に は 関 与 して い な い と考 え られ る 。 魚 島地 域 で は,亜 鉛 を 含 む 十 字 石 は,ま だ 見 い 出 さ れ て い な い が,領 家 帯 の 他 地 域 に は 亜 鉛 を 含 む 十 字 石 が 出 現 す る(Asami and Hoshino,1980)。 ま た,江 ノ 島 の 含 亜 鉛 鉄 ス ピネ ル と共 存 す る 鉱 物 組 成 や 組 織 か ら み て,次 式 に よ っ て 示 され る含 亜 鉛 十 字 石 の 分 解 反 応 が 生 じ た と推 定 さ れ る 。 Zn-Sta (含 亜 鉛 十 字 石)
→
Zn-Her (含 亜 鉛 鉄 ス ビ ネル) 十 Cord (菫 青石) 十Sill (珪 線石) 十HZO (水) Richerdson(1968)は 十 字 石 の 鉄 ス ピ ネ ル+菫 青 石+珪 線 石 へ の 分 解 反 応 をP-T図 上 に 位 置 づ け た 。こ れ は,Q.F上M.バ ッフ ァ ー に よ っ て 規 定 され た 酸 素 分 圧 下 で,Mgを 含 ま な い 系 に お い て 確 立 され た も の で あ る 。 し か し,鉄 ス ピ ネ ル や菫 青 石 に はMgOが 含 まれ, MgOが,こ の 系 に 加 わ れ ば,平 衡 条 件 も変 化 す る 。ま た 本 地 域 の よ うに 亜 鉛 が 含 ま れ る場 合 の 影 響 も知 ら れ瀬 戸 内領 家 帯 の 含亜 鉛 鉄 ス ピネ ル 501 て い な い 。 した が っ て,Richerdsonの 示 し た 鉄 ス ピネ ル の 分 解 曲 線 は 半 定 量 的 な 意 味 で し か 適 用 で き な い が,3kb前 後 の 圧 力 で,700∼800℃ と い う高 温 条 件 下 の反 応 で あ る。 薫 青 石 を 欠 く 鉱 物 組 合 わ せ の 場 合 は,Loomis (1972)に よ っ て 示 さ れ た 次 の よ うな 反 応 式 が 考 え られ る。 Sta (十 字 石)
→
Her (鉄 ス ピ ネル) + Sill (珪 線 石) + QtZ (石英) 十H20 (水) V,鉄 ス ピ ネ ル を 含 む 珪 線 石 のFe203含 有 量 横 井(1983)は 領 家 変 成 岩 中 に 産 す る 珪 線 石 中 の Fe2O3の 含 有 量 は 変 成 度 の 上 昇 と と も に 増 加 す る こ と を 示 し た 。 本 地 域 の 鉄 ス ピ ネ ル を 含 む 珪 線 石 に つ い て もFe203の 含 有 量 と濃 度 分 布 を 調 べ た(Fig. 4)。 こ の 結 果,珪 線 石 のFe203含 有 量 は0.18∼0.32 wt.%の 範 囲 に あ り,結 晶 の 周 辺 部 でFe203が 増 加 す る傾 向 が み ら れ る 。し か し,Fig. 4-aに お い て 顕 著 な よ うに,結 晶 の 最 外 縁 で 再 び 減 少 傾 向 を 示 す 場 合 も あ る 。 珪 線 石 の 成 長 に 関 し て,Fe2O3の 含 有 量 が 中 心 部 か ら 縁 辺 部 の 最 大 値 を と る部 分 ま で を 変 成 度 の 上 昇 過 程 に 晶 出 した と仮 定 す る な らば,Fe203の 最 大 値 を も つ 部 分 か ら結 晶 端 ま で は 後 退 変 成 作 用 の よ うな 温 度 が 下 降 す る 時 期 に 晶 出 した と解 釈 で き る か も し れ な い 。 前 述 の よ うに 鉄 ス ピ ネ ル は 珪 線 石 変 斑 晶 の 比 較 的 包 有 物 に 蜜 む 縁 辺 部 に 多 く見 ら れ る 。Fig.4-aで は,鉄 ス ピ ネ ル は 珪 線 石 の 外 側 か ら100∼200μ 以 内 に 包 有 さ れ, Fig.4-bで は50μ 以 内 に し か 存 在 し な い 。 し た が っ て,鉄 ス ピ ネ ル の 生 成 反 応 は 珪 線 石 の 生 長 過 程 か ら み る と最 高 変 成 度 あ る い は,そ れ を 少 し過 ぎ た 後 退 変 成 期に 生 じ た とい え る。Fig. 4. Electron microprobe profiles for Fe2O3 across two hercynite-bearing sillimanites in pelitic gneiss. VI.考 察 Richardson(1968)が 示 し た 十 字 石 の 分 解 に よ る鉄 ス ピネ ル の 生 成 曲 線 は,前 述 の よ うに 実 際 に はMgの 加 わ っ た 系 で あ る こ とや 水 蒸 気 圧 に よ って も,そ の 位 置 が 変 化 し,厳 密 にP-T図 上 に 規 定 す る こ と は 困 難 で あ るが,瀬 尾 ら(1982)が 示 した 魚 島地 域 の 地 質 温 度 計 に よ る変 成 温 度 見 積 り(514∼687℃)の 中 で比 較 的 高 温 の もの は 上 述 生 成 曲 線 付 近 の 温 度 が 示 さ れ て い る 可 能 性 が あ る。
Seo and Hara(1980)は 愛 知 県 三 河 高 原 の 領 家 帯 に お い て,黒 雲 母 の 組 織 解 析 か ら紅 柱 石 帯 の 黒 雲 母 片 岩 の 変 形 変 成 史 を 次 の よ うに編 ん だ 。 第1時 期 相:A-黒 雲 母 内 に 包 有 され て い るSi片 理 の 形 成に 関 係 す る 変 形 変 成 作 用 。 第II時 期:非 変 形 条 件 下 で のA一 黒 雲 母 の 出 現 。 第III時 相:A-黒 雲 母 の 結 晶 内 す べ り変 形 と そ れ に 伴 う粒 内 再 結 晶 作 用(=C一 黒 雲 母 の 形 成)。 第IV時 相:Pressure solutionを 主 要 機 構 と す る 変 形
作 用 に よ るA-黒 雲 母 の 形 態 定 向 配 列 の 形 成 お よ びB一 黒 雲 母 と 白 雲 母 の 再 結 晶 作 用 (=Se片 理 の 形 成)。 こ の う ち,領 家 帯 の 全 域 を 通 じて 鷹 域 的 に 発 達 す る 東 西 性 の 片 理 形 成 時 相 を 第IV時 相 と み なす な らば,横 山 ・瀬 尾(1982)に 示 した よ うに,本 地 域 の 岩 石 を 構 成 す る 珪 線 石 や 黒 雲 母 な ど は,こ の 第IV時 相 に 対 応 し う る産 物 で あ る。 ま た,Seo at al.(1981)は 十 字 石 の 出 現 が 第1時 相 で あ り,そ の 時 相 の 黒 雲 母 や ざ くろ 石 と安 定 に共 存 して い た こ と を 示 し て い る。 そ し て,十 字 石 は 第II時 相 に お い て,十 字 石+白 雲 母+石 英 → ざ く ろ 石 十 黒 雲 母 十紅 柱 石 十 水 の よ う な 反 応 を 起 こ し,そ の 大 部 分 が 分 解 した と考 え ら れ る。 さ ら に,変 成 岩 は,現 在 の 領 家 帯 に 一 般 的 に み られ る鉱 物 組 成 や 構 造 特 性 に 改 変(第IV時 相)さ れ る が,少 量 のZnを 含 む 十 字 石 は 紅 柱 石 帯 や 珪 線 石 帯 の 一 部 に 残 存 す る (Asami and Hoshino,1980)。 本 地 域 の 鉄 ス ピ ネ ル は, この よ うに して 第IV時 相 ま で 残 留 した 十 字 石 か ら生 成 した も の と考 え られ る 。 魚 島 地 域 の 含 亜 鉛 鉄 ス ピ ネ ル は,そ の 産 出 状 況 や 鉱 物 組 合 わ せ,お よ び 鉱 物 学 的 諸 観 点 か ら,亜 鉛 を 含 む 十 字 石 の 分 解 に よ っ て 生 じた と考 え え る の が 妥 当 で あ ろ う。 そ の 際,十 字 石 に収 容 され て い た 亜 鉛 は,そ の 分 解 時,あ る い は 分 解 後 に 鉄 ス ピ ネ ル に 再 集 積 した 。こ の 十 字 石 の 分 解 反 応 は 角 閃 岩 相 の 高 温 部 で 起 こ っ た こ とが 推 定 され る。
502 瀬尾 孝 文 ・横 山 俊治 。鈴 木 盛 久
謝
辞
魚島地 域 の 野外調 査 に 関 して は,岡 山大
学教 養部 濡 木輝 一教 授,山 口大 学教 養 部西 村祐 二 郎教
授,岡 山大学 理 学部 柴 田次 夫博 士 と共同 で 行 な った。本
研 究 を ま とめ るに あた り,上 記 の 諸先 生方 に は有益 な
討論 や 御助 言 を いた だい た。 ここに記 して御 礼 申 し上
げ ます。なお,こ の研 究 には,昭 和55年 お よび昭和56
年 度 の科学 研 究費 補助 金 総合研 究(A)・534039(代
表
老;福 岡教 育大 学 山本 博達 教授)の 一 部 を使 用 した。
引 用 文 献
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