介形虫化石群の変遷 に基 づ く大桑層 中部堆積時の水塊構造

北陸 地質研究所報告

HGIReport No.5August,1996 p.145‑165

介形虫化石群の変遷 に基 づ く大桑層 中部堆積時の水塊構造

神谷隆宏 * 小沢広和 * 北村晃寿 **

PaleoIWatermassStmCtureduring thedepositionofmi ddlepart oftheOmma Fom ationbased on the changeofostracodeassemblage

TakahiroKamiya

* ,

(1996

年

月

日受理 )

,

,

Abstract

Paleo‑watermassstructureisusuallydifficulttoreconstructinthegeologicrecordunlesskeybeds suchastephrasarewidelydistributedandcoverextensivepaleogeograptdcenvironments.Insome specialoccasions,however,evenasinglecolumlarSectionwouldprovideenough informadonto estimatethepaleo‑watermassstructure.AnoutcropatYuhideraareaasweuasOkuwaareain

K

,

K

Keywords:paleo‑watermassstructure,Ostracoda,OmmaFom1ation,JapanSeaProperWater, TsushimaWam Cu汀ent,earlyPleistocene

* 金沢大学理学部地球学教室 〒

金沢市角間町

DepartmentofEarthSciences,FacultyofScience

,

,

柑

静岡大学理学部地球科学数量

静 岡市大谷

hstituteofGeosciences,FacultyofScience,ShizuokaUniversity.8360ya,Shizuoka422,Japan 145

はじめに

地質時代の海洋の水塊構造 を推定 した研究は少 ないが,例 えば 日本にお いては,掛 川 層群 中の凝 灰岩鍵層に治って貝化石群を認定 し,底生 ･浮遊性有孔虫化石の酸素 同位体比の測定 を行 い,鮮新 ‑ 更新世の太平洋岸黒潮系水の水温水深勾配 を推定 した もの

,房総 ･三 浦半島周辺の中部更新統中の凝灰岩鋸屑を基準に,底生 ･浮遊性 有孔虫化石群の垂直 ･水平方向への 変化を比較 し,黒潮 一親潮の分布 と変遷に言及 した もの (

,

などを先駆的研究 として 挙げることができる.これらの研究は基本的には,対比 された凝 灰岩層 を同時間面 として用い,地質 学的にその直前あるいは直後の古堆積盆内にどのような海洋環境 が拡が っていたか を古生物学的ある いは地球化学的手法から復元Lている.すなわち,ある一時間面で見たときの水平的復元を主体 としている.

ところが,調査城内に都合よく凝灰岩屑が分布 し, それ を追跡 ･対比す ることで十分 な古地理学的 復元がなされることは一般的にはまれである. この ような場合, それにかわる手法 として,あ る地点 の海洋環境の ｢ 時系列変化｣か ら過去の水塊構造の推定が上手 くなされ る場合がある.詳 しくは後述 す るが,露頭にみられる岩相の垂直方向への変化な どか ら水深の変化に一定の傾 向 ( 深海化 または浅 海化)があ り,化石群 もそれに付随 して垂直的方向に劇的 な交替が認め られ,かつそれ らの化石群が 現在の水塊構造に依存 して分布する生物群集に楯似 している場合,交替層準においてみ られる垂直方 向の変化をある時間画における水塊構造によみかえるこ とがで きる.地 層内の海洋環境は刻一刻変化 していたのであるか ら, この復元は厳密な 意 味での同一時間面での水塊の 復 元 とはいかないが,それ で も地域内の水平的な対比が十分にで きない場合には有効 なアプ ロー チである. この ような方法 を用 い,房総半島に分布す る上郡更新統地蔵堂層,薮層堆 械時の古水塊構 造の特徴 と,両者の相違点が, 介形虫化石群の比較 を過 して明 らかにされた

北陸地域に分布する鮮新 一更新統大桑層には,短周期の氷河性 海水準変動が記録 されてお り ( 例 え ば,北村 ･近藤

また現在の 日本海の水深

付近 に ｢ 温 暖 な対 馬暖流 と寒冷 な 日本海 固 有水｣とい う明瞭な海洋水塊構造の境界が存在す るこ とを合 わせ て考 えると,大桑層はここでい う｢ 露 頭にみられる古海洋環境の時系列変化｣か ら水塊構造 を復元す るにあた り理想的 な材料 を提供す ると 思われる.実際,

は金沢から富 山にかけて分布 す る模 式地下部お よび下部相 当層 準の介形虫化石群の垂直的変化 を,特 に岩相 と貝化石群の変化層準に注 目して詳 しく検討 し,間氷期 に 日本海に流入す る対馬暖流の厚 さが時代 とともに次第に増大 して い く様 子 を明 らか に した.北村

および本論文集)は,金沢市夕 日寺地域 と大桑地域の大桑層 中部層準 を対比 し,貝化石群の垂 直的変化を

地域間で比較 し,約

万年周期の氷河性気候変化時 に古 日本海に生 じた海洋水塊構造の 時間的変化を復元 した.

本小論では,水平距離で約

離れた大桑地域 と夕 日寺地域 で対 比 され た大桑層 中部 にみ られ る 堆積サイクルのひとつ ( 北村 ･近藤

のサイクル

)に注 目し, この

地域 間で介形虫化石群 の 垂直変化 を比較 した. この

地域間での貝化石群,岩相の比較は既 になされつつ あったが ( 北村

6

および本論文集) ,介形虫は大桑層下部 ･中部産 の化石群 の情報が豊富 で,現生群集 との比較が容 易であ り,かつ数量的取 り扱いにす ぐれる点で貝化石群 とは独立 した解析 が可能 であ り,新 たな結果 が加わることが期待 された. 目的のひ とつは,約

万年周期 といわれ る一 回の氷期 ･間氷期の気候変 動の間氷期最盛期に,北陸地域の 日本海沿岸部にあ らわれた水塊構造 を,介形虫化石群に基づ き復元 す ることである. また,最盛期以外の時期の海洋環境,海中気候 変動 に ともなう介形虫化石群 の変遷 パター ンについて も考察 を試みた.

146

試料 と方法

本研究の調査地 を図 1に示す. 図

の地点 1は大桑 町 犀川河床 の大桑層模式地 で,この 中部層準 ( 約

万年前か ら

万年前の年代値 を示 す)には約

万年 周期の 卓越 す る氷 河性 海水 準変動 に と もな う 堆積 サイ クルが

回み られ る ( 例 えば,

地 点

は夕 日寺地域 で, ここに も大 桑層 中部層準 と考 え られ る堆積サ イ クルが露 出す る.両地域 の対比 ( 図

は,含 まれ る凝灰岩層 ( 図

2:04)

のガラ スの屈折率 の頬根性,軟体動物 化石 の生 層序 学的情報 お よび岩相 変化 のパ ター ンか ら結論 された りヒ村

お よび本論文集).

大桑地域の堆積 サ イ クル

( 生 層序年代値約

は層厚約

で,下位 よ り貝化石 の密集す る砂 磯層 ( 約

,淘汰 の よい細 粒 砂 層 ( 約

,泥 質細 粒 〜庵細 粒砂 層 ( 約

,下 部 は上 部 に比べやや泥が ち) と岩相 が変 化す る ( 図 2 , 左 側 の柱状 図上 夕 日寺 地域 の堆積 サ イ ク′ ル 2 は層 厚約

で,下位 よ り貝化石密 集 層 ( 約

, 淘汰 の 良 い細 粒砂 層 ( , 約

泥 質細 粒 〜恒細 粒砂 層 ( 約

,生痕化石 の密集す る髄細粒砂層 欄

をは さんで再 び泥 質細粒 〜魔細粒砂層

( 約

があ らわれ る ( 図

, 右側 の柱状 図).

図

^:

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148 ^lJ:;iil

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図 2:大桑 ( 地点 1) と夕日寺 ( 地点

2)でみ られ る大桑層の準構サイ

クル される層準を示す.

付近の柱状図 ･試料採取層準および

地点間の対比.破線 は対比

介形虫化石用の試料 は,岩相 と貝化石群の変化 を考慮 しなが ら,大桑地域のサ イ クル 2 よ り 4 点 ( C

,サ イ クル

黄 下部 よ り

の計

層 準か ら,乾 重量

の堆積 物 を採 取

した.同様に夕 日寺地域 のサ イ クル

よ り

,サ イクル

最 下部 よ り1点

9

)の計

層準か ら乾重量80

の堆積 物試料 を採 取 した ( 図

. これ らの試料 か ら,通常 の試料処 理法 に基づ き,

試料 につ き約

個体 をめ どに介形 虫化石 を拾 い出 し, 同定 を行 った.

結果および考察

夕 日寺地域の最下部 の試料

) を除いた残 T )の

試料か ら介形 虫化石 が得 られた.同定の結 莱, それ らは

種 にのぼ った ( 表 1) . 介形 虫化石 を塵 した

試料 の うち,産 出個休数 の魅端 に少 なか った

試料

;個体 数

,

;個体数

) は分 析か ら除外 した.保 存状 況が悪 か った り産出頻度 が低いため に十分 な個体数の得 られ なか った試料 が他に もあ るが,便宜上解析対象 に加 え,計

1 試料 の 介形虫化 石群 を検討 した.

まず,

1 試料の類 似性,す なわ ち種構成 と産 出頻 度 に基づ く頬似性 を客観的 にみ るために Q モー ドクラスター分析 を行 い,相 関係数 を用 いて完全連結 法 で樹状 図 をえが いた ( 図

.非難似度

で 便宜的に区分す る と

1試料 は大 き く

つの ブル… プ に分け られ る. それ らは大桑, 夕 日寺両地域の サ イ クル敢下部 または敢上郡 を特 徴づ け る グルー プ

,

,

,

,夕 日

1 C3C1YY2

2 C2Y

3a C?_YY YY3b1198 2437465(][J[JIIIII̲0ePbmmauS

∩

叫糾 ⁰

0.5dI'ssimilar1ity

1.5 2.0

図

:本研 究で用いた

1 試料 の類似性 を示 す

Qモー ドク ラス ター分析

による樹状図.

種 の模様 は非頬似度 1で区分 した場合の

つの グル ー プを示 す.

larityofll samplesinthisstudy.Threepatternsshowthreesamplegroup

swhichare definedbythedissimilarityvalueo

表

: 大桑層から産出した介形虫種の個体数.

Table1. Individualnunlberof仇eostracodespeciesfromtheOmmaFormation･

SpeelCSnamC/SilmPIcnurnber C2‑IC2‑2LC2‑3C2 C3‑1Y‑2 Y‑3 Y

‑

‑7 Y̲8 Y̲9 lAcanlhocythcreisduneⅠmcntq

i

(

14 2 I

2A.

C

3A.mutsuensisーshizaki I 3 2

4AcuLIC)thcreis

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I 4 43 27

5AmbloniaobaIHshii血ki) つ

つ i I ll 8 ll 6

6Amphileberisnipponi

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7Aurilacymba(B√ady

) 1 1 I

8A,sp. I

9BicornucythercbjsaJICnSistOktlbo) 4 4 5 3 2 2 6 J 26 3 10Bradleヽ‑h

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13Cornueoquimbatt〕saensis(lshizaki) 1 つ 1 I

つ 2

14C.sp.

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1 1 1

16CyLheroisilSLlmuShiensisーshilLLki 1 17Cヽlheroptcronaliltum Sars 1

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28HowcimlhigushimcyucnsisⅠshilnki

1 29JlーhnncLllclhnopporcn如 Han山 &lkcv

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30KoLorac)rthcrcsp. 1 1

9 I 3lLo.toconcha .tlactalllshiIaki

I 32

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33LozawaiTabuki I

1 34

Ls

3 35

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38Mclacythcropteronsp.

39MunseyellahatiltatCnS 2

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4

O

8 41NcocyLhc

ridcissp. I 42Nconcsideaoligo

dentata (Kajiyama) 1

43No

rmaniL:).there?sp. 1 7

44Pacambc}′thereucarinatヱ1(ーshizAki) 26

5 つ 13 1 45Paijenborche11ahanaiiTabuki 1 ユ 3

46P.incosaKingma 1

47P.tsurugusakcnsisTabuki 1

16 4 2

48Palmc

ncHalimicda(Norman) 1 つ つ 5

49Pisto

寺地域の下部 と大桑 地域 の中一上部 を含 む グルー プ

,

,

,および夕 日寺 地域 の中〜上部 を代 表す るグルー プ

で あ る. グルー プ

の 中 を便 宜的 に非類 似度

で区分す る と,

( 生痕化石 密 集層

, またはその直上 の

と

( 生痕 化石 密 集層の上 ･下層準 の Y‑7 ,Y‑4)に細分で きる.

これ らの結果は同定の過程 で標 本 を観察 していれば 自然 と推察 され たことだが,単純にいえば,大 桑地域 ではサ イクルの始 ま りか ら次のサ イ クルの始 ま りにかけて, グル‑プ

という化石群 の変遷があ り,夕 日寺地域 では グループ 1

‑ (

)

とな り,真 ん中の層準にひ とつ余分 なグループが顔 を出す. この グループ

( 正確には

になる と

に 代表 され る現在の 日本海 固有水に特有 な介形 虫種 が突然 多産 しは じめ るこ とか ら, グループ 2 か ら 3 への変化がちょうど暖流か ら日本海固有水‑ の移行 を示 してい る可能性があ る. しか もそれがやや内 陸側 の大桑地域ではみ られない とした ら, そこには当時 の海洋水塊構造の時系列変化が立体的に示 さ れていることになる.

そ こで海洋の変化 をよ り明瞭 に把握す るため,以下 に述べ る現在の

つの海流系 ･水塊構造環境に 特徴 的な介形虫が大 桑屑試料 に 占め る割合 を調べ た.

つの海 流系 ･水塊構造環境 とは,上部浅海帯

･寒冷水系 ( 本論 で は北海道周辺 の潮下帯 〜水深約

に 多 く分布 す る

種 で示 される) ,上部浅海 帯

温暖水系 ( 対馬暖流上部水深

に 多 く分布 す る

種 で示 され る) ,下部浅海帯 ･温暖水系

Characteristicspecies

Shallow‑coldspecies AcuticythereI'S?Cf.sendaI'enS/'S lShizaki JohnnealeIIanopporoensI'S Hanaiandlkey

a LoxoconchaoptI'ma lshiza

ki

YezocytherehayashiiHanaiandlk eya shallow‑warm spe

cies AmbtonI'aObai(lshi

zaki) Loxoconchaviva ls

hizaki SI'nOCythen‑dea

c

.

(Brady) deep‑war

m species AmphJ'leberJ'SnipponI.C

a (Yajima) Bradleyacf.

nuda Benson Cytheropteronu

chI‑Oi Hanai Cytheropteronsu

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naiI'lshizaki Pacambocythereucan'

nata (lshizaki) JapanSeaPro

perWaterspecjes Acanthocythereisdune

lmens/'S(Norman) Acanthocythereiscf.dun

elmensI'S(Norman) Pa/menell

aII'micola(Norman) FFobertsonitesre

ticuWorma(tshizaki) 月obeIlsonitestsugaruana Tabuki

図

:本研究で用 いた介形 虫の環境特徴種.

Fig.4. Listoftheenvironmentallycharacteristic

speciesofostracodes from

( 対馬暖流下部水深約

に多 く分布す る

種 で示 され る) ,下部浅海帯 〜噺深海帯に位 置する 日本海固有水系 (日本海の水深

以保に分布す る

種 で示 され る)であ る ( 図

･ これ らの現 生種の分布のデータは以下の既存の報告 と,北海道お よび 日本海中部で齢 丘我々が 入手 した試料に基

( B

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k i ,

d

1971;1981:Ishizakiand

h

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152 shaHow‑co一d shallow‑warm dee

pIWarm species species s

pecies O255075100% 020406080% 0 102

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e

withoverprintedburrows Sheltraceflfosossisl

H

s samplinghorizons

図

:大桑 ( 地点

)のサイクル

付近の柱状図 と特徴

種の割合の垂直 変化.カッコは介形虫をほとん ど産出 しなか った試料 を示 し,グ ラフ中 の白い四角は

を示す.

aphicchangesoftheratioofostracodecharacteristic speciesatOkuwa

(Loc.1).Thesamplenumberinaparenthesisshowsthe samplewhichisbarreninostr

大桑地域の化石群 は, サ イ クル

お よび

の最 下部

,

ではいずれ も北方系極 浅侮種 ( 水深

以浅) の種 が

以上 を 占め,対 馬暖流種 は

に も満 たない ( 図

).凝灰岩層

04

直上のサ イ クル

中部 層準

に なる と北方系鹿浅 海種 は全 く度 しな くな り,かわ リに 対馬暖流上部種が優 勢 とな り

近 くを占め るよ うに な る.さらに

半ほ ど上位 の上部

にな ると,対馬暖流上部種 の割合が

弱に減 り,対 馬暖流下部種 が

強 を占め るようになる. 冒 本海 圃有水種 もあ らわれ るが 1個体

%未満) だけ であ る. これ らのデー タは,サ イクル

の最下 部か ら上部にかけて次第に水深が増加 す るとともに, 暖流系水 の影響 が強 まって いった とい う従 来の 報告 と一致す る.現在の 島根半 島沖にお いて水塊構造 と介形虫群 集の相応 を調べ た報告 (

ki

によれば,水深

の対 馬暖流下部城 の介形虫群集は,

,

cytherehanaii,CytheroPteronsp.2

,

･

な ど, この水深範囲に限 って多産 す る 種 をそれぞれ平均

前後含 み,合計すれば少 な くとも

を占め るようであ る. この群集 とサ イク ル 2 上部の化石群 とを比較す ると,類似点は多い ものの,化石群 において相即 急流下部種 の 占め る割 合が

と低 く, なか で も

の産 出頻度

%)が低 い‑方,対 馬暖流上部種の 占有率が下部種 を超 える とい う点で異 なる. これ らのデー タか ら,サ イクル 2 上部のサ ンプル採 取層 準

が偉大水深時の層準付近 であった と仮定す るな ら,大桑地域 の最 大水深時 の海洋環境

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Legend

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1

Y Y Y Y

shal一ow‑coldshallow‑warm deep.warm

JSPW

basatshel一be d weH‑sortedfi

negrained sandsto

ne m

は現在の対馬暖流下部相当水深 よ りやや浅 い,おそ ら く水深

前後であったろ うと推定 できる.

〜

対比が正確であれば,夕 日寺地域 も大桑地域同様,サイ クル最下部か ら上部層準‑ 向かい次第に水 深の増加 してい く環境下で堆積 したはずである.夕 日寺地域の化石群 は,サ ンプ ル Y‑1 か ら介形虫 化石が度 しなか ったため,サイ クル

最下部のデー タを欠 く. しか し,サ イ クル

の衆下部

か らは

を超 える北方系極浅海種 が産出す る ( 図

.大桑地域 ではサ イ クル

と

の最下部 の化 石群が類似 していることを考慮す ると,夕 日寺地域サ イクル

最下部 に も

に類似 した化石群の 存在 したことが予想 され る.夕 日寺地域のサ イクル黄下部化石群 が,大桑地域の それ と異なる点は, 夕 日寺地域には数%であるが 日本海 固有水種が塵す る点であ る. サ イ クル下部層準

になる と対馬暖流下部種が約

をしめ る化石群がはや くもあらわれ る. この化石群に は暖流上部種,北方 系転浅海種が数%の割合 で付随す る.上部層準に爽在す る生痕 化石密集層 の上下 層準 ( Y‑4,Y‑

7

)になると対馬暖流下部種が圧倒的に多 くな り ( 約

,これに暖流上部種 が随伴す る ( 約

0 / .) .これ らの結果は,

,

層準の化石群が 島根半 島沖 の相 馬暖流下部 の現生介形虫群集 と

きわめて頬似性 の高 いことを示 している.一方,

と

層準 に挟 まれ る生痕 化石密集層

‑5)およびその直上層準 ( Y‑6)には,それ までの中部層準に全 く虚 しなか った 日本海閣有水種 が化石群の

/ .も産出し, この点で他の化石群 とは明瞭に区別 され る. また

,

では 対馬暖流下部種,上部種は数

に減少す る.以上の結果か らみ ると, 夕 日寺地域は,敢大水深 時の前後

,

に対馬暖流下部に相 当す る環境が あらわれ , 敢大 水探 時

,

には暖流下部 をつ きぬけ,その下位 に位置す る日本海 固有水下に移行 した と判断 され る.

議 論

サイクル 2 におけ る貴大水深時の水塊構造 は,夕 日寺地域 の結果か ら, ほぼ現在 の水塊構造 ( 水深

を境に,それ以伐に対馬暖流が, それ以探に 日本海 固有水が存在す る)に類似 していた と思わ れる.ただ し,現在水深約

に位 置す る境界は,介形虫に関 しては水深

に分布す る暖 流下部群集 と,水深

以保に分布す る固有水群集の移 り変 わ りで認識 されて い るので,同様 な移 り変わ りが化石群に認め られた場合,暖流 ･国有水境 界が極･ 端 な場合水深

まで浅 くな る可能性 のあることは否定で きない.大桑地域 は夕 日寺地域 に比べ ると水深が浅 く,最大水深時で も暖流系水 下部 まで十分達 しなかったようであ り, この地域のデー タだけでは水塊構造 の復 元は出来 なか った.

しか し,夕 日寺地域 において圃有水種の多産す る上部層準が,本 当に水深 の増加 に ともない暖流下部 をつ きぬけ 日本海固有水中に入った ものか どうか を判断す る有力 な証拠 として, 必要不可欠な情報 を 提供 したといえる.

ところで,生物の分布に基づ いて水深 を復元す る際問題 とな るのは,水深 と現生種 の分布の間に現 在 も過去 も変わらぬ一対‑の関係が あること,いいか えれば現在 までの間に生態学的進化が生 じてお らず,過去の水塊構造が現在の水塊構造に別 して判断で きるほ ど頬似 してい るこ とを前提 とす る点で ある.単に少数の化石種 と現生種の比較に とどまらず,化石群 と現生群集全体 の種構成 ･構成率 に高 い相同性がみ られたことか ら,本研 究においては生態デー タの導入に基づ く解釈 は妥 当であったと考 えるが, この間題は, 全 く別 の物理 ･化学的アプ ロー チ ( 北村

お よび本論 文 集)か ら以下のよ うに検証 される.北村は夕 日寺の堆積サ イクル 2 の基底の貝化石密集層 を氷期の海水準最低位期 に, 生痕化石の密集層

を間氷期 の海水準最高位期 に対 応す ると仮定 した. 一 方,底生有孔 虫の 酸素同位体比変動曲線か ら,堆穣サ イクル形成時代の酸素 同位体 ステー ジ

と

の酸素 同位体比の 差 を求め,その差 を海水準の上昇畳に変換 させた. この時,氷期 ･間氷期 におけ る深海の水温変化 も

154

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