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ROSEリポジトリいばらき （茨城大学学術情報リポジトリ）
Title
ガーナ南西部・原生代Birimian超層群の地質 1 : 原生代前
期の海洋底層序
Author(s)
清川, 昌一 / 伊藤, 孝
Citation
茨城大学教育学部紀要. 自然科学(58): 25-33
Issue Date
2009-03
URL
http://hdl.handle.net/10109/888
Rights
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ガーナ南西部・原生代 Birimian 超層群の地質− 1
原生代前期の海洋底層序
清川 昌一 *・伊藤 孝 ** （2008 年 11 月 30 日受理）
Geology of the Birimian supergroup, Southwestern Ghana, Part 1
-Paleoproterozoic oceanic sedimentary
sequence-Shoichi KIYOKAWA*, and Takashi ITO**
（Received November 30, 2008） Abstrac １. はじめに 地球史において原生代前期は，太古代に形成した初期大陸が集積し，超大陸の離合集散が始まる 時代であり，また酸化的表層地球環境への移行と雪玉地球環境などの暴走地球環境が出現するとい う意味において大きな変動の時代と言える。原生代前期の地質帯のうち，浅海の堆積相は，カナダ 南部，オーストラリア西部，北欧などに分布が知られている（Windley 1995）。しかし，深海堆積 物の報告はほとんどない。深海堆積物は，大陸衝突部により付加された原生代グリーンストーン帯 に存在すると考えられており，原生代オフィオライト帯といわれるカナダケベック州の Cape Smith 帯やカナダマニトバ州の Flin Flon 帯，オーストラリアの Mount Isa 帯，西アフリカの Birimian 帯
九 州 大 学 理 学 府 地 球 惑 星 科 学 専 攻（ 〒 812-8581 福 岡 市 東 区 箱 崎 6-10-1；Department of Earth and Planetary Sciences, Faculty of Sciences, Kyushu University, Hakozaki, Fukuoka, 812-8581, Japan）
茨 城 大 学 教 育 学 部 地 学 研 究 室（ 〒 310-8512 水 戸 市 文 京 2-1-1； Geosciences Laboratory, College of Education, Ibaraki University, Mito, Ibaraki, 310-8512 Japan）
* **
Paleoproterozoic mid to deep oceanic sedimentary sequence occurred in the Southwestern Ghana was preliminary researched. The sedimentary sequence in the Birimian supergroup composed of pillow lava and alternation of organic rich mudstone and sandstone layers. This sequence was affected by amphibolite faces metamorphism. The sedimentary structures, such as graded bedding, cross bedding, lamination and road cast, are very common in black shale-volcaniclastic sequence. Study of mid to deep oceanic sequences showing variable sedimentary structures is a key to understand the whole surficial environment during the early continental stabilized period in earth.
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からの報告がある（Windley 1995）。特に Birimian 帯は，大西洋の海岸線にグリーンストーン帯が 露出しており，詳細な層序復元が可能であると考えられる。
ガーナに分布する代表的な原生代前期の地質帯は Birimian 超層群であり，古くから金やマンガン の産出が知られ，主に鉱床分布域の周辺においては様々な観点からの調査が進んでいる（例えば， Bates 1958; Junner 1935; Kesse 1976; Kleinschrot et al. 1994; Leube et al. 1990; Nyame et al. 2002; Nyame 2007 など）。しかしその一方，純粋に地史・地殻発達史の復元を目的とした研究はわずかで あり，特に有用な金属鉱床が分布していない南西部の海岸地域は，地層の露出が連続的であるにも 関わらず，詳細な調査は行われていない。
本研究では，原生代前期の深海底堆積物を明らかにするために，Birimian 超層群がガーナ西部 海岸線に連続的に分布している Dixcove グリーンストーン帯，特に Cape Thee Point-Akodaa と Buter 周辺に焦点をあて，予察的な調査を行った。ここでは，その成果を簡潔に紹介する。
２. ガーナ南西部の地質
ギニア湾に面したガーナ南西部には，およそ 22 〜 21 億年前の原生代前期に形成され，約 19 億 年前に西アフリカと中央アフリカ大陸の衝突の影響を被った地質帯が分布している。ここでは，本 地域の地質について総括的に論じられている Loh and Hirds （1999）を中心に，これまでの研究成果 を概説する。 この地域の原生代前期の地質帯は，岩相と年代から下部より Birimian 超層群，Tarkwaian 層群に 分類されている（Fig. 1）。 Birimian 超層群は枕状溶岩を含む海底火山岩類を中心とする地質体と堆 積岩を中心とする地質体に大別され，当時の海底火山活動とその周辺における堆積作用の記録であ ると考えられる。特に海岸線にはオフィオライト層序の分布が報告されている（Attoh et al. 2006）。 ジルコン U-Pb 法による年代決定により，22.6 億年前の火成活動と堆積作用，21.6 億年前頃の広域 花崗岩類の貫入が認識されている。 Tarkwaian 層群はレキ岩や砂岩などの粗粒な砕屑性堆積岩からなる。これらの堆積物は変成変 形を被っているが，大型斜交層理や円磨度の高く淘汰のよいレキ岩層など浅海から河川堆積物と考 えられており，不整合で Birimian 超層群の火山岩上に重なる。分布は北東南西方向の軸をもつ褶 曲により，Birimian 超層群も含めた基盤巻き込み型褶曲が発達し，地層が繰り返し露出している。 Tarkwaian 層群の年代は Birimian 超層群よりもわずかに若く 21.3 億年前である。 ガーナ南西部における Birimian-Tarkwaian 地質帯の地質構造は，NE-SW 方向に連続し，南東 から北西方向へ向けて，Kibi 帯，Cape Coast basin，Ashanti 帯，Kumasi basin，Sefwi 帯と分類 されている。Cape Coast basin および Kumash basin では主に Birimian 超層群の堆積岩が分布し， Sefwi 帯では主に Birimian 超層群の火成岩部分と花崗岩類が分布する。Kibi 帯および Ashanti 帯 では Tarkwaian 層群が広く分布しており，特に Ashanti 帯では最も Tarkwaian 層群の分布範囲が 広い。Kibi 帯および Cape Coast basin の南半分のほとんどの地域は貫入した花崗岩類が分布して おり，周囲の地層は熱変成を被っている。今回調査した Dixcove グリーンストーン帯は，Ashanti 帯に属し，ギニア湾沿いの Cape Three Point 地域に露出する海洋地殻起源物質と花崗岩類からな
る地質帯である。
また金属鉱床，特に堆積性金鉱床およびマンガン鉱床の産出という点で， Ashanti 帯の Tarkwaian 層群は際立っている。また，近年 Birimian 超層群中からも高品位の金鉱床が発見されている。これ らの堆積系および熱水系鉱床の関連性についても，ガーナの他の地域のグリーンストーン帯との比 較調査が進んでいる。
Fig. 1 a) Location map of the Ghana Republic at the West Africa by Google Earth image, b) Geologic map of Ghana (modified from Nabila 2001), c) Geologic map of Southwest Ghana (modified from Loh and Hirdes 1999) .
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３. Dixcove グリーンストーン帯の地質概説
Dixcove グリーンストーン帯 は，超塩基性岩沈積岩，はんれい岩，塩基性シルや玄武岩を含 Fig. 2 Geologic map of Dixcove greenstone belt at the Three Point area, Southwestern Ghana (Modified from Loh
and Hirdes 1999)
む，原生代では非常に稀なオフィオライト層序をもつ岩体と花崗岩類からなる（Fig. 2; Attoh et al. 2006）。Aketakyi 集落にオフィオライト最下部境界があり，Cape Three Point 西域にオフィオライ ト本体が，東に進むほど玄武岩や堆積物などのより海底表層に近い部分が分布する（Fig. 3）。東部 の Butre 地域では枕状溶岩が報告されており，その成分は，中央海嶺（MORB）もしくは海洋島玄 武岩（OIB）と言われている（Loh and Hirdes 1999; Attoh et al. 2006）。岩石は片理が発達し，北東 南西方向に比較的強い片理面を持ち，北東方向に緩く傾斜する線構造をもつ。最大変成作用は角閃 岩相になり，500-650℃，5-6 kbar に達する（John et al. 1999）。
U-Pb ジルコン年代によると，Dixcove granitoid 複合岩中のトーナル岩 が 2171.6 ± 1.6 Ma （Hirdes et al. 1992）, 片理の発達する花崗閃緑岩 2159 ± 9 Ma （Opare-Addo et al. 1993）, 片岩を切る花崗岩 質岩脈は 2104 ± 3 Ma （Loh et al. 1995），西部の Prince’s Town 地域の花崗岩類は，複ジルコン年 代は 2159 ± 4 Ma である（Attoh et al. 2006）。また，グリーンストーン帯中部の felsic pyroclastic unit の石英アレナイトから砕屑性ジルコン年代として 2266 ± 2 Ma が報告されており，堆積年代と 考えられている（Loh et al. 1995）。その他， チタン石の変成年代が 2092 ± 3 Ma であり，若干花崗 岩類の貫入後に変成作用のピークを向かえている（Loh et al. 1995）。つまり，Dixcove グリーン ストーン帯中に残される海底堆積物は約 22.6 億年前の火山活動に伴う砕屑物がほぼ同時期に堆積， 21.6 〜 21.7 億年前に付加・衝突とそれに続く花崗岩の貫入，その後，約 21 億年前の変成作用を受 けたと考えられている。
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4. 地層の特徴
本研究では，Dixcove グリーンストーン帯における堆積物の岩相と層序について，Butre 地域， Akodaa 地域，Kutike Cape 地域の 3 地域で予察的調査を行った。概要は以下の通りである。また， 模式的な柱状図は Fig. 4 に示す。 Butre 地域では，変形の少ない枕状溶岩および塊状溶岩が分布している（Fig.5a）。ただし，本地 域では露出の連続性が悪く，それぞれの岩相境界は見られない。 Akodaa 地域では，全層厚約 20-30m の連続した地層の露出が見られ，塊状火山岩に挟まれて， 10cm 程度の波高の斜交層理を持つ火山砕屑性砂岩と有機物を含む黒色頁岩が互層する（Figs. 4, 6a, 6b, 6c）。黒色頁岩は薄い白色凝灰岩層を頻繁に挟む。また，黒色頁岩から白色凝灰質岩に徐々に変 わる級化層理も見られる（Fig. 6d）。
Fig. 5 Volcanic rocks at the coastal area in the Birimian supergroup (Number shows location point from route map.) a) Well preserved pillow basalt at the Butre coast. Younging to lower left. b) Highly deformed pillow basalt at the Kutike cape. c) Close up view of the pillow basalt. Rounded white layer shows child margin of the pillow lava. Highly foliated deformation is formed putgmatic folding at the Kutike cape. d) Close-up view of the foliated pillow basalt with deformed child margin at the Kutike cape.
Kutike Cape 地域は，急冷層を伴う枕状溶岩（Fig. 5b, 5c, 5d），塊状暗緑色火山岩類，火山砕屑岩類， 黒色頁岩からなる（Figs. 7a, 7c）。連続層序は Kutike Cape west B サイトにて見られ，約 20-40m の 層厚からなる。また，Kutike Cape west A サイトでは，火山砕屑岩中に黒色頁岩の偽レキを含み， ラミナや上方細粒化する Bouma シーケンスを持つことより乱泥流堆積物であると思われる（Figs. 7b, 7d）。本地域の岩石は劈開もしくは片理が発達しており，それに伴うパラステック褶曲が地層や 枕状溶岩の急冷層に見られる（Figs. 5c, 5d, 6c）。 ５. まとめ 今回の調査によって，ガーナ南西部の海岸沿いに，枕状溶岩から砂泥互層へとつながる海洋底層序 が確認された。地層は劈開・片理が発達し，地層の繰り返しが見られるために，逆断層やそれに伴う 大規模褶曲構造があると考えられる。これらの地質帯は 500-650℃，5-6 kbar の変成作用を被っている が，露頭では地層層序・堆積構造を残している。そのため地層の構造解析を行うことで，当時の海洋 底層序を復元ができると考えられる。今のところ，顕生代で見られるような，付加体特有のメランジェ 状に変形した地層は見いだせず，層理面を残した堆積層と火山岩類の整合的な関係が観察された。 Fig. 6 Sedimentary sequence at the Akodaa west site. a) Overview of the well bedded black shale and massive
metasandstone. b) Cross lamination in thick sandstone. Younging to down. c) Well preserved cross lamination in the bedded black shale. Coarse vlocaniclastics formed cross beds. d) Graded bed in the bedded black shale.
32 茨城大学教育学部紀要（自然科学）58 号（2009） 世界的に見ても原生代前期に形成された波浪限界以深の情報を残す地質体は極めて稀である。そ のため当時の中深層域の海洋環境復元や海洋底の付加作用の解明する上で，本地域の詳細な調査・ 研究の成果は貴重な情報となるであろう。さらにその成果は，Birimian 超層群の内陸部に分布する 金属鉱床，特に堆積性鉱床であるマンガン鉱床の成因を理解する上でも極めて有益であると考える。 謝辞 本研究は，科学研究費補助金基盤研究 A（海外学術：課題番号 18253006）により行われた。また， 本調査に当たっては，ガーナ大学の Frank K. Nyame 教授および George M. Tete 氏に全面的に大 変お世話になった。ここに記して感謝する。
Fig. 7 Organic rich black shale or schist at the Kutike cape. a) Well bedded black shale – gray shale. b) Close-up view of the black schist-fine metasandstone bed. There are rip-up crust preserved in the fine metasandstone bed. c) Overview of the black schist. Highly foliation preserved in the schist. d) Well bedded black schist with white tuff bed.
引用文献
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