フィリピン海プレートの歴史と日本列島の形成
鎌 田 浩 毅 ＊
1.
はじめにフ ィ リ ピ ン 海 は 西 太 平 洋 の 中 で は 最 大 規 模 の 縁海であり、過去
30
年間地質学的 ・地球物理学 的に最も研究と探査の進んだ地域である（図 l)。日本列島はフィリピン海の北西縁にあり、 H本 島 弧 に 関 す る 過 去 約 100年 間 の め ざ ま し い 研 究 成 果 が 、 フ ィ リ ピ ン 海 の 誕 生 と 歴 史 及 び 地 下 構 造 に 関 す る 解 明 に 果 た し て き た 役 割 は 大 き い 。
フ ィ リ ピ ン 海 は 地 球 科 学 的 に は フ ィ リ ピ ン 海 プ レ ー ト と 呼 ば れ る 堅 い 岩 盤 の 上 に の っ て い る 。 プ レ ー ト と は 太 平 洋 東 部 に あ る 中 央 海 嶺 で 生 産 さ れ 、 ベ ル ト コ ン ベ ア ー の よ う に 東 西 に 移 動 し てゆく厚さ 1 0 0 k m 以上の岩石圏を指す 。 フィリ
ピン海プレートは日本列島の下に年約4 c mのス ピードで潜り込んでいる 。 特 に 、 西 南 日本に潜 り込むプレートは、 100
150年に 一 度 マ グ ニ チュード 8 ク ラ ス の 巨 大 地 震 （ 南 海 地 震 ） を 引 き 起 こ す こ と か ら 、 そ の 運 動 は 防 災 上 極 め て 厘 要視されている 。 同 時 に 、 フ ィ リ ピ ン 海 プ レ ー ト の 沈 み 込 み は 、 西 南 日 本 と 琉 球 列 島 に 第 四 紀
Taiwan
M と こTrough
Philippin,
図1 日 本 島 弧 と フ ィ リ ピ ン 島 弧 に 隣 接 す る フィリピン海プレートの境界と年代(Seno, 1999 による）．M a は百万年を表す単位．
（約 160万年以降の時代）に火山噴火を起こして いることでも、地球科 学 上 興 味 深 い 現 象 を も た らしている。
筆者はこれまで通産省地質調査所において 18 年 間 ほ ど 火 山学 と 地 球 変 動 学 （ テ ク ト ニ ク ス と 呼ばれる）の研究を行い、 1997 年 か ら 京 都 大 学 に 移 籍 し 研 究 と 教 育 に た ず さ わ っ て い る 。 本 稿 で は こ れ ま で 筆 者 の 行 っ て き た フ ィ リ ピ ン 海 プ レートに関するテクトニクス研究を基に、 1998 年 か ら 開 始 し た フ ィ リ ピ ン の 火 山 と テ ク ト ニ ク ス の 調 査 に よ っ て 得 ら れ た フ ィ リ ピ ン 海 プ レ ー トの歴史と日本列島の形成に関する新知見を解 説する 。 特 に 、 地 殻 変 動 現 象 が 最 も 良 く 現 れ て い る 西 南 日 本 弧 ・ 琉 球 弧 の 会 合 部 に あ た る 九 州 地域を例に取り、
6
M a (M a は 百 万 年 前 ） と2
M aの2
つの時期に普遍的に起きた変動現象とそ の意義に焦点を当てて論ずる 。九 州 地 域 は 西 南 日 本 弧 と 琉 球 弧 の 会 合 部 に あ た り 、 日 本 列 島 の 中 で も 特 異 な 地 質 現 象 が 見 ら れる地域である（図2)。特 に こ の 地 域 は 、 構 造 運 動 の み な ら ず 主 と し て 鮮 新 世 以 降 に 活 発 な 火 山 活 動 が 平 行 し て 起 き て お り 、 こ れ ら の 複 合 現 象 は 会 合 部 の テ ク ト ニ ク ス を 理 解 す る 上 で 極 め て童要である 。例えば、西南日本弧・琉球弧会合 部 に 形 成 さ れ た 豊 肥 火 山 地 域 で は 、 約600万年 間 に わ た り ほ ぼ 連 続 的 な 構 造 運 動 を 伴 う 火 山 活 動 が 見 ら れ 、 そ の 変 化 を 詳 細 に 調 べ る こ と は 、 こ の 地 域 の テ ク ト ニ ク ス の 変 化 を 知 る た め に も 有効である（鎌田， 1996)。 九 州 直 下 で は 15 M a 以 降 に フ ィ リ ピ ン 海 プ レ ー ト が 沈 み 込 み 運 動 を 断 続 し て お り 、 そ の 運 動 変 化 は 会 合 部 の テ ク ト ニクスを 支 配 す る 原 動 力 の 要 素 の 一 つと考えら れる 。 こ の 地 域 の 構 造 運 動 と 火 山 活 動 の 時 間 的 変化を解析した結果、 6 M a と2 M aの2つ の 時 期 に 、 複 数 の 事 象 で 同 時 代 性 を も つ 共 通 の 変 化 が 認 め ら れ た (Kamala and Kodama, 1994, 1999)。 本 稿 で は 最 初 に 、 フ ィ リ ピ ン 海 プ レ ー ト 沈 み 込 みとの関連づけて、 6 M a と2 M aの 広 域 に わ た
＊京都 大 学 総 合人 間 学 部 教 授 〒606‑8501 京都市左京区 吉田 二本松町
Transactions o『T h e Rese arc h I nstitu le of
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ceanochemistry Vol.14, No.I, April, 211111︐
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図2 日 本 島 弧 周 辺 の プ レ ー ト 境 界 とテクトニ クス ．H VZ :豊肥火山地域，M T L : 中央構造線．
細 い 黒 矢 印 ：断層の横ずれ方向，太い黒矢印：
フ ィ リ ピ ン 海 プ レー ト 及 び 太 平 洋 プ レートの沈 み込み方向．白抜きの矢印：南海スライバーの移 動方向，
os :
斜め沈み込み，N S :垂直沈み込み．るテクトニックな転換事象を記載する 。
2.
フィリピン海の発展史地 理 的 に フ ィ リ ピ ン 海 は 大 き く 、 西 フ ィ リ ピ ン 海 盆 、 四 国 ー パ レ ス ヴェラ海盆、マリアナト ラフの3 つ に 分 け ら れ 、 こ の 順 番 に 形 成 さ れ た こ と が 地 質 学 的 に 明 ら か に さ れ て い る （ 図 l)。 西 フ ィ リ ピ ン 海 盆 は 古 第 三紀 （約
6 2
千万年 前 の 時 代 ） に 出 来 始 め 、 新 第 三紀（約2
千万年 前〜 6 百 万 年 前 の 時 代 ） 以 降 に 、 背 弧 海 盆 と し て形成さ れ た四国 ーパ レス ヴ ェ ラ 海 盆 及 び マ リ アナトラフと は異なる 。 西 フ ィ リ ピ ン 海 盆 の 成 因 に 関 し て は 、 クラ 一太 平 洋 プ レ ー ト 上 に 発 生 したトランスフォーム断層が、太平 洋 プ レートの 運 動 方 向 が 西 向 き に 変 化 し た43
M aに、沈み込 み 帯 に 転 化 し、海盆としてトラ ップ されたという考えが最初に出された(Uyeda and B en‑Avraham , 1972; M atsuda, 1972)。 この他に、西フィリピン 海 盆 が 沈 み 込 み に よ っ て 背 弧 海 盆 と し て 開 い た とする考えも、 そ れ 以 後 複 数 出 さ れ て い る (K arig, 1975; S eno and M aruyam a, 1984 ; L ewis et al.,
1982)。 西フィリピン海盆の海洋底の年代は、深
10
海 掘 削 プ ロ ジ ェ ク ト に よ っ て 得 ら れ た 海 洋 底 基 盤 玄 武 岩 の 放 射 年 代 と 基 盤 直 情 の 堆 積 物 中 の 化 石年代から、始新世中期(49 ‑ 42 M a) と考え ら れている 。
四 国 ー パ レ ス ヴ ェ ラ 海 盆 と マ リ ア ナトラフに 関しては、フィ リピン 海 プ レートが西に向かい 間 欠 的 に 移 動 した結果、背弧海盆として開いた ものであるとする考え方（海溝固定説）がある が、西フィリピン
i
毎盆と四国 ーパ レ ス ヴ ェ ラ 海 盆 は 、 海 溝 が 時 計 回 り に 回 転 し な が ら後退して 開いたとする考え方（海溝後退説）も出されてい る(M atsuda, 1978; Seno and M aruyam a, 1984) 。 ま た、マリアナトラフは 、約6M aに拡大を開始し た(H ussong and Uyada, 1982) と考え られている 。 次節からは、フィ リ ピン海プレートの沈み込 み 運 動 に 伴 う 複 数 の 地 質現象が明らかにされて いる西南日本弧 ・中 部 九 州 地 域 を 例 に 取 り 、 火 山活動と構造運動について論ずる 。3.
中部九州の火山活動と構造運動中 部 九 州 は 西 南 日 本 弧 と 琉球弧の会 合 部 にあ た り 、 日 本 列 島 の 中 で も 伸 張 応力場における地
の 大 分 ー熊 本 構 造 線 の 北 側 で は 、 新 生 代 の 火 山 岩 が広く分布し、これまで 別府ー島原地溝＂
と呼ばれてきた（松本，1979 ；等） 。1980年代に 入りこの 地域 の 火 山 活 動 史 と 構 造 発 達 史 の 研 究 が 進 み 。 鮮 新 世 初 期 以 降 に 大 規 模 な 火 山性 グ ラ ー ベ ン が 発 達 し て い た こ と が 明 ら か に さ れ
（鎌田，1985a,b；等） ＂豊肥 火山地域＂と呼ばれた (K am ata, 1989b)。 な お 、 別 府湾から阿蘇火山ま での豊 肥 火山 地域と 、雲仙 火 山 を含む島原地溝 とは、従来別府ー島原地溝に 一括 さ れ る こ と が 多 か っ た が 、 両 者 は 異 な る 構 造 発 達 史 と 火 山 活 動 史 を た ど っており、 また両者の火山噴出物の 岩 石 化 学 的 性 質 も 異 な る こ と (N akada and K am ata, 199 1)か ら、本報告では別府ー島原 地 溝 の 名 称 は 用 い ず 、 豊 肥 火 山 地 域 と 島 原地域と別 個 に 分 け て 呼 ぶ 。一 般に、大規模なグラーベン の形成と大量の火山岩の噴出がほぽ同時に起き た 地 域 は 、 火 山 構 造 性 陥 没 地(volcano‑tectonic depression)と 呼 称 さ れ て お り （ 例 え ばWilliam s,
194 1)、豊肥火山地域はその典型例である 。
海洋化学研究 第14巻第1号 平 成13 年 4月
豊 肥 火 山 地 域 内 の 火 山 活 動 に 関 し て 、 鎌 田
(1985a,b)は、地質調査結果・火山岩の放射年代測
動は鮮新世初期に始まり、（2)火山活動は初期か ら現在に至るまで活動規模を単調に減少し、その 結果（3)火山岩分布域が中心部（九重火山周辺）
に 向 け て 縮 小 し た こ と 、 の3点 を 指 摘 し た 。 さ
らにKamala(1989b)は、豊肥火山地域の火山活動
は 、 島 原 地 域 の 火 山 活 動 と は 別 個 の 火 山 活 動 史 と 構 造 発 達 史 を も つ も の で あ る こ と を 明 ら かに し、この火山活動域を 豊肥火山地域(Hohi vol‑
canic zone)" と命名した 。 豊肥火山地域を構成す る 火 山 岩 の 大 部 分 は 、 松 山 ー 伊 万 里 構 造 線 、 小 倉 ー田川断層帯の南方延 長 線 、 大 分 ー熊本構造 線の3本の構造線の内側（図3) に分布する。ま た 火 山 岩 分 布 域 内 に は 東 西 方 向 の 正 断 層 群 が 密 に発達している 。 そ の 後 の 研 究 に よ り 、 豊 肥 火 山地域と島原地域の火山岩の化学組成は、海洋プ レ ー ト の 沈 み 込 み の 関 与 の 有無という点で異な ることが明らかとなり（中田・鎌田，1988; Nakada and Kamala, 1991) 、 こ れ ら の 結 果 は Kamala
(1989b)の主張を支持している 。
一 方 、 豊 肥 火 山 地 域 は 、 南 北 伸 張 応 力 場 に お い て 東 西 に 延 び る グ ラ ー ベ ン 地 域 に 形 成 さ れ て いるため、 Eguchi and Uyeda (1983)、木村(1983)、 多田(1985)等 は 、 こ の 地 域 が 沖 縄 ト ラ フ の 北 方 延長部に発達したリフト・バレーであるというモ デルを提出した 。 これに対し、 Kamata(1989b)及 びNakada and Karna ta(1991)は 、 地 質 構 造 発 達 史 及 び 火 山 岩 の 化 学 組 成 か ら 、 上 記 の モ デ ル の 可 能 性 が 極 め て 低 い こ と を 指 摘 し 、 豊 肥 火 山 地 域 は 沖 縄 ト ラ フ と は 独立した火山 構 造 性 陥 没 地 で あると考えた 。 その後、鎌田(1992, 1993) は、中 部 九 州 の 地 質 構 造 の 形 成 時 期 を 検 討 し 、 豊 肥 火 山 地 域 の 形 成 に は 、 大 分 ー 熊 本 構 造 線 沿 い の 右 横 ず れ 断 層 運 動 が 大 き く 寄 与 し て い る こ と を 明
らかにした 。
4.
豊肥火山地域の火山活動の開始時期豊 肥 火 山 地 域 の 火 山 岩 類 は 各 岩 体 の 分 布 が 孤 立 し 側 方 変 化 が 著 し く 、 ま た 連 続 性 の 良 い 鍵 層 が存在しない 。 従って、 1970年 代 ま で の 研 究 で
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図 3 九州及び四国周辺の構造線と断層 ．点線で囲った 地域は 豊肥火山地域 (HVZ) の範囲． M T L : 中 央構造線． O K L：大分ー熊本構造線．黒矢印：断層の横ずれ方向（今畑ー白家断層，布田川断層，日奈 久断層）．P H S を付した矢印：約 1.5Ma以降のフィリピン海プレートの沈み込み方向．
T『ansactions or T h e Research lnstilute or
Oceanochemislry Vol.14. No.I. April. 211111 II
は 、 主 と し て 岩 相 の 類 似 性 に 基 づ い て 火 山岩の 層 序 を た て て 年 代 を 推 定 し て い た 。 例 え ば 、宇
含 む 火 山 岩 の 噴 出 時 代 は 、東北 地 方のグリーン タフの年代から類推し、 中 期中新世（約 15‑12 M a) と考えられていた（松本 ，1963；等） 。1980年 代 に 入 り 火 山 岩 の 放 射 年 代 と 自 然 残 留 磁 化 方位 の デ ー タ が 豊 富 に得 られ る ようになり、従来の 地質層序と年代論に修正が加えられた 。渡辺 ・林 (1983) 、鎌田・ 村 岡(I984)、 鎌田(1985a)は、 日
名 で 従 来 一 括さ れ ていた ものが、それぞれ層序 及 び 噴 出 年 代 の 異 な る 複 数 の 溶 岩 に 区 分 さ れ る ことを示した 。 また鎌田(1985b)及び鎌田・渡辺
(1985)は、豊肥火山地域の火山岩のK‑Ar放射年
代が全て6M aより若いことから、同地域の火 山 活 動 は 鮮 新 世 初 期 に 始 ま っ た と 考 え た 。 さらに
鎌田(1 985b)は、 宇佐層 群及び鯛生層群中の変質
を受 け た 安 山 岩 のK ‑ A r 年 代 値(4 個 ）が、変質 を受 け て い な い 安 山 岩 溶 岩 のK‑Ar 年 代 値(39
個）の形成する帯状配列と調和的な値(5 ‑ 4 M a) を示 し、変質試料の年代値が、未変質試料のそ れと 比 べ て か け離 れ て 新 し い 年 代 を 示 す ことの ないことを指摘した 。この原因は、溶 岩の 噴出後 変 質 を 受 け る ま で の 時 間 が 噴 出 か ら 現 在 ま で の 時 間 と 比 較 し て 十 分 短 か く、 宇 佐 層 群 及 び 鯛 生 層 群 中の火 山岩の多くが噴出年代
(6 ‑ 5
M a)直 後の自変質を被 ったためと考え られている 。これ まで中部九 朴
I
では、 6M aより古い火山岩 の 放 射 年 代 値 が 数 例 報 告 さ れ て い る が 、 大 部 分 の 火 山 岩 の 放 射 年 代 値 は6M a よ り 新 し い 。 ま た 、 後 述 す る よ う に 豊 肥 火山地域の火山活動は6 5
M aに急激に 立ち 上がりピークを迎え、そ れ 以 後 は 単 調 に 活 動 が 減 衰する 。 これ らの事実に6M a以前の火山活動が若干あったとしても、
豊肥火山地域の火山噴 出物の
9
割以上は6
M a以 降に噴出し、活動初期にあたる約5
M aに豊肥火 山地 域 の 火 山活 動 の 最 盛 期 が あ ったことには変 わりがないと考えた 。こ 叫
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図4 豊肥火山地域の火山岩分布と放射年代値 ．実 線 ：豊肥火山地域 (H Y Z) の IM a ごとの火 山活動 の限界域．
12 海 洋 化 学 研 究 第14券第1号 平 成13年4月
5.
火山構造性陥没地の形成豊 肥 火 山 地 域 に は‑30mga] に及ぶ広域の重力
縁・南縁を直線状に仕切られた箱型を呈する（図 4)。 また、等重力線の密な急傾斜部は、先第三 紀 甚 盤 岩 と 鮮 新 世 以 降 の 火 山 岩 と の 境 界 に ほ ぽ 一致 し 、 全 体 と し て 負 重 力 異 常 域 は 東 西 に 延 び ている 。 このことは、この陥没帯がその西・南・
及 び 北 縁 を 断 層 で 仕 切 ら れ 、 東 西 に 延 び た グ ラーベンをなしていることを示唆する 。坑井デー 夕及び重力基盤深度の解析から、豊肥火山地域 内では先第 三紀 基 盤 岩 が平均して約2.5 k m 陥没
していることが判明している 。
豊肥火山地域では総計＞5,000 k面 の 火 山 岩 が 噴出し、それらは東西約7 0 k m、南北約4 0 k mの 範 囲 の グ ラ ー ベ ン 中 に 埋 積 さ れ た 。豊 肥火山地 域の地表の火山岩の放射年代値はいずれも
6 M a
より若く、内側ほど新しい帯状配列を示す（図 4)。 また豊肥火山地域中央部で掘削された坑井 コアの火山岩の放射年代値は、
4 M a
より若く上 位 は ど 新 し い 。 坑 井 コ ア の 観 察 結 果 （ 玉 生 ，1985) は、グラーベン中には厚い堆積岩が存在せ
ず、陥没部分は比較的短期間のうちに火山岩に より埋積されたことを示す 。豊 肥火山地域内の I
M a
ごとの火山岩分布域と噴出 量 はいずれも 5M a
以降には単調減少 し （図5)、火山活動が約5k m 3 4 0 0 0
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‑2 M a
図5 豊 肥 火 山 地 域 の 噴 出 休 積 量 （ 破 線 ） と 火 山活動域の面積（実線）の時問的変化．
M a
をピ ー クとして時代が下るに連れ減衰したこ とを示唆している 。 放 射 年 代 値 の 帯 状 配 列 は グ ラーベンが複数回の断層活動により形成され、火 山 活 動 の 規 模 の 縮 小 に 伴 っ て 、 後 期 の よ り 小 さな陥没帯ほどグラーベン中央部に形成され、
これに伴い噴出した火山岩類が陥没部分を補填 するように埋積したと解釈される 。 以 上 の 事 実 か ら 、 豊 肥 火 山 地 域 は 約 6 M aに始まり約5 M a に 最 盛 期 を も つ 火 山 活 動 の 引 き 起 こ し た 火 山 構 造性陥没地と捉えることができる 。
豊 肥 火 山 地 域 は 東 西 に 延 び た 単 一 のグラーベ ンから成るが、その平面形態及び重力巽常構造 には若干の非対称性が認められる（図6)。豊 肥 火山地域の南北断面は、グラ ーベンの底面が南 縁 部 で 深 く 北 縁 部 で 浅 い と い う 非 対 称 な 陥 没 形 態（ 半 地溝状構造）を示す（図 7 の B 及 び C) 。
また、豊肥火山地域の西縁は北北西ー南南東の 走 向 を 持 つ 重 力 急 傾 斜 部 と し て 認 識 さ れ （ 図6 の網部）、これは小 倉 ー田川断層帯の 南方延 長部
（図3) に相当する 。 豊 肥 火 山 地 域 は そ の 西 縁 部 では約6 0 k mの南北幅を有するが、東に向かっ てグラーベンの幅が狭くなり別府湾に収束する 。 別 府 湾 の 重 力 負 異 常 値 は 豊 肥 火 山 地 域 の 中 央 部
図 6 豊肥火山地域のブーゲー重力異常と断面 図 の 位 置 ． 点 線 は 豊 肥 火 山 地 域 の 範 囲 ． プ ー
による( p= 2 .3 g/cm'). H：高重力異常部，L：低重力 巽常部．網部は豊肥火山地域西縁の星力急傾斜 部． P 及 び R ：重 力 急 傾 斜 部 の 屈 曲 地 点 ． A‑A', B‑B', C‑C'は図 7 の断面の位置を示す．
Transactions or T h e Research lnslilule or
Oceanochemistry Vol.14, No.I, April , 2001 3
と 同 等 の 一 30 m gal以下を示し、豊肥火山地域 の陥没量の最も大きい部分が東方で、そのまま 海 中 に 没 し た 様 子 を呈 している（図6)。 別府 湾 で 得 ら れ た 反 射 法 地 震 探 査 デ ー タ と 重 力 異 常 データは、豊肥火山地域と相似形の基盤構造、即 ち、先第 三紀 碁盤 岩が南 側 により深く陥没した 半地溝状構造を示す（図7のA )。 別府湾には大 規 模 火 砕 流 の 噴 出 源 が な く 、 ま た 豊 肥 火 山地 域 内 の 火 山 活 動 の 収 束 域 か ら も 外 れ て い る た め 、 別府湾はカルデラ等の火山性陥没によ って形成
されたとは考え 難 い。 別府湾では豊肥火山 地域 内の火山性堆積物の供給が途絶えたにも拘 らず 、 豊肥火山地域中 軸部 で 特 徴 的 な 東 西 走 向 の 正 断 層 に よ る 陥 没 運 動 が完新世に 至 るまで継続した た め に 、 ほ ぼ 東 西 方向に延びた湾入部と、豊 肥 火 山地域の中心部に匹敵する 重力負異常を形成
したと解釈されている 。
6.
大規模な右横ずれ断層運動岩分布域と、その南側の中・古生界分布域の境界 付近に位置し 、四 国 以 東 の 中 央 構 造 線 の 西 方 延 長あるい はその 分 岐 断層 の ひ と つ と 考 え ら れ て いる（図8)。 大分市南部にみられる東北東ー西 南西走向で北落ちの重力急傾斜部（図 6 の R の
図7 別府湾周辺地域の海上の反射法地震探査に よ る 先 第 三 紀 基 盤 岩 の 深 度 断 面(A‑A'断面）と ， 重 力異常から求めた豊肥火山地域の先第三紀基盤 岩の深度断面(B‑B',C ‑C'断面）．重力基盤岩深度は
，先第 三紀基盤岩と鮮 ー更新世火山岩との密度差
△ p = ( )．3邸m 1により作成．縦軸は海抜標高を示 し，縦横比はいずれの断面も 2 対 1 である．断面 線の位置は図 6 に示す．
14
東 部 ）の南縁は、陸上部で確認された中央構造 線（ 三 波 川 変 成 岩 と 第 四 系 と の 境 界 ） に 一致す る。 さらに、中央構造線の東方延長は、佐賀関 半島北部の海域の反射法断面において基盤岩の 急上昇部として明瞭に認められている（由佐ほ か， 1992）。 このように 中央構造線は、大分市南 部（陸域）か ら佐賀 関半島 北部（海域）まで連続
白家断層と布田川‑ 日奈久断層系（図8)が存在 し、これらはいずれも右横ずれを示す活断層と 考えられている（千田 ・池田， 199 1 ; 渡辺， 1984;
大 分 ー 熊 本 構 造 線 の右横ずれ運動の開始時期 は、豊 肥 火 山地域 南 縁 の 重 力 負 異 常 域 の 配 置 か ら読 み取ることができる 。 大分‑ 熊本構造線上 には、東北東方向の長辺をも つ長 方形の重力負 異常域（図6のP)と、 北 落ちの重力急傾斜部の 鍵型の屈曲部（図6のR )とが認め られる 。屈曲 部 R 付近の碩南層群の 構 造は、右横ずれ運動に 伴 って形成さ れ た堆積盆の特徴を示す（ 吉 岡，
1992)。R の形状は重力急傾斜部 P の南西端と相 似形であり、等重力線の延びの方向（東北東）と 右屈 曲の形状が一致する 。よって、両者は同 一の 構造運動により形成さ れ たと考えられる 。 これ らの事実 か ら、大分 ー熊 本 構 造 線 沿 い のP 及 び R は、同構造線の右 横 ず れ 運 動 に 起 因 す る 基 盤 岩のプル・アパ ー ト構造を反映していると考え ら れる 。 鎌田 (1992) は、重力負異常域
P
で示 される幅7 tectonic voids
の長辺が右横ずれ運動の累積を示すものと考え、
これまでに求められている中央構造線上 の第四 紀の右横ずれ平均変位速度(0.8 4
m
／千年）を 外挿することにより、大分ー熊本構造線が5 m .y.
以上の期間をかけて形成されたと 推定した 。 こ のことは、現在小規模の 横 ずれ活断層群として 確認される 大 分 ー熊本構造線上の右横ずれ運動
が
5 M a
までさ かのぼることを意味する 。豊 肥 火 山 地 域 の も つ 半 地 溝状構造の成因は、
豊肥火山地域南縁において大分 ー熊本構造線が、
豊肥火山地域の活動期 間中 に右横ずれ運動を継 続したためと考え られている 。即ち、豊肥火山 地域は 大分ー 熊 本 構 造 線 沿 い の 横 ず れ 断 層 を グ ラーベン南縁の弱線として利用し、南側により
海 洋 化 学 研 究 第 14 巻 第 1 号 平成 1 3年 4月
深 く 傾 斜 し た 半 地 溝 状 構 造 を 形 成 し た も の と 推 定される。おそらく豊肥火山地域の形成には大量 の マ グ マ の 噴 出 に よ る 陥 没 運 動 だ け で な く 、 右 横ずれ断層に伴なうプル・アパート構造運動が関 与していたのであろう。
7.
フ ィ リ ピ ン 海 プ レ ー ト の 日 本 島 弧 に 対 す る 沈み込み運動の火成活動は、これまで、フィリビン海プレート の 沈 み 込 み と 関 連 づ け て 考 え ら れ て き た 。 例 え ば、 15 ‑ 12 M aの間には九 ｝卜
I
‑ パラオ海嶺と伊 豆 ー ボ ニ ン 島 弧 の 間 で 形 成 さ れ た 熱 い 縁 海 が 北 向きに沈み込んだ結果、西南日本弧には島弧では 特 異 な 瀬 戸 内 火 山 活 動 が 約 13 M a に生じ 、 外 帯 花尚岩類を約 14 M a に貰入させた 。 その後l2
6 M aの間には、海洋プレートの沈み込みに伴う 火 山 岩 が 噴 出 し て い な い の で 、 フ ィ リ ピ ン 海 プ
レ ー ト の 沈 み 込 み は 停 止 し て い た ら し い (Uto,
1989)。5 M a以降に活発に噴出した豊肥火山地域
内 の 火 山 岩 が 、 海 洋 プ レ ー ト の 沈 み 込 み を 伴 う 島 弧 に 典 型 的 な 化 学 組 成 を 示 す こ と 、 及 び 豊 肥 火 山 地 域 で は 火 山 活 動 の 立 ち 上 が り か ら 現 在 に 至 る ま で 火 山 活 動 が 縮 小 し な が ら も 継 続 し て い た こ と の2点 は 、 フ ィ リ ピ ン 海 プ レ ー ト の 沈 み 込みが約5M a以降現在まで継続していたことを 強く示唆する。
フ ィ リ ピ ン 海 プ レ ー ト の 北 西 方 向 へ の 沈 み 込 み開始時期に関して、 Matsubara and Seno (1980)は 潜 り 込 む ス ラ ブ の 長 さ と プ レ ー ト の 収 敏 速 度 か ら、フィリピン海プレート少なくとも 5 M a以 前 から現在まで沈み込みを継続していると考えた。
Niitsuma and Akiba (1985) は 、 西 南 日 本 の 上 部 中 新 統 直 羊 新 統 と 深 海 海 段 面 下 の 堆 積 物 の 類 似 性 から、フィリピン海プレートが7 6
M a に沈み 込みを開始し、少なくとも 3 M a までその運動方 向 を 変 え な か っ た と 推 定 し た 。Seno and Maruyama(1984) は 、 フ ィ リ ピ ン 海 プ レ ー ト は 西 南日本弧に対して、約 17M a には北北西方向に 6
c m／年の速度で、また約4 M a には西北西方向に
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Matsuyama‑lmari Tectonic Line
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図8 九州及び四国周辺の構造線と断層．点線で囲 った地域は豊肥火 山地域 ( H V Z ) の範囲．毛羽印は 正断層の位置と落ちの向きを示す．黒矢印：断層の横ずれ方向（今畑 ー白家断層，布田川断層，日奈 久断層）．P H S を付した矢印：約 1.5 M a以降のフィリ ピン海プレートの 沈み込み方向．
Transactions of The Research lnstitule of
Oceanochemistry Vol.14, No.I, April, 2 0 0 1 15
4 c m／年の速度で沈み込んでいたと結論した 。彼 ら は 、 北 向 き の 沈 み 込 み に よ り 発 生 し た 瀬 戸 内 火山活動が
II M a
には終了していたこと、及び南 海トラフの南でタービダイトが5 4M a
に堆積 したことの2
点から ，北西方向の沈み込みは、約5 M a
以前のある期間には停止しており 、その後 沈 み 込 み を 開 始 し た と 考 え た 。Sugiyama (1992) は 、 西 南 日 本 外 縁 隆 起 ー 前 弧 海 盆 帯 の 地 質 構 造 の 形 成 時 期 を 検 討 し た 結 果 、 南 海 ト ラ フ で は5M a
頃にフィリピン海 プレートの斜め沈み込みが 始 ま り 、 中 央 構 造 線 の 右 横 ず れ 運 動 が 開 始 さ れ たと考えた 。Uto (1989) は、山陰・中国地域の火 山活動の時 空分布から、約 10 5M a
の問には西 南 日 本 弧 に 対 す る フ ィ リ ピ ン 海 プ レ ー トの沈み 込 み が 休 止 し て お り 、 そ の 後 に 沈 み 込 み を 開 始 したと結論した 。 またNotsu et al.(1990) は、西南 日本弧の火山岩のSr同位体比が、島弧に沿って 顕著な変化を示すことを指摘し、5 M a
以降の 西 南 日 本 弧 は 、 フ ィ リ ピ ン 海 プ レ ー ト が 定 常 的 に 沈 み 込 む 前 の 、 い わ ば 沈 み 込 み 初 期 の 状 態 に あ ることを示唆した 。Nakada and Kamala (1991) は、 豊肥火 山地域では6 5 M a
か ら海洋プレートの 沈 み 込 み に 伴 う 玄 武 岩 が 噴 出 し 、 年 代 の 若 い 玄 武岩ほど沈み込みスラブがマントル・ウ ェッ ジを 汚染する度合が高くなることから、6 5 M a
の 少 し 前 か ら フ ィ リ ビ ン 海 プ レ ー ト の 沈 み 込 み が 開 始 さ れ た と 考 え た 。 これらの 事 実 を紛合する と 、 フ ィ リ ピ ン 海 プ レ ー ト の 北 西 方 向 へ の 沈 み 込みは6M a
頃に再開し、現在まで継続していると結論される 。
8.
中部九州における6 M a
の変動現象以 上 の よ う に 、 中 部 九9}￨1は 、 日 本 列 島 の 中 で も 伸 張 応 力 場 に お け る 地 質 現 象 が 見 ら れ る 特 異 な 地 域 で あ る 。 その要点は、（
I)
豊 肥 火 山 地 域（図4) は 火 山 構 造 性 陥 没 地(volcano‑tectonic
depression)の典型例であり、 豊肥火山地域では総
計＞5,000 k m'の 火 山 岩 が 噴 出 し 、 そ れ ら は 東 西 約7 0 k m、 南 北 約4 0 k m の 範 囲 の 地 溝 中 に 埋 積 された 。 また、（2)豊肥火山地域の形成様式とし ては、 (a)豊 肥 火 山 地 域 の 火 山 活 動 は 鮮 新 世 初 期 に始まり、（b)火山活動は初期から現在に 至 るま で活動規模を単調に減少し、その結果、（c)火山
16
岩分布域が中心部（九重火山周辺）に向けて縮小 した 。 地球物理学的には、（3)豊肥火山地域には
‑ 30 mgal に及 ぶ広域の璽力負異常がみられ（駒
重 力 異 常 域 は 全 体 と し て 東 西 に 延 び、 陥 没 帯 が そ の 縁 辺 部 を 断 層 で 境 さ れ 、 東 西 に 伸 張 し た 地 溝 を な し て い る こ と を 示唆する 。 坑 井 デ ー タ 及 び重 力 基盤 深 度 の 解 析 か ら は 、 豊 肥 火 山 地 域 内 では先第 三紀 甚 盤 岩 が平均 し て 約 2.5 k m陥没し ている（図7)。
年代学的には、 (4)豊肥火山 地 域 の 地表の火山 岩の放射 年代値はいず れも 6
M a
より若く、内側 ほ ど 新 し い 帯 状 配 列 を 示 す 。 豊 肥 火 山 地 域 内 のI M a
ごとの火山 岩 分布域と噴出麓はいずれも単 調減少し、火山活動が約 5M a
をピークとして時 代 が 下 る に 連 れ 減 衰 し た こ と を 示 す 。 放 射 年 代 値 の 帯 状 配 列 か ら は 、 地 溝 が 複 数 回 の 断 層 活 動 に よ り 形 成 さ れ 、 火 山 活 動 の 規 模 の 縮 小 に 伴 っ て 、 後 期 の よ り 小 さ な 陥 没 帯 ほ ど 地 溝 中 央 部 に 形 成 さ れ 、 こ れ に 伴 い 噴 出 し た 火 山 岩 頷 が 陥 没 部 分 を 補 填 す る よ う に 埋 積 し た と 解 釈 さ れ る 。このように、豊肥火山地域は約
6 M a
に急激に始 まり、 5M a
頃に最盛期をも つ火 山 活 動 の 引 き 起 こした火山構造性陥没地である 。構造地質学的には、 (5)豊肥火山地域の地溝の 成 因 は 、 豊 肥 火 山 地 域 南 縁 に お い て 大 分 ー 熊 本 構 造 線 が 、 豊 肥 火 山 地 域 の 活 動 期 間 中 に 右 横 ず れ運動を継続したためと考えられる（図3)。即 ち、豊肥火山地域は大分ー熊本構造線沿いの横ず れ 断 層 を 地 溝 南 縁 の 弱 線 と し て 利 用 し 、 南 側 に よ り 深 く 傾 斜 し た 半 地 溝 状 構 造 を 形 成 し た と 推 定される 。 お そ ら く 豊 肥 火 山 地 域 の 形 成 に は 大 量 の マ グ マ の 噴 出 に よ る 陥 没 運 動 だ け で な く 、 右横ずれ断層に伴なうプル・アパート構造運動が 関与していたのであろう 。
フィリピン海プレートの運動の関連としては、
(6)豊肥火山地域の形成と大分ー熊本構造線の右 横 ず れ 断 層 運 動 は 、 そ れ ぞ れ フ ィ リ ピ ン 海 プ レートの沈み込み開始を原動力として引き起こ された現象と考えられる 。 フィリピン海プレー トは琉球弧北部に対してはほぽ垂直に沈み込ん で い る が 、 西 南 日 本 弧 に 対 し て 斜 め に 沈 み 込 ん
海 洋 化 学 研 究 第1 4巻第1号 平 成1 3年4月
でいる（図2)。 大分ー熊本構造線の右横ずれ運 動に伴って、豊肥火山地域ではプル・アパート構 造 運動が起こり、半地溝状の大規模な陥没が約
6 M a
か ら始まった 。 陥没地域では、島弧性の安 山岩溶岩を主体とする大規模な割れ目噴火が起 こり、火山構造性陥没地を形成した（表l)。 ま た、右横ずれ運動に伴って地溝が南北に開きな がら豊肥火山地域が相対的に北東方向へ押し出 され、この地域に東西走向の正断層群が雁行状 に発達したと考えられる（図8)。これまでに知られているフィリビン海プレー ト運動の時間変化の事実を総合すると、フィリ ピン海フ゜レートの北西方向 への沈み込みは 6
M a
頃 に再開し、現在まで継続していると結論され る。約6M a
のプレート沈み込み開始直後に、豊 肥 火 山 地域で最も激しい島弧性の火成活動が起 こったことは、プレート沈み込みが不活発と考 えられていた時期 (10 ‑ 6滅することがなく、極めて遅い沈み込み速度を もちなが ら もプレートが存在していたことを示 唆する 。おそらく約 6
M a
に、 プ レートの沈み込 み 速 度 が 現 在 の 速 度(4 cm
／年）に近い速度にま で 急激に増加し、この作用により地上では大規 模な地溝が形成されたと推定される 。9.
西南日 本弧・ 琉 球弧 会合部の6 M a
付 近の テ クトニクス豊 肥火山地域の形成と大分ー熊本構造線の右 横 ず れ 断 層 運 動 は 、 そ れ ぞ れ フ ィ リ ビ ン 海 プ レートの沈み込み開始を原動力として引き起こ された現象と考えられる（図9)。 フィリピン海 プ レー トは琉球弧北部に対してはほぼ垂直に沈 み込んでいる（図 2 の N S ) が 、 西 南 日 本 弧 に 対 し て 斜 め に 沈 み 込 ん で い る （ 図
2
のOS)
。K a m a ta and Kodama(1994)
は、このよ うな島弧会合 部におけるプレートの沈み込み様式の違いが、 6M a
以降の中部九州のテクトニクスの 基本的枠組 みを形成した主因であると考え、上記の現象を統 ー 的に説明するテクトニック・モデルを提案し た。(I)西南日本弧に対して斜めに沈み込んだフィ リピン海プレートは、上盤プレート（前弧南海 スライバ ー ；図2) との間に強いカ ップリングを おこしたため 、 中央構造線及び大分ー熊本構造
線が、約
5 M a
か ら右横ずれ断層運動を始めた 。(2)大 分 ー 熊 本 構 造 線 の 右 横 ず れ 運 動 に 伴 っ て、豊肥火山地域ではプル ・アパート構造運動が 起こり、半地溝状の大規模な陥没が約 6
M a
から 始まった 。陥 没 地 域 で は 、 島 弧 性 の 安 山 岩 溶 岩 を主体とする大規模な割れ目噴火が起こり、火N W
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図9 西南日 本弧とフ ィリピ ン海プレートの断面 ．
T『ansactions o r T h e R esearc h In stitute or
O c e a noc h emist ry V ol.1 4 , No. I, Apri l, 2001
17
山 構 造 性 陥 没 地 を 形 成 した 。 また、右横ずれ運 動 に 伴 ってグ ラーベンが南北に開きながら豊肥 火山地域が相対的に北東方向へ押し出され、 こ の 地 域 に 東 西 走 向 の 正 断 層 群 が 雁 行状に発達し た。
なお、約
6 M a
の沈み込み開始 直後に豊 肥火山地 域 で 最 も 激 し い 島 弧 性 の 火 成 活 動 が 起 こ っ た こ と は 、 プ レ ー ト 沈 み 込 み が 不 活 発と考えられ ていた時期 (10 6
Ma)
の西南日本弧・琉球弧の 直下で、フィ リピン海 プレートが同 化・消滅する ことがなく、沈み込み速度が極めて遅いながら もプレートが存在していたことを示唆する 。即 ち、約 6M a
にプレートの沈み込み速 度が、現在の速度(4c m／年）に近い速 度 に ま で 急 激 に増加
し、この作用により地上では大規模なグラーベ ンが形成されたと推定される 。 このグラーベン は マ グ マ 生 産 量 の 最 も 大 き い 火 山 フ ロ ン ト 上
(120 k m
深発地震面 上）に位置しており、大量に噴 出 し た 島 弧 性 の 火 山 岩 に よ り 陥 没部が埋積さ れている 。 西 南 日 本 弧 と 琉 球 弧 の 会 合 部 に お い て、プル・アパート性のグラーベンが殆ど火山岩 の み に よ っ て 埋 積 さ れ た （ 即 ち ， 火 山 構 造 性 陥 没 地 と な っ た ） 原 因は、中部九州では火山フロ ントが島弧会合部を横切る（図 10) という状況に あ ったためであろう 。
10. 西南日本弧・琉球弧会合部における 2 M a付 近の火成活動
西南日本弧・琉球弧会合部付近の九州及び中国 地 方 に お け る 火 山 活 動 と 構 造 運 動 の 解 析 か ら 、 第四紀初頭以降に、独立した現象上でさまざまな 変 化 が 起 き て い る こ と が 明 ら か に な っ た 。以下 で は 、 こ れ ら の 現 象 を 大 き く 火 山 活 動 と 構 造 運 動に大別して記述する 。
2 M a
以降に見 られる火 山活動の転換現象は、 (I)火山フロント上の火山 配列の出現、 (2)火山岩の化学組成の変化、 (3)火 山堆積物の噴火様式の変化、の 3 点である 。火 山 フ ロ ン ト と は 火 山 岩 分 布 の 海 溝 寄 り の 配 列 線 を 意 味 し 、 一 般 に 海 溝 と ほ ぽ 平 行 に 並 ぶ 。 中 部 九 州 及 び 中 国 地 域 の 火 山 フ ロ ン ト の 出 現 年 代 を 、 各 火 山 体 に お い て 活 動 最 初 期 に 噴 出 し た 火 山 岩 の 放 射 年 代 か ら 求 め た と こ ろ 、 ほ ぼ1.5
M a
以 降 に 揃 う こ と が 判 明 し た （ 図10)
。 また、南九ヽ
J11
に関しても火山岩の年代をコンパイルし た結果、同様の1.5 M a
が得 られた 。 従 って、西 南 日 本 弧 と 琉 球 弧 北 部 の 火 山 フ ロ ン ト は 、 い ず れも同時期の約1.5 M a
に両島弧を縦断し形成さ れている 。Karna ta(1989b)
は、豊肥火山地域周辺の火山岩の化学組成をコンパイルし、約 1.6
M a
以 降 に 豊 肥火山地域内の火山岩のK
組 成 が そ れ 以 前 に 比 べ て 高 く な る こ と を 指 摘 し た （ 表 l)。 その後、Nakada and Kamala (1991)
は、豊肥火山地域の火山 岩のソレアイト／カルクアルカリ比が、時代が下 る に つ れ て 高 く な る ことを指摘した 。 また、北 西九朴I
玄 武 岩 と 豊 肥 火 山 地 域 内 の 玄 武 岩 の 微 量 元素組成の比較から、中部九111
の2 M a
以降の火 山岩にナイオビウム異常が顕著に認められるこ とが判明した 。これらの現象は、マントルソース0 100 Ion
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図
10
九州から中国地方にかけて火山フロント を構成する第四紀火山岩の分布とフィリピン海プ レートの運動方向の変化 ．黒 色 部 ： 約1.5 M a
以 降の火山岩分布域．網目部：豊肥火山地域 (HVZ) の活動範囲．白矢印：フィリピン海プレ ー トの 6M a
か ら1.5 M a
ま で の 沈 み 込 み 方 向 ．黒矢印 ：フィリビン海プレートの
1.5 M a
か ら現在までの 沈み込み方向．破線：深発地震面の深度 ．点 線：深発地震面の限界域．
18
海 洋 化 学 研 究 第 14 巻 第 1 号 平 成 13 年 4月か ら の 部 分 融 解 の 程 度 が 減 少 し つ つ 、 沈 み 込 み ス ラ プ か ら の 汚 染 物 質 が 付 加 さ れ た こ と で 説 明 される 。 このように、約2 M a を境として、火 山 岩の 化学組成に変化が確認される（表 l)。
豊肥火山 地域に は多 数 の 大 規 模 火 砕 流 堆 積 物 が分布する 。 これ らの産状の時間変 化 を見ると 、 マグマ体積で 1 0 k m'を越す大規模火砕流は2 M a 以降にのみ噴出している（図 11）。一 方、
2
M a以 前の火 山岩 の 産 状 で は 火 砕 流 堆 積 物 の 占 め る 割 合 が 小 さ く 、 代 わ り に 溶 岩 の 占 め る 割 合 が 圧倒 的 に 高 い と い う 特 徴 が 見 ら れる (K am alaet al., 1988)。 豊 肥 火 山 地 域 は6 M a以 降 連 続 し て ほ ぼ 南 北 伸 張 場 に あ る が 、 地 溝 の 平 均 拡 大 速 度 は 時 間 と と も に 単 調 減 少 の傾向にある 。 このこと か ら高橋(19 95 )は、地 溝 の 平 均 拡 大 速 度 即 ち水平 地 殻 歪 速 度 の 減 少 に よ り 、 地 殻 中 に マ グ マ が 蓄 積 さ れ 易 く な っ た こ と と カ ル デ ラ の 出 現 と の 間 に相関があると 考 えた 。 つまり、 地 上 の 平 均 拡 大速度が大きい2M a以前には、マグマは溶岩と してほぽ連続 的 に 流 出 し て し ま う た め 大 規 模 火 砕 流 の マ グ マ 溜 ま り を 形 成 で き な い 。 これに対 して2
M a以降で は、マグマの 生産 と流出がほ ぼ つり合い、カ ル デ ラ を 形 成 す る よ う な 大 羅 の マ グマの滞溜が可 能 となったと推定される 。2M a 以 前 の 中 部 九 ヽJ11
の 火 山 活 動 は 、 割 れ 目 噴 火 に よって 流 出 し た 大 量 の 安 山 岩 質 の 溶 岩 流 に よ っ て特徴づけられる（表 l)。こ れ に 対 し2M a以 降 に は 、 敷 戸 火 砕 流(1.3 M a)・耶馬渓火砕流(1.0 M a)・由布 川 火 砕 流(0.6 M a)阿 蘇 火 砕 流(0.3 0. 1 M a)の大規模火砕流の 噴出が確認されている（図 11 )。
11.
約2
M a を境とする構造運動の変化 2 M a以 降 に 見 ら れ る 構 造運動の転換現象は、(I )中 央 構 造 線 の 右 横 ず れ 運 動 の 活 発 化 、(2) 中 部九 州 の陥没盆地形成場の移動、 (3)南九州の 地 殻の回転、 (4)沖縄 トラフ 北縁 部 と 鹿 児 島 地 溝 で のリフティング、の 4 点である 。
鎌田(1992)は重力異常や 地震探査の結果から、
中 央 構 造 線 は 九 朴1に お い て 大 分 ー熊 本 構 造 線 に fissure e『uption dominant central eruption dom inant
lava flow
／＇ ‑'▲↓
0 0 0 0 2
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図
11
豊肥火山地域における南北に伸張する地 溝 の 平 均 拡 大 速 度 の 時 間 変 化 と カ ル デ ラ を 作 る 大規模火砕流の出現との関係．表
1
中 部 九 州 の 火 山 活 動 と 構 造 運 動 の 時 期 的 変 化地質時代 第三紀 第四紀
（鮮新世） （更新世）
年代 6 1.5
M a 1.5 0.7 M a 0.7 M a
火山岩の噴出率 大 中 小
火山体 大規模の溶岩台地 小規模の溶岩台地 溶岩ドームと成層火山体
火山の配列方 向 東西 北東ー南西 北東ー南西
噴出形態 割れ目噴火 中心噴火 中心噴火
応力場 強い伸張応力場 伸張応力場 伸 張 応 力 場 及 び
局所的な 圧縮応力場
大規模火砕流堆積物 不明 敷戸、耶馬渓、今市 由布 川 、阿蘇
K P 量（重旦％） 低 古向 高
火山岩の 化学組成 カルクアルカリ カルクアルカリ カルクアルカリ
＋ソレアイト ＋ソ レアイト
Transac tions or The Research lnstilute or
Oceanochemislry Vol.14, No.I, A pril, 2 001 19
連続することを明らかにした 。 大分市南西方の 大 分 ー 熊 本 構 造 線 上 に は 今 畑 ー白家断層（図8) が存在し、同断層は右横ずれを示す活断層であ る。 また、大分ー熊本構造線の南西部には右横 ずれを示す布田 川 ー日奈久断層系があり（図8)、 その 一 部も活断層である 。 このように大分 ー熊 本構造線沿いでは、第四紀の右横ずれ運動が確 認されている 。近畿 地方にお け る中央構造線が 右横ずれ運動を開始した時期は、大阪平野で外 帯からの水系が中央構造線により分断された時 期から 、約2.5 M a以降で、おそらく 2 M a頃から と推定されている 。 その後中央構造線の活動は 第四紀初頭頃から活発化し、 I M a以降には明ら かに右横ずれ運動が卓越している 。 従 って、 中 央 構 造 線 の 九 州 へ の 延 長 と 考 え ら れ る 大 分 ー熊 本構造線においても、約
2
M a以降右横ずれ運動 が起きていると推定される 。の 4 つ の 低 重 力 異 常 域 が あ る （ 駒 澤 ・鎌田，
1985)。 このうち久住・庄内・ 別府湾は構造性盆地
からなり 、猪牟田は大規模火砕流である耶馬渓火 砕 流 と 今 市 火 砕 流 を 噴 出 し た カ ル デ ラ で あ る (K am ata, 1989a; 鎌田ほか，1994)。 坑井コア等の 解 析 か ら 、 こ れ ら の 構 造 性 盆 地 は5 M a、1.5 M a、0.7 M aに、上記の順で北東方向へ堆積盆を
before 6 M a 6 ‑ 2 M a
④ な 珍
口二 ・ 9‑ ． ． /／ ふ ;,);/
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泣
1 ら．．．応 ヽ· — ＿ ．．．．
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移動したことが判明した (ltoh et al., 1998)。 この うち庄内盆地はpull‑apart basinの構造をもち、更
新世初期(2 1.5 M a )の中央構造線の右横ずれ
運動に伴い形成されたものである 。
南九州の中新世以降の堆積物の既存の古地磁 気方位は 、すべて約30゜西向きの偏角で特徴づ け られる 。 近年これらの西偏時期が特定され、
約2 M a以降に半時計回りの地殻の回転運動が起
きたことが明らかとなった (K odam a et al., 1995)。 古地磁気方位データから、南九 州 のうち回転を 受 け た は 東 半 分 は3 つのブロックに区分され、
図12 古地磁気方位 の時問変化から導かれた約 2 M a以 降 の 南 九 州 の 半 時 計 回 り の 地 殻 回 転 ( K o d a m a et al. , 1 9 9 5に一部加筆） ．
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図13 M a及び2 M aの地質構造の 変化． 黒 矢 印 ： 古 地 磁気 方位
(CW , 時計回りの回転 ；C CW , 反時計回りの回転）．細い白矢印 ：断層の横ずれ方向． P HS を付した太 い白矢印：フィリピン海プレートの沈み込み方向．点線で囲まれた地域は沖縄トラフの地殻の拡大域
を示す． 20 海 洋 化 学 研 究 第1 4巻第1号 平 成13年4月
こ の 地 域 の 西 縁 は 南 北 伸 張 の 鹿 児 島 地 溝で境さ れる（図 12)。 おそら＜沖縄トラフ北縁部と鹿 児 島 地 溝 の リ フ テ ィ ン グ が 、 南 九 州 の 地 殻 の 回 転 運 動 と 何 ら か の 関 係 が あ ったものと推定される
（図 13）。 また、回転した南九朴1地塊の東瑞にあ た る 宮 崎 平 野 と 日 南 海 岸 付 近 で は 、 第四紀後期 に 非 地 震 性 の 隆 起 が 認 め ら れ る 。 この原因 は、
南九州の反時計回り回転によ って宮 崎 地 域 が 圧 縮 さ れ た た め と 推 定 さ れ て い る 。 これまでに得 ら れ た 琉 球 弧 南 部 及 び 北 部 の 古 地 磁 気 方 位 の 時 間的変 化 は 、 沖 縄 ト ラ フ の 拡 大 に よ る 琉 球 弧 南
部の6 M a以降の時計回りの回転と、琉球弧北部
の2 M a以降の反時計回りの回転によって説明さ
れる（図 13) 。
12 . フ ィ リピン海プレートの沈み込み運動との 対応
西南日本弧 ・琉球弧会合部における中新世以降 の火成活動は、これまで、フィリピン海プレート の 沈 み 込 み と 関 連 づ け て 考 え ら れ て き た 。例え ば、 15
12
豆 ーボ ニ ン 島 弧 の 間 で 形 成 さ れ た 熱 い 縁 海 が 北 向 き に 沈 み 込 ん だ 結 果 、 西 南 日 本 弧 で は 外 帯 花 商岩類を約 1 4 Ma に 貫 入 さ せ 、 島 弧 に 特 異 的 な 瀬 戸 内 火 山 活 動 を 約 13M a に 生 じ た 。 そ の 後 II 6 M aの 間 に は 、 海 洋 プ レ ー ト の 沈 み 込 み
に 伴 う 火 山 岩 が 噴 出 し て い な い の で 、 フ ィ リ ピ ン
i
毎 プ レ ー ト の 沈 み 込 み は 停 止 し て い た と 推 定 される（宇都，1995)。約 6M a以降は、フィリピ ン 海 プ レ ー ト の 沈 み 込 み は 現 在 に 至 る ま で 継 続 していた 。 このことは、豊 肥 火 山地 域 で は 火 山 活動の開始した約 6M aから現在に至るまで火山 活 動 が 連 続 し 、 こ れ ら の 火 山 岩 が 海 洋 プ レ ー ト の 沈 み 込 み を 伴 う 島 弧 に 典 型 的 な 化 学 組 成 を 示 す こ と か ら も支持される 。 また、豊肥火山 地域では5 M aから海洋プ レートの沈み込みに伴う玄
武 岩 が 噴 出 し 、 年 代 の 若 い 玄 武 岩 ほ ど 沈 み 込 み スラプがマントル ・ウェッジを汚染する度合が高 くなることから、 5 M aの少し前からフィリピン 海 プ レ ー ト の 沈 み 込 み が 開 始 さ れ た と 考 え て 矛 盾がない 。 これらの事実を総合すると、フィ リ
ピン海プレートの北西方向への沈み込みは 6M a 頃 に 再 開 し 、 現 在 ま で 継 続 し て い る と 結 論 さ れ る（図14)。
6 M aの北西方向への沈み込み再開は、西南日 本弧・琉球弧会合部に見られる構造運動にとどま ら ず 、 同 時 代 に 起 き た フ ィ リ ピ ン 海 全 体 に わ た る 広 域 地 質 構 造 の 形 成 と も 成 因 的 な 関 連 を も っ と推定される 。 例 え ば 、 後 期 中 新 世 以 降 に 活 動 し4 ‑ 3 M aまでの左横ずれ運動が確認されてい る フ ィ リ ピ ン 断 層 (B arrier et al. , I 99 1；図 15)や、 約6 M a に 拡 大 を 開 始 し た マ リ ア ナ ト ラ フ(H us‑
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図1 4 フ ィ リ ピ ン 海 プ レ ー トの境界におけるプレート間地震 のスリ ップベクトル（上図）と ，フィ リピン海プレートのプレート相対運動（単位m m／年）（下図）．Seno et al. (1993) による．
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図15 フ ィ リ ピ ン 島 弧 周 辺 の プ レ ー ト 境 界 と 横 ず れ 断 層 （ フ ィ リ ピ ン 断 層 系 ）．I; フ ィ リ ピ ン 海 プレート／ユーラシアプレートの相対速度（単位
c m /年）．2; スリップベクトル．3; フィリピン・ト
レ ン チ と ル ソ ン ・ ト ラ フ ．4: フィ ）ヒン断層系 ．1
5；現在でも活動的な沈み込み帯と衝突帯．Barrier et al. (1991)による．
song and Uyada, 1982) と の 成 因 的 関 連 が 考 え ら れ る。 これ らについては、フィリビンの火山及びテ ク ト ニ ク ス の 調 査 終 了 後 、 稿 を 改 め て 論 ず る 。
2
M a以 降 の 構 造 運 動 の 原 因 に 関 し て は 、 フ ィ リ ピ ン 海 プ レ ー ト も し く は ア ム ー ル プ レ ー ト の 運 動 方 向 の 変 化 に 、 そ の 原 動 力 を 求 め る 考 え 方 が 提 起 さ れ て い る 。 フ ィ リ ピ ン 海 プ レ ー ト は 6M a の沈み込み再開の後、 1.5 M aに 北 北 西 か ら西 北 西 に 沈 み 込 み 方 向 を 変 化 さ せ た （ 図 10の 白 矢 印 から黒矢印への転換；Seno, 1985)。 こ の 時 期 に は 日本海東縁部において圧縮場が認められており、こ れ に 整 合 的 な 構 造 運 動 が ア ム ー ル プ レ ー ト の 東 進 に よ っ て も 解 釈 さ れ て い る （ 例 え ば ， 石 橋 ， 1995)。 し か し 、 こ れ ま で に 述 べ た よ う な2 M a に 同 時 性 の 見 ら れ る 火 山 活 動 の 転 換 現 象 を 考 慮 す る と 、 フ ィ リ ピ ン 海 プ レ ー ト の 沈 み 込 み 方 向 の西偏転換の方が、 2M a に 広 域 に わ た る テ ク ト ニ ク ス 転 換 に 対 し て 、 よ り 影 響 力 が 大 き か っ た と考えられる 。
このように、西南日本弧・琉球弧会合部では、
鮮 新 世 以 降 の 広 範 囲 に わ た る 事 象 に つ い て 、 6
M a と2 M a頃 に そ れ ぞ れ 同 時 代 性 を も つ 重 要 な 転 換 事 件 が 認 め ら れ た 。 こ れ ら は 複 数 の 独 立 し た 現 象 に 関 す る 火 山 活 動 及 び 構 造 運 動 に つ い て の 顕 著 な 転 換 で あ り 、 広 域 に わ た る テ ク ト ニ ク スの転換があ ったと考えられる 。6 M aと2 M aの 転 換 事 件 は 、 い ず れ も 島 弧 性 の 火 山 活 動 と 密 接 に 関 連 し て い る こ と か ら 、 そ の 原 因 を フ ィ リ ピ ン 海 プ レ ー ト の 沈 み 込 み 運 動 の 変 化 に 求 め る 仮 説(Kamala and K o d a m a , 1994, 1999)が 、 現 時 点 で は 最 も 説 得 力 が あ る と 考 え られる 。
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