酢川変質帯における透明石膏の産状と成因
山形大学理学部地球環境学科
旧姓、柏倉、札幌市在住

中鶴

島見和 夫
江里子

２．調査地域の地質概要

１．はじめに
蔵王温泉北西の滝山から南東の熊野岳にかけ温泉街から酢川周辺地域には、酢川泥流（市ての広い地域には、主に珪化や粘土化を呈する村，1957）の堆積物が広く分布している（図１）。

幾つかの変質帯が分布している（地質調査所，

この泥流は、蔵王温泉北西の滝山から南西の鳥1989）。そのうち蔵王温泉街と西方の酢川沿いに兜山にかけて、約５万年前（阿子島・山野井，わたって分布する、酢川変質帯において長澤・大1985）におこった火山性の大規模な滑落によるも場（1989）は県内の第四紀の温泉変質帯では初めので、堆積物の特徴から岩屑流であったとされてて透明石膏（以下、石膏とする）の良好な結晶がいる（今田ほか，1987）。含まれる礫種は滝山・産出することを報告した。報告書には石膏の産状鳥兜山起源の玄武岩類、安山岩類が多い。蔵王温と特徴について詳しい記載がなされており、成因泉を囲む、西側に開いた大きな滑落崖の近くではについても考察されている。それによると、上流溶岩の岩塊が多く、地滑り状の変形地形である域からもたらされた硫酸酸性水や変質物質を溶脱

直線状の窪地、離れ山（巨大な溶岩塊のこと）、して酸性化した天水が岩石の亀裂などに沿って進弧状の急斜面、段地などが見られる（阿子島 ，入し、母岩を粘土化するとともに石膏を晶出した1985）。また、崩壊物は流れ山や泥流となって西と考えられている。さらに、石膏は粘土化の進ん方山麓まで分布している。酢川が侵食したところでいるところほど多産する傾向があるため、成因はさらに急斜面の地形が発達し、土砂が崩壊しては粘土化変質と密接に関係があるとされている。

崖になっている部分もあり、河川には砂防堰堤がしかし、粘土化の進んだ部分に必ず石膏が産出す多く作られている。蔵王温泉周辺では、これら泥るとは限らず、全く産しない場合もあり、粘土化流堆積物が第四紀の溶岩類を覆い、そのすぐ下に作用と石膏の形成を定量的に評価する必要があ

は基盤の花崗岩類や新第三系中部中新統が存在する。

る（今田ほか，1987）。

今回は、石膏の粘土化変質の度合いによる産状

酢川の源流となっているのは、温泉街を横断しの違い、および成因について明らかにすることをて西へ流れる５本の川、すなわち北から河原川、目的とした。まず調査地域において石膏の産状と一度川、二度川、三度川及び祓川である。南端の母岩の変質状況を詳しく調査し、細かくサンプリ

祓川を除く４河川沿いには源泉が多く分布し、そングし、試料は接着剤で固めて薄片製作可能なもれぞれ源泉群を構成している。泉質は酸性・含のについては薄片を作り、顕微鏡観察、EPMA

鉄硫黄アルミニウム硫酸塩・塩化物泉に属し、分析、Ｘ線回折分析を行った。変質によってどんpHは1．6～1．9，溶存成分にSO42－ が概ね1，000 ～な鉱物が二次的に生成されたか、こうした調査や4，000mg/lと多量に存在する強い硫酸酸性である

実験結果から、酢川変質帯における 石膏の粘土〈山形温泉協会編，1973；東海林・田宮，1990）。

化変質との関係、そして生成過程や生成条件を考このような温泉水を多量に含んだ支流を集めて流える。

れる酢川の水もまた硫酸酸性を示す。調査地域に― 105 ―

おける酢川の水は、現地で測定したところpHは酸バリウムの白濁を生じた。

２～ 3．
5程度で、塩化バリウム溶液を加えると硫図１ 調査地域の位置と周辺の地質図（地質調査所, 1989；東海林・田宮, 1990をもとに作成）

３．調査結果⑴

黒色変質も見られる。東の堰堤より上でも石膏の産出が確認される。露頭Gより30mほど下流側に調査地域について調査地域の概略図を図２に示す。この地点の東露頭Ａがあり、ここでは石膏の産出は少ないもの側、つまり上流には２段の堰堤が作られ、その上の脈状に累帯した変質の状態が異なる部分が観察の両岸は急な崖が続く。これら両河原の崖露頭される。石膏の産状や特徴の記載は長澤・大場は、概ね 変質を受けた褐色の斜面を露出してい（1989）に詳しいが、今回は粘土化変質の強度とる。図中の露頭Ｇで石膏が多く産出るが、その対石膏産出の有無との関係に特に注目して調べるこ

岸の露頭（粘土化変質）では産出が少なく脈状のとを試みた。なお、日本地熱資源開発促進セン― 106 ―ター（1978）は、酢川変質帯を含めた蔵王火山北図２の露頭Ｇには、地球環境学科の野外実習で西地域一帯の一連の変質帯を表１のように分類し毎年訪れている。1991年の調査当時にはこの露頭ている。そのうち粘土化帯については、弱・中・に簡単に近づくことができ（写真１）、石膏も容強変質帯という呼び方をしているが、露頭観察を易に採取することができたが、今から７～８年前行った限りでは、帯というには変質の機子が局部の豪雨によって酢川の流れが変わり、露頭前に流的に細かく異なっているので、今回は弱・中・強路が変わって露頭自体も浸食されるようになった

変質部という言葉を使用した。ただし、分類の基（写真２，３）。その結果、現在は露頭の観察が準は同じものとする。

非常に困難となっている。

図２

表１

調査地域の露頭の様子

蔵王温泉周辺の変質帯の区分 （日本地熱資源開発促進センター , 1978)
外 観 性 状

粘土化
帯

珪化
帯

主 要 構 成 鉱物

弱変質

原岩の構造はほぼ残っており、長石は変質．

モンモリロナイトを主として．原岩の斜長石およびクリストバライト・石英・カオリナイト･セリサイト・ゼオラ
イト等を含む．

中変質帯

石基部は部分的に変質、原岩の構造は残っている.

カオ リナイト・ハロイ サイトが比較的多く、モンモリロナイト・セリサイト・明ばん石・石英・クリストバライト等を含む。

強変質帯

原岩の構造は消失し、ほとんど粘土になっている。

カオ リナイト・ハロイ サイト を主としてセリサイトを含むもの．およびはとんどモンモリロナイトからなるもの．

弱珪化帯

原岩の構造は完全に残っているが、堅硬となっている.

石英・ クリストパライトがあリ．斜長石・モンモリ ロナイト等を含む．

中珪化帯

石英脈とうSiO2の添加が認められるもの.

トリディマイト・石英・ クリストパライトを含み． ハ
ロイサイト・明 ばん石 ・黄鉄鉱等を含む ．

強珪化帯

ほとんど Si02のみからなる堅硬または多孔質岩．

トリディマイト・クリストパライトを主とするもの、および石英を主とするもの．

黒色変質帯

温泉作用でもたら された黄鉄鉱化帯― 107 ―

写真１

露頭Ｇの様子（1991年）

写真２ 露 頭Ｇの現在の様子（右奥にある茶色い露頭、2015年）

結晶内には微量の不純物を包有している場合が多い。
露頭Ａでは全体的に石膏の産出は少ないものの、露頭Gにおける無秩序な変質状況とは異なり、露頭中腹部において大きく脈状に粘土化が進んでいるのが観察される（図４，写真５）。かなり強く変質したと思われる、粘性のある白～灰色粘土の脈が横にのび、この上下には淡黄土～茶色、ときには淡緑色を呈する脆く崩れる粘土が存
写真３在する。上部は急斜面で調査が困難であったが、露頭Ｇの近接写真見上げたところ粘土化が続いており、あちこちに⑵

弱変質岩石ブロックが突出している。白～灰色部

露頭観察の結果露頭Ｇのスケッチを図３に示す。全体的に黄土は水分が多く強い粘性があり、手に取れば様々な色の脆い粘土であるが、所々に変質のあまり進ん形に変形できるほどである。黄鉄鉱や石英の粒がでいない岩石ブロックが残って突出している。こ多く含まれているが、石膏の存在は確認できなの露頭における石膏の産状をまとめると次のようい。この強変質部をはさんで、上下の褐色粘土でになる。粘土化変質の分類（表１）に従えば、石ある中変質部にも石英が含まれているのがわり、膏は中強変質部で褐色～白色を呈し、ハンマーをまた小さな石膏の結晶が産出するところも一部ああてがうと脆くくずれる程度の所に多く産する。

る。下の岩石の粘土側に近い部分は、ハンマーでおそらく母岩の節理や亀裂、隙間であっただろう

たたけば簡単に破砕できるほど脆弱化していると思われる部分に、結晶が脈状に配列しているこが、粘土から離れるにしたがい強固な母岩の構造とが多いが、密集して不定方向に成長した産状をを残しており、造岩鉱物の結晶も肉眼で確認でき見せることもある。また、ときに弱変質部といえる。

る岩石ブロックのところでも、その節理や亀裂にこの露頭を細かく観察して色やと硬さで判別し沿って薄い結晶がはりついていることがある。結たところ上部から８つに分類できた（図４）。①

晶形は数mmの小針状や粒状のものから、長径が～⑧の部分について観察結果をまとめると、表２数cmにもなる菱形状、柱状、平板状、長板状なのようになる。露頭Ａにおいては他にも、小規模どがあり、燕尾式双晶も発達するなど様々な形態ながら脈状に粘土化が行われた部分が数カ所で見を示す（写真４）。色は半透明で白灰色を呈し、られる。

― 108 ―

図３

図４

露頭Ｇのスケッチ

露頭Ａにおける脈状粘土化帯とサンプリング地点

写真４ 代表的な透明石膏の写真
左：燕尾式双晶、中：二つに分かれた双晶、右：平板状結晶― 109 ―

写真５

露頭Ａの写真⑶サイト、単斜輝石は普通輝石の範囲に入ることよ

母岩について酢川変質帯が位置するのは岩屑流が堆積したとり、母岩はCaの多い造岩鉱物に富むことが確認ころで、特に石膏が産出する地域は、滝山起源のされた。調査地域内の岩石は、ほとんどフレッ玄武岩質の岩塊が多い（長津・大場，1989）とさシュなものから、母岩の組織をかろうじて残しつれているが、母岩の特徴を詳しく知るために、調つ、亀裂や節理に石膏を伴っているようなものま

査地域からできるだけ完全に組織を残している岩であり、様々な変質段階を呈する。中間タイプに石を採取した。それらを薄片にして詳しく顕微鏡おいて方解石は、変質しかかった単斜輝石の内部観察を行い、大きく３つ（弱変質岩、中間タイプ、や周囲に見られる場合が多い。また同岩石中の黄変質岩（写真６～８））に分けることができた。

鉄鉱は塊状に点在するが、変質岩になると脈状に弱変質岩の観察から、母岩は斜方輝石・単斜輝石存在する場合が多くなる。変質岩において石膏は安山岩と命名することができ、組織は斑状でイン不規則なわれ目に沿って生じており、石英は玉ずターグラニュラーを呈す。また斜長石と単斜輝石いのような放射状の結晶形を呈するものが多い。

について、EPMA分析によれば、斜長石はアノー

写真６ 弱変質岩の顕微鏡写真
中央の輝石やマトリックスが少し変質している。

写真７ 中変質岩の顕微鏡写真
輝石が強く変質して粘土鉱物になっている。

４．石膏を生成したCaとＳの起源について薄片が作れた試料を使い、鉱物のモード分析とEPMA分析から岩石全体の成分量を計算した。その結果を弱変質岩、中間タイプ、変質岩で比較したのが図５である。これから注目すべきは、３タイプの岩石にわたって鉱物間を移動しているCaと、変質岩におけるＳの増加である。まず、弱変質岩中のCaは主に斜長石や単斜輝石に含まれるが、中間タイプではその約14%は方解石に、変質
写真８ 強変質岩の顕微鏡写真
もとの結晶の形はほとんど失われている。白く見える脈には石膏が、黒く見えるところには黄鉄鉱が生じている。

岩ではその約37%までもが石膏の生成にまかなわれるようになる。しかし、図５に見るように３タ
イプ通しての全体のCaO量は ほとんど変化しておらず、方解石や石膏を生成したCa成分は岩石― 110 ―中を狭い範囲で移動したもので、母岩起源である加していることから、SO42-を多量に含む温泉水ことを強く示唆していると考えられる。また、変により、外部から加わったものであることが確認

質岩において石膏や脈状の黄鉄鉱を生成したＳ成されたと考える。

分は、元来母岩に存在していた量からは大きく増

図５ 岩石の主要化学成分の変化
岩石のモード組成と鉱物の化学組成から求めた。

５．変質強度と石膏産出の関係についてのピークのほうが顕著である。④は脈状粘土化帯

脈状粘土化帯における①～⑧のＸ線回折結果との粘性が強い白灰色部であり、この部分の粘土は露頭観察の結果（表２）を照らし合わせてみるカオリナイト化していると考えられる。後述すると、あまり変質の進んでいない岩石部の⑦・⑧にように変質度が強いところほどカオリナイト化作

は斜長石のピークが大きく現れているが、粘土部用が進行することから、①～⑧の中では ④がやの①～⑥ではそれはなく、かわりに石英のピークはり最も強く変質を受けており、それから離れるが顕著であることがわかる。これは、変質が進むにしがい変質度が弱まっていることがわかる。おにつれ母岩の造岩鉱物を構成しているCa, Fe, Mg

そらく④のところにはもともと大きな亀裂があっなどが溶脱されるため、残留物中にはSi成分の割て、母岩をこのように変質させる酸性の強い水が合が多くなり、それが再結晶して石英になったも多く通ったのだろうと考える。のと思われる。粘土部でも薄片にすることができまた③だけに石膏のピークが現れているが、①た①，③，⑤については、顕微鏡下においても石～⑧の試料を詳細に観察しでも、やはりそれ以外英が様々な結晶形を呈して確認される。には石膏の結晶は認められない。しかし③は石膏

モンモリロナイトのピークは①～③、⑤～⑦にを無視すれば,ピークの現れ方は①，②，⑤などあらわれているが、これに対して④にはまったくとあまり変わりはない。このように変質度はほとといっていいほど現れてはおらず、カオリナイトんど同じと考えられるのに、なぜ石膏産出の有無― 111 ―とがわかる。薄片にできたものを顕微鏡で見てが起こるのであろうか。
この脈状粘土化帯に限らず、露頭Ｇやその対岸も、やはりひび割れなどのすきまが多く、そういについての調査結果もあわせて、石膏が産出するうスペースに沿って石膏を晶出しているのであ部分としない部分では、どう異なる特長があるのる。一方石膏が産山しない部分は、粘土の細かいかを詳しく見てみた。

粒子が緻密に固まっていて間隙がなく、石膏の結まずＸ線回折のデータから総合すると、石膏が晶成長には適していないように見える。従って石産出する場合、粘土鉱物は主にモンモリロナイト

膏の生成には、間隙の有無という要素が大きいのであるが、カオリナイトも少量認められる。重要ではないかと考える。調査地域の母岩は岩屑なだであると思われるのは、粘土鉱物がカオリナイトれの堆積物であるから、流下した岩石が大小に崩だけになってしまった部分では、石膏は例外なくれ、一部は粘土化しながら堆積していた。このよ産出しないということである（表２）。

うな堆積物には粘土化の強いところや岩石の隙間がさまざまに発達し、その後の変質に大きく影響

石膏が産出する部分の試料は、手に取って見るしたと考えられる。と崩れやすく、間隙の多い脆い性質をしているこ
表２

露頭Aにおける脈状粘土化帯の試料の特徴
X 線 回 折 結 果
No.

粘土部

岩
石部

色

肉 眼 観 察

モンモリ カオリナ
ロナイト
イト

黄鉄鉱

石英 斜長石 輝石◎○◎

斑晶の痕跡が残る。石英と方解石が少しある。

◎○

◎

薄片できず

◎

○

○

母岩の組織は全く残っていない。石英があり、脈状に石膏がある。

○

薄片できず

○

母岩の組織は全く残っていない。石英があり、沸石様のものがある。

○

薄片できず

①

淡黄土

②

黄土

③

赤茶

①②よりも水分を含み、多少粘る。粒度が粗く、脆く崩れる。非常に小さな石膏結晶が多い。

④

白～灰色

水分がかなり多く粘りが強い。小さな黄鉄鉱の粒や、数ミリ大の石英の結晶が多い。石膏は産しない。

⑤

茶多少水分があり粘る。粒度は細かく緻密である。石膏は産しない。

◎⑥淡緑

水分少なく緻密で硬い。非常に薄い脈で存在する。石膏は産しない。

◎⑦

茶母岩の組織を残し、長石の結晶は肉眼で観察できるが、ハンマーでたたくと簡単に崩れる。石膏は産しない。

○⑧

黒肉眼では、母岩の組織がそのまま残り、強固である。造岩鉱物の大きな斑晶が確認できる。

水分が少なくポロポロと塊状に崩れる。緻密で固まっており、押しつぶすとパウダー状になる。石膏はほとんどない。

顕微鏡観察結果
石膏

○○

○

○

○

○

長石は残っているが、有色鉱物は変質。マトリックスに玉ずい(?)、脈状に方解石と黄鉄鉱あり。

◎○

ほぼ母岩の組織を残しているが、ところどころ変質。

◎多い、 ○ふつう

６．石膏と粘土鉱物の生成環境についてⒸはカオリナイトの安定に存在する範囲

図６は、Ca-C-O-H-S系におけるEh-pHダイアグとなる。またⒶでは斜長石や方解石も安定な領域

ラムである。石膏は、pHが約4 ～ 6のやや酸性側なので、露頭Ａの①や⑦の環境である。Ⓑは石膏で安定であるが、pHがより低くなると溶解してとモンモリロナイトが安定に存在するので、露頭しまうことがわかる。方解石は石膏よりもpHがＡの③の環境を示している。
Ⓒでは酸性が強く、カオリナイトと黄鉄鉱が一高い環境で安定に存在する。図中のⒶⒷⒸについ緒に存在するので、露頭Ａの④の環境を示していて、Ⓐ
は磁鉄鉱の安定領域で、母岩の玄武岩中にある磁鉄鉱が安定に存在する範囲Ⓑは石膏の安定に存在する範囲る。このように、露頭Ａでは脈状変質の④が最も酸性が強く、その両側に離れるにつれて弱酸性～アルカリ性になっていることが分かる。

― 112 ―

図６

７．結

Ca-C-O-H-S系の安定領域（Brookins, 1988をもとに作成）
Fe-S-O-H系の磁鉄鉱、黄鉄鉱の安定領域を合わせている。

論

たは岩石中に産出する場合が多い。しかも石１．酢川変質帯における石膏は、強い硫酸酸膏が多産するところの母岩は、特にCa成分性をしめす蔵王の混泉水中の硫酸イオンに富み、亀裂などによる間隙が多く、温泉水2-（SO4 ）と、主に母岩起原のCa成分が結びが浸透して結晶が成長しやすい性質であっついて生成されたものである。

た。

２．酢川変質帯における石膏は、母岩中にモン３．母岩が強い酸性化による変質を受けて、粘土モリロナイトが多く、カオリナイトがわずか鉱物がほとんどカオリナイトだけになった部分に含まれる程度の変質段階にある粘土中、までは、石膏は溶解してしまうので産出しない。

― 113 ―

引用文献

今田正・大場与志男・土肥浩巳・玉井ます美（1987）山形市東部，滝山火山の地質と岩石．

阿子島功（1985）蔵王火山の侵蝕過程．山形県総岩石鉱物鉱床学会誌，82．345－351.

合学術調査会「蔵王連峰」，344－353.
阿子島功・山野井徹（1985）蔵王火山西麓の酢川

長澤一雄・大場与志男（1989）蔵王温泉酢川変質泥流の発生年代．東北地理，37, 159－165.

帯から産出した透明石膏，山形県立博物館研究

Brookins, D. G.（1988）Eh-pH Diagrams for
Geochemistry，Springer-Verlag，17，81，報告，10，43－45.
日本地熱資源開発促進センター（1978）地熱開発

176p．

精密調査報告書，No. ２､「蔵王．356p.

地質調査所（1989）日本の主要地熱地域の地質と東海林辰雄・田宮良一（1990）温泉今昔物語，地温泉・変質帯分布．地調報告、第270号、253－

熱エネルギー，Vol.15，No．３，241－248．

267.
市村

山形温泉協会編（1973）山形県温泉誌．山形県温毅（1957）滝山火山の活動．山形大学紀要（自然科学），４，287－297.

― 114 ―

泉協会、541p.