地球環境研究,Vol.13(2011)

蛍光Ｘ線分析による足尾山地､ 沢入花崗閃緑岩体の全岩化学組成
川

野

信＊

良

キーワード：沢入岩体､ 花崗閃緑岩､ 主成分元素､ 微量成分元素１. はじめに討した｡ その結果､ 下部地殻の部分溶融によって生じたマグマが上部地殻内に上昇・固結し､ 沢入岩体を形成し沢入 (そおり) 花崗閃緑岩体 (以下､ 沢入岩体と呼ぶ)たと推定した (荒川ほか, 1996, 1998)｡ 一方､ 加々美

は群馬県みどり市沢入を中心に､ 周囲の中・古生界に明(2005)､ 加々美ほか (2007) は沢入岩体の Sr 同位体比

瞭な接触変成作用を与えて､ 南北12km､ 東西６km に組成を検討し､ 中央部で相対的に初生値が低く､ 周縁部

わたって分布している (図１；河田・大沢, 1955)｡ 植にいくに連れそれが徐々に高くなることを指摘した｡ そ田 (1956) は本岩体の６試料の化学分析を行い､ ノルムの後､ 同様の Sr 同位体比初生値 (以下､ SrI 値と呼ぶ)

鉱物組成からそれらには化学成分上大きな差は見られなの岩体内での変化傾向は､ 多数の花崗岩体で見いだされいと結論した｡ また､ 野沢ほか (1958) は沢入岩体２試ており､ それらの形成過程について議論が続けられてい料の全岩化学分析値､ 35試料の部分化学分析値を報告し､る (川野ほか, 2007；加々美ほか, 2010)｡

国内の他地域の花崗岩類との比較を行った｡ さらに､ 矢沢入岩体の活動時期は黒雲母 K-Ar 法によって86Ma

内 (1972, 1973a, 1973b) は､ 沢入岩体を含む足尾山(Shibata and Miller, 1963)､ 90-91Ma (河野・植田,

地の火成岩類について詳細な岩石学的検討を行い､ 花崗

1964)､ 93Ma (Sudo et al., 1998) が､ 黒雲母 Ar-Ar 法

岩類の成因について論じた｡ 近年､ 荒川ほか (1998) はでは92Ma (Uto et al., 1997) がそれぞれ得られている｡

沢入岩体で実施された深度1500m のボーリングコアお本論では､ 加々美 (2005)､ 加々美ほか (2007) が指よび地表試料について全岩主成分および微量成分組成を摘した SrI 値の累帯構造に基づき区分された岩相毎に化報告し､ 全岩化学組成の垂直分布と水平分布について検

学組成を検討し､ 累帯構造の形成過程について考察を行う｡

２. 沢入岩体の産状および岩石学的特徴
２. １

岩相区分

先に述べたように､ 加々美 (2005) は沢入岩体に SrI
値の累帯構造を見いだした｡ 加々美 (2005) によれば､岩体の中央部分には SrI 値が0.7069未満を示す岩石が分布し､ その周囲を取り巻くように0.7069の SrI 値を示す
岩石が分布している｡ さらに､ 岩体周縁部に SrI 値が0.7069を越える岩石が分布している｡ 川野ほか (2005)
は､ この SrI 値に基づき､ 値が0.7069未満を示す中心相､
図１

足尾山地の地質概略図 (矢内, 1972を簡略化)

１；第四系, ２；流紋岩溶岩, ３；古峯ヶ原岩体,
４；中禅寺酸性岩類, ５；鹿ノ入岩体, ６；沢入岩体,
７；松木深成岩体, ８；足尾層群＊0.7069を示す中間相､ 0.7069を超える周縁相に区分して同位体岩石学的検討を行っている｡ 本論でも､ 川野ほか
(2005) の岩相区分に従って議論を進める｡ 図２に示す
沢入岩体中の黒点と数字は､ 試料採取位置とその試料の立正大学地球環境科学部

25

蛍光Ｘ線分析による足尾山地､ 沢入花崗閃緑岩体の全岩化学組成 (川野)

２. ３

岩

石

肉眼では灰白色〜青灰色を示す岩石で､ 渡良瀬川に沿った地域では極めて新鮮である｡ また､ 石切場が複数点在しており､ そこからも新鮮な試料を採取することができた｡ 岩石は､ カリ長石の巨晶を除く部分で等粒状を呈す
る花崗閃緑岩〜花崗岩からなる｡ 主要構成鉱物は､ 斜長石､ 石英､ カリ長石､ 黒雲母､ 不透明鉱物であり､ ジル
コンや燐灰石などの副成分鉱物も含まれている｡ 斜長石
は0.2〜0.5mm ほどの自形で卓状を呈し､ 累帯構造が顕著に発達している｡ ごく一部にセリサイト化が進んでいるものもある｡ 石英は0.2〜0.6mm 程度で､ 半自形〜他形を呈し､ 波動消光が認められる｡ カリ長石は自形の巨晶を除けば､ 他形を呈し､ 他の鉱物間を充填するように産する｡ 巨晶はアルバイト・カールスバッド双晶が顕著であり､ 巨晶以外ではパーサイト構造が発達している｡
黒雲母は0.1mm 以下のものが多く､ わずかに緑泥石化
図２

沢入花崗閃緑岩体の地質図(矢内, 1972を一部簡略)しているものも認められるが､ 比較的新鮮である｡ 不透
明鉱物は黒雲母に伴って産する場合が多い｡ なお､ SrI

図中の黒点は試料採取位置を示し, 数値はその試料の Sr 同位体比初生値の最後の２桁を表している(例えば, 0.7074→74)

値に基づき区分した岩相毎に､ 含まれる鉱物種に違いは

SrI 値の最後の２桁を示している｡ つまり､ 岩石の SrI

岩石は花崗閃緑岩を主体とし､ 花崗岩を伴っている｡ 中

値が0.7072であれば ｢72｣ と記入している｡ なお､

心相は相対的にカリ長石に富む傾向が認められる｡ 中間

0.7069を示す中間相から得られたアイソクロン年代は98

相の領域は周縁相と重複するもののやや斜長石に富む傾±11Ma であり､ 前述の最も古い黒雲母 K-Ar 年代 (93向がある｡ 周縁相は他の２岩相と領域が重複するが､ カMa) や Ar-Ar 年代 (92Ma) より５〜６Ma 古い年代

リ長石に乏しく､ 石英に富む特徴が見られる｡ なお､ 荒を示している (川野ほか, 2005)｡

川ほか (1998) では､ 沢入岩体周縁部で斜長石や黒雲母認められなかった｡
図３に石英−斜長石−カリ長石モード三角図を示した｡

が多く､ 岩体中央部でカリ長石や石英が多く含まれると
２. ２

産

状

報告されている｡

本地域には中・古生界の足尾層群､ それに貫入する沢
入岩体､ それらを覆う足尾流紋岩､ さらにその上位に第四紀火山岩が分布している｡ 沢入岩体は足尾山地の草木
湖北方に南北12km､ 東西６km にわたって露出している (図１, ２)｡ 岩体の中央部分には渡良瀬川が南北に走っており､ 岩体の一部は最南部で草木湖に没している｡
岩体は被貫入岩体である足尾帯堆積岩類に明瞭な接触変成作用を与えて貫入し､ 餅ヶ瀬川流域では菫青石ホルン
フェルスを生じさせている｡ また､ 沢入地区の渡良瀬川Ａ ) では安山岩岩脈によって貫かれ､ 銀山河岸 (図２の

平に向かう支流沿いでは流紋岩中に角礫状の捕獲岩として取り込まれている｡ 岩相毎の産状の違いは明瞭ではな
く､ それぞれの貫入関係は明らかにできていない｡

26

図２

石英−斜長石−カリ長石モード三角図

地球環境研究,Vol.13(2011)

Fe2O3, MnO, MgO, CaO, Na2O, K2O, P2O5のすべ

３. 全岩化学組成てで減少する傾向がある｡ また､ 中心相は周縁相に比べ中心相７試料､ 中間相６試料､ 周縁相７試料の計20試

SiO2 , TiO2 , Fe2 O3 , MnO, MgO, P2 O5 にやや富む特料について全岩主成分・微量成分分析を行った｡ 試料は徴がある｡ 中間相は周縁相と組成領域が重複する場合が新鮮な部分を岩石カッターで切り出し､ 鉄乳鉢で粉砕後､多く､ 変化傾向も周縁相と類似している｡ このように岩めのう製のボールミルで細粉化した｡ 分析は､ 立正大学

相毎にやや異なる主成分変化傾向が認められる｡

地球環境科学部環境システム学科設置のリガク社製

図５に SiO2 と微量成分元素の組成変化図を示した｡

ZSX Primus  を用いて行った｡ 分析方法は､ 基本的中心相では SiO2の増加に伴い､ Ba, Co, Cr, Ga, Nb,に川野 (2010) に基づいた｡ ただし､ 分析条件を改善し､

Ni, Sr, V, Y, Zn, Zr は減少し､ Cu, Pb, Rb, Th

理論マトリックス補正計算は de Jongh モデルを用い､は明瞭な変化傾向を示さない｡ 周縁相では SiO2 の増加

LOI (loss on ignition) を含む補正計算 (山田, 2010)に伴い､ Ba, Co, Cr, Ga, Nb, Ni, Sr, V, Zr が減を加えている.12〜25個の地質標準試料を使って求めた

少し､ Cu, Pb, Rb, Th, Y, Zn では明瞭な変化傾向

各元素における検量線の相関係数はすべて0.99以上であが認められない｡ 中間相は周縁相と領域が重なる場合がる｡ 測定した元素は､ 主成分元素である Si, Ti, Al,

多く､ 変化傾向も周縁相と類似している｡ また､ 中心相

Fe, Mn, Mg, Ca, Na, K, P と微量元素である Ba,

は､ 周縁相に比べ Ga, Nb, Pb, Rb に富み, Ba, Sr

Cr, Co, Cu, Ga, Nb, Ni, Pb, Rb, Sr, Th, V,に乏しい傾向が見られる｡ 主成分元素と同様に､ 微量成

Y, Zn, Zr の合計25元素である｡ このうち､ Co, Ga,

分元素でも個々の岩相は異なった変化傾向を示している｡

Th, Zn は川野 (2010) では取り扱っていなかったが､11〜13個の地質標準試料の Co-Kα, Ga-Kα, Th-Lβ1,
Zn-Kα線の計数値を用いた検量線を作成し分析を行っ

４. 考

察

加々美 (2005)､ 加々美ほか (2007) は沢入岩体を含た｡
図４に SiO2 と主成分元素の組成変化図を示した｡ 中

む複数の深成岩体について SrI 値の累帯構造があること

心相と周縁相を比較すると､ 中心相の方がやや SiO2 にを見いだした｡ 通常､ 深成岩体は同一のマグマから形成富む傾向がある｡ 中心相では SiO2 が増加するにつれ､された場合､ その SrI 値は極めて狭い範囲に集中する事

TiO2, Al２O3, Fe2O3, MnO, MgO, CaO, K2O, P2O5

が 知 ら れ て い る ( 例 え ば ､ Faure and Mensing ,は減少し､ Na2O は明瞭な変化傾向は示さない｡ 一方､

2005)｡ しかしながら､ 近年の同位体岩石学的研究では

周 縁 相 で は SiO2 が 増 加 す る に つ れ ､ TiO2 , Al2 O3 ,比較的狭い範囲で Sr 同位体比が平衡に達すると考えら

図４

SiO2に対する主成分元素の相関図

27蛍光Ｘ線分析による足尾山地､ 沢入花崗閃緑岩体の全岩化学組成 (川野)図５

SiO2に対する微量成分元素の相関図

れている (例えば､ 川野・柚原, 2008)｡ つまり､ SrI

も大きくなることが期待される｡ そこで､ 横軸に Rb､値の累帯構造は何らかの原因によって引き起こされる現

縦軸に A.S.I.をとった図を作成した (図６)｡ この図を象であると考えられ､ その成因について検討が進められ見ると､ 先に述べたように､ 一部重複するものの中心相ている (川野ほか, 2007；加々美ほか, 2010)｡ 以後､は相対的に Rb に富んでいることがわかる｡ また､ 周縁沢入岩体で見られる累帯構造の成因について得られた化相の A.S.I.は１試料を除き､ 中心相とほぼ同じかもしく

学分析値から考察を進める｡

は低い値を示している｡ これらのことから､ 周縁相が泥まず､ 第１の可能性は､ 岩体を形成したマグマが貫入質堆積岩と反応した可能性はかなり低いと考えられる｡

した際に周囲の足尾層群の堆積岩と反応し､ 周縁部で次に固結時間に差が生じて SrI 値が変化した可能性を

SrI 値が上昇したとするものである｡ 一般に､ 泥質堆積考える｡ 荒川ほか (1998) は､ マグマ貫入時に岩体周辺

87

86

物は Rb に富んでおり Sr/ Sr 比も高い､ マグマがそれらを同化した場合､ マグマ中の Rb も増加し､87から固結したために､ 岩体周縁部に斜長石や黒雲母が多86

Sr/ Sr比も高くなることが考えられる｡ 今回の研究では野外において明瞭な泥質捕獲岩との反応は見いだせなかったものの､ 野沢ほか (1958) は沢入岩体中に含まれる泥質捕獲岩を報告している｡ もし､ 沢入岩体で泥質捕獲岩との反応が生じたとすると､ 周縁相は中心相に比べて多くのRb を含んでいると考えられる｡ しかしながら､ 図５に明らかなように周縁相は中心相よりも Rb が少ない傾向がある｡ さらに､ 泥質堆積岩は Al2O3にも富むと考えられ､ 同化した場合マグマの A.S.I. (aluminum saturation index) は高くなると考えられる｡ 周縁相が泥質堆

図６

積岩と反応すれば､ 中心相に比して Rb が多く､ A.S.I.

A.S.I.: aluminum saturation index

28

Rb に対する A.S.I.の相関図

地球環境研究,Vol.13(2011)のマグマが存在し､ 連続して貫入してきたメカニズムについてはさらなる検討が必要である｡ また､ 同時にそれぞれのマグマの成因についても明らかにする必要があろう｡

５. まとめ足尾山地に分布する沢入岩体について､ 蛍光Ｘ線分析装置を用いた全岩化学分析を行い､ 主成分元素および微図７

1/Sr に対する SrI (98Ma) の相関図

量元素組成を明らかにした｡ Sr 同位体比初生値に基づく岩相毎に化学組成を検討した結果､ 3つの岩相で変化

く､ 岩体中央部にカリ長石や石英が多い累帯構造をもつ

傾向に差が認められた｡ 特に周縁相と中心相では､ 微量に至ったと考えた｡ この場合､ 中心相は周縁相に比べて元素含有量や SiO2 の増加に伴う変化傾向が異なる場合

遅れて固結した正累帯深成岩体と考えられる｡ したがっが認められた｡ 今回得られた化学分析値に基づいて､ 沢て､ 液体濃集元素である Rb は中心相で多くなると推定

入岩体に見られる SrI 値の累帯構造について検討を行っされ､ 図５で示される化学的特徴と一致する｡ しかしな

た結果､ 異なるマグマの混合によって形成された可能性

87

86

がら､ その場合 Rb が多くなる分 Sr/ Sr は高くなるとが高いことが明らかとなった｡ しかしながら､ 同時代に考えられ､ 中心相で SrI 値が低いことを説明できない｡

２つのマグマが連続的に貫入してくるメカニズムやそれさらに､ 固結時期が遅れることからアイソクロンの傾斜

ぞれのマグマの成因については依然として不明瞭な点がは小さくなり SrI 値を高くすると考えられるが､ この点多い｡ 川野 (2009) は､ 沢入岩体北方に分布する松木深からも SrI 値の低い中心相を説明することが困難である成岩体 (図１) の Sr､ Nd 同位体比を報告し､ 周辺の深(加々美, 2005)｡ 以上のことから､ 貫入時間の差によっ成岩体との成因的関係について論じている｡ 活動時期はて SrI 値の累帯構造が発生した可能性は少ないと考えら異なるものの､ 源岩の部分融解や同化作用の程度を明られる｡

かにするためには周辺に分布する深成岩体の岩石学的情第３の可能性として､ 異なる SrI 値をもつマグマの混報が必要不可欠である｡ 今後は足尾山地に分布する沢入合が考えられる｡ 図７に98Ma で計算した SrI 値と1/Sr

岩体以外の深成岩体についても全岩化学分析を実施し､の関係を示した｡ この図を見ると周縁相が左上にプロッ個々の岩体の成因について明らかにしていく予定である｡

トされ､ 中心相が右下にプロットされる右下がりの変化
傾向を示している｡ 通常､ 同一のマグマが分化した場合､分化と共に Sr が減少し､ 1/Sr は増加すると考えられる｡

謝

辞

本研究に用いた蛍光Ｘ線分析装置 (ZSX Primus ) は立正

Sr/ Sr は高大学地球環境科学部環境システム学科の実験実習費によって購くなり､ 同じ年代で初生値を計算すると SrI 値も大きく入された教育機器である｡ 環境システム学科関係者各位には機また､ 分化に伴って Rb も濃集するため､

8786なると考えられる｡ つまり､ 図７に見られる変化傾向は
単一マグマからの分化では説明できず､ 異なるマグマの混合を表していると推定される｡ 岩体に SrI 値の累帯構器の導入および保守管理に関して日頃よりご協力頂いている｡
また､ 分析に使用したビードの作成には福岡孝昭教授と同研究室の皆さんにご助言頂いた｡ 以上の方々に心から感謝いたします｡

造があることから､ 相対的に SrI 値の高いマグマが先行して貫入し､ 続けてやや SrI 値の低いマグマが中央部付

引用文献

近に貫入したと推定される｡ 中間相はこれら２つのマグ

荒川洋二・久野将義・小林洋二・天川裕史・池田隆司 (1996)

マの混合物と考えることができる｡ 中心相と周縁相の化沢入花崗岩体の元素・S r 同位体組成の垂直・水平分布. 地

学組成の挙動が異なるのは､ 元々異なったマグマを起源としていたためであろう｡
以上の検討から､ 沢入岩体に見られる SrI 値の累帯構
造は異なるマグマの混合によって生じた可能性が考えられる｡ しかしながら､ 同時期に化学組成が類似する二つ球惑星科学関連学会1996年合同大会予稿集, 494.
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地球環境研究,Vol.13(2011)

Whole Rock Geochemistry of the Sori Granodioritic Body,
Ashio Mountains, Central JapanKAWANO Yoshinobu＊＊

Faculty of Geo-environmental Science, Rissho University

Abstract:
Sori granodioritic body, which consists mainly of granodiorite and granite, is distributed in the
Ashio Mountains, central Japan. Initial Sr isotopic ratios calculated using 98Ma for the body range
from 0.7063 to 0.7074, and the body has zoned structure of the initial Sr isotopic ratios. The Sori
body is divided into three facies (central, transitional and marginal) based on initial Sr ratios. The
transitional facies of the body suggests the isochron ages of 98±11Ma. The marginal facies has
slightly lower potassium feldspar contents and higher quartz contents than those of the central
facies, whereas the central is rich in potassium feldspar contents.
Whole rock major and trace element compositions of 20 samples were determined by X-ray fluorescence spectrometry. TiO2, Al2O3, Fe2O3, MnO, MgO, CaO, K2O, P2O5, Ba, Co, Cr, Ga, Nb, Ni,
Sr, V, Y, Zn and Zr contents of central facies are negatively correlated against SiO2 contents, andcorrelations of Na2O, Cu, Pb, Rb and Th contents are scattered. On the other hand, it tends to decrease TiO2, Al2O3, Fe2O3, MnO, MgO, CaO, Na2O, K2O, P2O5, Ba, Co, Cr, Ga, Nb, Ni, Sr, V and Zr
contents in the marginal facies as SiO2 increases, and it shows that plain changing trend of Cu,
Pb, Rb, Th, Y, Zn contents. Abundances of SiO2,TiO2,Fe2O3,MnO, MgO, P2O5, Ga, Nb, Pb and
Rb of the central facies are slightly greater than those of the marginal facies. These different contents and trends in some elements between the central and marginal facies suggest that both source
magmas were different. It can be considered that zoned structure of the initial Sr isotopic ratios
was formed by intrusive of continuous magmas.

Keywords: Sori body, granodiorite, major chemical composition, trace element composition31