フィッション・トラック

ニュースレター第2４号

9 - 11

2011年

ベントナイトの熱年代学

山田浩史*・長谷部徳子**・福士圭介**・田村明弘***・檀原徹****・岩野英樹****Thermochronology of bentonite

Hiroshi Yamada*, Noriko Hasebe**, Keisuke Fukushi**, Akihiro Tamura***,Tohru Danhara**** and Hideki Iwano***** 金沢大学大学院自然科学研究科, Grad. School of Natural Sci. and Tec., Kanazawa Univ.
** 金沢大学環日本海域環境研究センター, Institute of Nature and Environmental Technology,
Kanazawa Univ.
*** 金沢大学フロンティアサイエンス機構, Frontier Science Organization, Kanazawa Univ.
**** 株式会社京都フィッション・トラック, Kyoto Fission-track Co., Ltd.
はじめに

ベントナイト鉱床中には鉄を含む熱水溶液が析ベントナイトとは粘土鉱物スメクタイトを主成出することによって生成した緑色熱水脈が散在分とし，止水性，膨潤性，陽イオン交換性などのし，熱水脈周辺のベントナイトは鉄による変質を性質を持つ岩石である．高レベル放射性廃棄物被っている (Fukushi et al., 2010) ．それぞれのの地層処分において，炭素鋼オーバーパックの周鉱山で採取した試料は緑色脈と変質ベントナイト

囲をベントナイトで覆う方法が提案されている．

を含む試料（KW1, SR1），弱変質ベントナイト

このときのベントナイトには，緩衝材に必要な性（KW2, SR2），未変質ベントナイト（KW3,能を長期に渡って維持することが期待されていS R 3 ） ， ベ ン ト ナイ ト 層 中 に 含 ま れ る 凝 灰 岩る．しかし，時間経過に伴って炭素鋼から生じる（KW4, SR4）である．

含鉄溶液がベントナイトを変質させ，期待されてアパタイトについてはトラック長測定，FT年代いる性質を失わせる可能性があるため，鉄-ベン決定を行なった．また，ジルコンの分析もトナイト相互作用の解明が急務とされている．本

KW2，SR2を除く試料について行い，FT年代研究は，天然で溶存鉄とベントナイトが反応して(ZFT年代），238U-206Pb年代を算出した．なお質いる場所を対象とし，アパタイトフィッショント

量分析にはLA-ICP-MSを用いた．さらに川崎鉱ラック (FT) 法を用いることによりベントナイト

山の試料のアパタイトについてはLA-ICP-MSを用の変質に要した期間・温度，及びベントナイトのいたFT年代（LA-AFT年代）を算出した後に，中原岩の噴出，ベントナイトの生成などのプロセス性子照射を行い別にFT年代（NE-FT年代）を算を議論することを目的として行った．

出した．

試料と分析方法

結果と議論

山，白崎鉱山の二箇所で採取した．川崎鉱山は非常に少なく，詳細な議論を行うことが出来な宮城県に位置し，この地域の地質は下位から大いため，以降では主に川崎鉱山の試料から得ら森層，作並層（13〜15Ma，微化石年代），遠刈れた結果を用いて議論を行う．

試料は露天掘りベントナイト鉱山である川崎鉱

白崎鉱山の試料についてはアパタイト含有量が田層（13Ma，K-Ar年代）が分布している (大槻川崎鉱山ではベントナイト試料のLA-AFT年代

ほか，1986)．川崎鉱山のベントナイトは作並層

が ジル コ ン F T 年 代 ， U - P b 年 代 ， 原 岩 試 料 のに挟まれる厚い凝灰岩層が続成作用を受けて生LA-AFT年代よりも古いことが分かる．しかし，成したと考えられる (Takagi et al., 2005)．白崎

LA-AFT年代に誤差を含めてZFT，U-Pb年代と比鉱山は新潟県に位置し，この地域の地質は下位較すると誤差の範囲内で一致するため，ベントから鹿瀬層（17.8 1.6Ma，FT年代），津川層

ナイト試料のLA-AFT年代が明らかに古くなって（16.1 4.6Ma，FT年代），天満層が分布していい る と は 言 い 切 れ な い． ま た N E - A F T 年 代 はる (鈴木ほか，1986)．白崎鉱山のベントナイト

ZFT，U-Pb年代と良く一致した．これはは津川層に挟まれる凝灰岩層がおそらく熱水変

LA-ICP-MSによる低濃度 238 Uの定量もしくは，質を受けて生成したものである．

LA-ICP-MSを用いたFT年代の算出過程における9図1. アパタイトの238U濃度分布図．煩雑さを避けるためにエラーバーは示されていない．

不確定さに起因してLA-AFT年代が古くなったこ

たなアパタイトの生成を支持していると考えられとを意味している可能性がある．

る．以上のことから，川崎鉱山ではベントナイト

またKW4のみ各ジルコン粒子のU-Pb年代にば生成の際にアパタイトが新たに生成された可能性

らつきが見られた．これはKW4のみにおいて異が高いと言える．しかし，図1において白崎鉱山質の岩石の混入，つまり異起源粒子の混入が起のアパタイトの238U濃度に試料間での差異は見らきたために，KW4だけが他の原岩部分とは異なれないため，アパタイトの生成は川崎鉱山でのみる組成となりベントナイト化せずに原岩試料とし起きたプロセスであるといえる．て残ったことを示唆する．つまり，異起源岩石の川崎鉱山のベントナイト試料で得られたアパタ混入がベントナイト生成を妨げる要因である可能

イトのトラック長分布（図2）ではトラック長の性がある．しかし，白崎鉱山の原岩試料ではこ短縮が認められた．Fukushi et al. (2010) にのような傾向は見られなかったため，異起源岩石よって熱水脈に接した変質ベントナイトの受けたの混入がベントナイト生成を妨げる唯一の要因で熱は100℃以下と示されていることを考慮するはないと考えられる．と，Laslet et al. (1987) におけるアレーニウス

図1から川崎鉱山ではベントナイト試料のアパプロットから，ベントナイト変質時の加熱期間はタイトの238U濃度は原岩のものよりも低いことが100万年もしくはそれよりも長い期間であること分かる．このことから，川崎鉱山ではベントナイが示唆される．しかしながらトラック長データ数

ト生成時にアパタイトからの238Uの拡散，もしくが少ないため，追加的な分析によって今後更なるは 元 々 存 在 し た アパ タイ ト が 溶 解 し ， そ の 後評価を行うことが必要である．

238U濃度の低い新たなアパタイトの生成が起きた

謝辞

可能性があると考えられる．しかし，Cherniak(2005)ではアパタイトからのUの拡散には数百万試料採取には川崎鉱業株式会社，関ベン鉱業株

年間，約900℃の熱を受ける必要があるとされる式会社に協力して頂いた．また，原子力環境整備ため，アパタイトからの238Uの拡散が起きたとは促進・資金管理センターに資金援助していただい考えにくい．一方で，川崎鉱山のアパタイトの誘た．

導トラックの分布を得た結果，ベントナイト試料

文献のアパタイトの誘導トラックが粒子のリムに濃集していた．Cherniak et al.(1991)，Knutson et

Cherniak, D.J., Lanford, W.A., Ryerson, F.F.,

al. (1985)，Ronsbo (2008)の先行研究を考慮す

1991. Lead diﬀusion in apatite and zircon

ると，この誘導トラックの分布はアパタイトの累using ion implantation and Rutherford

帯構造を示しており，ベントナイト試料と原岩試

Backscattaring techniques. Geochimica et

料に含まれるアパタイトの生成プロセスが異なっ

Cosmochimica Acta, 55, 1663-1673.

ていたことを示唆している可能性が高いため，新Cherniak, D.J., 2005. Uranium and10

manganese diﬀusion in apatite. Chemical

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Ronsbo, J.G., 2008. Apatite in the ilimaussaq

Fukushi, K., Sugiura, T., Morishita, T.,

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annealing of ﬁssion tracks in apatite 2. A

第3巻, その6, 島弧横断ルートNo.27.

quantitative analysis. Chemical Geology,

図2. アパタイトのトラック長の分布．

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