地質ニュｰス566号,6‑21頁,2001年10月
獨楴獵

湯

㈱

瑯

爬㈰

チリの新生代テクトニクスと麹岩銅鉱化作用一
チリはなぜ世界最大の鋼産出国なのか?
て｡はじめに
1990年代後半の世界の経済停滞による金属消費量の落ち込みは,金属鉱物章源の探査に暗い影を投げかけている.銅価格は経済停滞の影響を反映し,1999年に最安値を記録した(第1図).この影響でカナダ屈指の銅鉱床であるハイランド･バレｰ(第2図)やザンビアの銅鉱山は採算割れを起こ
し,閉山に追い込まれている.こうした中,ラテンアメリカは着実に鉱業開発のための資金を集めており,2000年には世界の資源探査資金の34%(地
域面積の占める割合は16%)がラテンアメリカに投資されている(Whitee亡∂五,2001).
銅生産に関してはチリが世界の中で群を抜いており,世界の約30%の鉱石を生産してきた(第1表).この比率は2000年には37%に上昇している.
現在行われている既存･新規鉱山への設備投資により,今後,同国の銅生産量は4,437千トン(2001年)から5,261千トン(2005年)と着実に増加する予銅価格(アメリカドル/トン)㌵〰
渡辺寧1)
定である(第1図).銅価格の低迷という厳しい状
況のもとで,むしろそれを逆手にとって発展するチリの銅鉱業を支える第一の要因は,同国の世界最大規模の銅埋蔵量である(第1表).
チリには地質層準規制(マント)型をはじめ鉱脈型,スカルン型等のさまざまな種類の銅鉱床が存在するが,何と言っても規模が大きいのはチュキカマ
タ(第2図)を代表とする斑岩銅鉱床である.斑岩
銅鉱床の存在がチリを世界最大の銅生産国にし,チリ経済を支えていると言っても過言ではない.
毅岩銅鉱床は,一般にフレｰト収束域でのカルク
アルカリ質,磁鉄鉱系列の火成活動に伴われ,日本など一部の火山弧を除く環太平洋地域の火山帯に広く分布する(第2図).それなのになぜチリだけに突出して大規模な麹岩銅鉱床が集中して形成されているのであろうか?
私は1996年から99年にかけて金属鉱業事業団の技術開発プロジェクトの一環として,チリ北部のエル･サルバドル鉱床の成因について共同研究を
銅生産量(千トン)
㌰〰

〰

㈵〰

〰

㈰〰
〰

㌰〰
〰
㈰〰
〰

89･190‑191･192･19亨･194･195･19a197,198,199.王0α101,102,103,104,105.1
第1図銅の価格の変動(折れ線グラフ)とチリの年間鋼生産量(棒グラフ)推移(通商産業調査会,2000と金属鉱業事業
団資源情報センタｰ資料に基づく).2001年から2005年の生産量は予測.
1)産総研地圏資源環境研究部門
キｰワｰド:チリ,斑岩銅鉱床､チリ型沈み込み､非地震性海嶺,
海膨
地質ニュｰス566号
蟹チリの新生代テクトニクスと斑岩銅鉱化作用一
チリはなぜ世界最犬の銅産出国なのか?
一7一
策1表世界の国別の銅埋蔵量および生産量.
埋蔵量(含有金属量子トン)
順位

国名

1998年

1

チリ

2

アメリカ

3

1998年

3,687

アメリカ

カナダ
6

500

487

ペルｰ

ポｰランド
10

11

12

その他
合計

15

607

5

4
436

メキシコ

カザフスタン

3

16
100

4

4

483

9
4

4

7

6

オｰストラリア
ロシア

中国
8
4

23,00020,000

比率(%)

809

705

5
6

7
4

25,00023,000105,000
650,00030

1,887

インドネシア4

5
5

27,000カザフスタン

チリ
2

3

6

36,00034,00030,000

オｰストラリア
カナダ

順位国名

1

14
6

37,000メキシコ

インドネシア12

その他

鉱石生産量(含有金属量子トン)

2590,00040,000

中国

ポｰランド
ザンビア
ロシア

8
9
10
11

合計

比率(%)

160,000

ペルｰ

4
5
6
7

ザンビア

4

385

338

13
100

3

3

315

1,564
12,2033

通商産業調査会(2000)
行った.この経緯から,2001年の資源地質学会のシンポジウムでチリの斑岩銅鉱床についての表題の講演を行った.その時の講演依頼内容は｢なぜチリに大規模斑岩銅鉱床が集中して形成したか説
明せよ｣という難問だった.ここではこの課題についての私見を述べる.
榊輔礁繭菰フレｰト
太平洋プレｰト

一一･フレｰト･アァィ(152)｡珂'シディｰナ(164)
海溝
海洋底拡大軸第2図環太平洋地域における中生代〜新生代の斑岩銅鉱床の分布域(上田,1983を改変)と主要銅鉱床(銅生産高100
千トン/年以上)の分布および1998年銅生産量(通商産業調査会,2000).主要銅鉱床のうち珪岩銅型を⑬,その他の型の鉱床を囲で表す.()内の数字は1998年銅生産量(通商産業調査会,2000,単位は千トン).
2001年ユ0月号

一8一
渡辺寧
2,チリの斑岩銅鉱床形成場の特徴
2‑1.全般的特徴
チリの斑岩銅鉱床はペルｰ南部からチリ中部にかけて南北帯状に分布し,前期自亜紀,暁新世,
後期始新世一前期漸新世,中期中新世一鮮新世の4
つのグルｰプに分類される.これらの斑岩銅鉱床群の分布域(メタロジェニックベルト)は,火成活動
域の移動と同じくして,時代とともにより東(背弧)側に移動する.ほとんどが理岩銅鉱床からなるが,
暁新世および中新世の鉱床には含銅斑岩金鉱床も含まれている(第3図).これら4つのグルｰブの中でも,経済的に重要な鉱床は,後期始新世一前期
漸新世と中期中新世一鮮新世のグルｰプに含まれているので,ここではこれら2つの鉱床グルｰプについて語を進める.
これらの2時期の鉱床はいずれも圧縮テクトニク
スの時期に形成されており,その原因は｢チリ型｣沈み込みに起因すると考えられている.斑岩銅鉱床を伴う深成一貫入岩は,花筒閃緑岩からトｰナル岩,モンゾナイト,石英モンゾナイトの組成を持ち,前鉱化作用期の中性のマグマから鉱化作用期のよりSi02とK20に富んだ珪長質のマグマヘの明瞭な進化が認められる.岩石化学的には,これらの岩
石はカルクアルカリ質,メタアルミナ岩,高〜中K20量で,酸化的である(Fe203/FeO比が高い).
セロ･
サン多
18｡
↑焦斗58)〃ブル下ケラヴェコ(55‑53)
クアホネ(52)〃
トケパラ(58)〃ボリビア
セロ･コロラド(53)ガレノサ,プンティリャ(132‑118)
22｡
アントウコヤシエラ･コルダ(60)ロマス･バヤス(57)26｡
チリ
カルメン(66)
ドメイコ(10&97)一篇
30｡
アンダコリ…ヨ(104‑98)34｡
韓ドメイコ断層系
ケブラｰダ･ブランカ(3936)
コラウアシ,ウジナ(34)エル･アブラ(39‑36)
スペンズ(57)
ラドミロ･トミック(3432)
チュキカマタ(343ユ)
ガビｰ3‑42)
ラ･エスコンデイｰダ,
ザルディバｰル(38‑37)
ロイカ(35)
ロス･ペアンブレス,
エル'パチヨン(1ひ9)主要斑岩型鉱床
綴斑岩銅鉱床リオ･ブランコ,ロス･ブロンセス(5‑4)幽斑岩金鉱床
岬エル･テニェンテ(5‑4)300km
69｡囲睡囲曲囲圃
エル･サルバドｰル(42)ポトレリｰリョス(37‑35)
マルテ,ロポ(14‑13)
セロ･カザレ(15‑12)
フヒオ(23)
マリクンガ帯アルゼンチン
メタロジェニックベルト
国中新世一鮮新世区29後期始新世一前期漸新世
囮暁新世
鰯襲彗前期自亜紀
第3図
チリの斑岩銅(金)鉱床の分布.
()内の数字は形成年代(Ma).
CamusandDi11es(2001)原図.
地質ニュｰス566号
嚢
嚢
……
嚢
萎
嚢1
一萎

聾

聾

チリの新生代テクトニクスと斑岩銅鉱化作用一
チリはなぜ世界最大の銅産出国なのか?
一9一
策2表チリの斑岩銅鉱床の特徴.
後期始新世一前期漸新世
中新世一鮮新世
鉱化年代
地域
鉱化作用の場所
金属種
火成活動様式
マグマの起源
鉱液の起源
応力場
テクトニックセッティング
代表例
㌱
㈰に

㌰

東に移動(3km/百万年)
甬
貫入岩(地殻起源物質の増大)
マグマ水火山弧直交方向応力増大
海膨沈み込み?
チュキカマタ,ラ･エスコンデイｰダ㈳〰

に洩

南に移動(120km/百万年)
甬漬

貫入岩十噴出岩
地殻起源物質の増大
マグマ水〜
ファン･フェルナンデス海嶺の沈み込み
エル･テニエンテ,リオ･ブランコｰロス･ブロンセス
すべてがIタイプで磁鉄鉱系列である.これらのマグマのレアアｰス元素パタｰンは高いLa/Yb値を持ち,分化の程度が大きく,厚い大陸地殻(〉45km)の存在を示唆する(CamusandDmes,2001).
2‑2.斑岩銅鉱床の分布および鉱化時期
チリの後期始新世一前期漸新世と中新世一鮮新世の斑岩銅(一金)鉱床の特徴を第2表に示す.始新世一漸新世の鉱床は42Maから31Maの約1,100
万年の間に形成されており,その分布は横ずれ断層であるドメイコ断層系に平行に南北約1,200kmにも及ぶ(第3図).それに対して東西幅は約30kmと極めて狭い範囲に収まる.藪岩銅鉱床の鉱化年代を詳しく見ると,40Maよりも古い鉱床はこの断層系よりも西側に分布し,40Maよりも新しいものは断層上､または断層よりも東側に位置する.東西方向に鉱床が並んでいるロサリオ地域では,西から東へと斑岩銅鉱床の鉱化年代が新しくなる傾向が認められるが(第4図),鉱化作用の場の移動速
度は3km/100万年と極めて小さい.南北方向では顕著な鉱化年代の違いは認められない.
一方,中新世一鮮新世の鉱床は,チリ国内では分布範囲が2箇所に分かれている.中新世前期一中期のものはチリ北部のマリクンガ帯に,中新世後期〜鮮新世のものはチリ中部に分布する(第3図).
アルゼンチンの藪岩銅鉱床も加味すると,この時期の鉱床は南北約900km,東西400kmの広大な地域に鉱床が分布する(第15図).チリ国内では鉱化
年代は北から南へと新しくなる傾向があり(鉱化作
用の場の移動速度は120km/100万年),アルゼン
チンの鉱床を含めると,鉱化年代は南東方向に新しくなっていく.
2‑3.関連火成活動の様式
鉱化形成期の火成活動の様式にも違いが認められる.チリ北部では後期始新世一前期漸新世の時
西東ロサリオ
コパキ̲レケブラｰダ･ウジナ㈱M･)(34M.1)(舳幻ブランカ毎プ｡ワンダ､一←十十十牛十十'十十十･十̀･十十十十十十十十十十､ポペ
十十十十弓↓士一･.■〔コ第四紀火山岩
ロコ第三紀イグニンブライト[;:コ第三紀斑岩
二畳紀〜ジュラ紀火山岩および貫入岩生霊国
第4図ロサリオ鉱床地域の地質断面図と斑岩銅鉱床の年代(Dicke亡班,1994原図).小数点第1桁までの年代値はClark
e亡a五(1998)による40Ar‑39Ar年代.それ以外はKAr年代.
2001年10月号

一10一
渡辺寧
〰
㌔
嘩パステイリ.ト㌔､
火山中心
〰
〰
酸性溶脱帯
(硫黄を伴う)ね
麗
マルテ鉱床＼＼第5図
中警些茎管理の底面'＼､､マルテ鉱床地域の地質断面復元図
1｡｡弍｡(V11aef∂1.1991原図)マルテ鉱床はr､十十十一現在の地表面タV'パステイリｰトス火山体の内部に形成さ南総出来非変質安山岩溶岩れ1火山噴出物に覆われていたと考えられている.
期の火山岩はほとんど分布せず,貫入岩のみが知られている.ポトレリｰリョス地域では少なくとも11の独立した貫入岩のうち,わずか1つにしか噴出岩が伴われていない(Marshef∂五,1997).この理由
として,①これらの貫入岩は噴出岩を伴っていたが削剥されてなくなった,②そもそも噴出岩は伴われていなかった,とする2説が主張されている(渡辺,一方中新世から鮮新世にかけては斑岩鍋(一金)鉱床形成時期に複成火山が形成されている(口絵
2‑1).例えばマリクンガ地域のマルテ理岩金鉱床を伴う閃緑岩株(口絵2‑2,2‑3)はパスティリｰトス
安山岩質複成火山の火山噴出物に覆われていたと考えられている(第5図;Vi1ae亡∂五,1991).この安山岩のK‑Ar年代は13.6±0.4Maで,鉱化作用に伴う熱水変質年代(13.3±0.4Ma)とほぼ一致する(Si11itoeefa五,1991).同様にアルゼンチンのファ
ラロン･ネグロ地域でも斑岩銅鉱化作用を伴う貫入岩は同時期の成層火山体の内部に形成されたと考えられた(Si11itoe,1973).しかしながら最近の
40Ar‑39Ar年代の結果をみると,ファラロン･ネグロ
地域では安山岩〜デイサイト質火山活動は12.6Maから7.5Maに限定され,斑岩の貫入とそれに伴う鉱化･変質作用は7.1‑6.8Maと火山岩の噴出時期よりも後であることが明らかにされている(Sasso慮
2‑4.関連火成活動の化学組成
斑岩銅鉱床が形成される時期の貫入岩は,それ以前の鉱床が形成されなかった時期の火成岩と比べて化学組成の点で違いが認められる.チリ北部のエル･サルバドル地域では,暁新世の火成岩はサニディンと輝石の斑晶を含むが石英や黒雲母に乏しく普通角閃石をほとんど含まない高カリウム･
カルクアルカリ質の岩石であり,比較的水に乏しいマグマから形成されたと推定される.一方斑岩銅鉱床形成期の始新世の岩石は中〜高カリウム量のカルクアルカリ岩で,斑晶には普通角閃石や黒雲母を普遍的に含むが,アルカリ長石はほとんど含まない.このようなマグマはより水に富んでいる.これ!･種類のマグマの化学組成上のll一つの違/いは,暁新世のものがより広い範囲のシリカ含有量(53‑78%Si02)を持つのに対し,始新世のもの
はシリカ含有量の範囲(57‑75%Si02)がやや限られている(Comejoefa五,1997).岩石中の微量成
奢

㌵
㌰
㈵
㈰

○
エル･サルバドｰル

セロ･バリエンテ住住○ロス･カルネロス(8ひ63Ma)卩

┩第6図エル･サルバドル地域の火成岩の時代別組成変イビ(Cornejoe亡∂五,1997).
地質ニュｰス566号

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チリはなぜ世界最大の銅産出国なのか?
一11一
㈲㈰

㈱

年代(Mζ)
分にも違いが認められる.La/Yb値は自亜紀後期から始新世にかけて増加する(Comejoe亡a1.,
1997;第6図).
中新世一鮮新世のチリ北部のマリクンガ地域およびチリ中部では,漸新世後期一中新世中期にかけて安山岩が卓越し,中新世後期以降デイサイト〜流紋岩が卓越する.これらの火成岩のストロンチウ
ム,ネオジウム同位体組成の変化は緯度により異なった挙動を示す.これらの地域では,年代が若くなるに従い,ネオジウム同位体組成の減少とスト

㌵
あ
轟第7図
＼
φチリ北部(南緯27｡:Mpodozise亡〃,1995)
潯
および中部(南緯32‑34∵Sternand
Skewes,1995)での火山フロント付近での火成岩のストロンチウム同位体組成の年代による変化.斑岩銅鉱床を伴う貫入岩の値は黒印,それ以外は自抜印で示してある.チリ北部(マリクンガ帯)のデｰタは大
きな四角形中にプロットされる.
ロンチウム同位体組成の増加が認められる.このストロンチウム同位体組成の増加が始まる時期は緯度によって異なり,より南部の地域ほど遅い(第7図).またこの変化はそれぞれの地域で斑岩銅鉱化作用が始まる直前に起こっている.ストロンチウ
ム同位体組成の値は相対的にチリ北部(マリクンガ地域)で高く,チリ中部で低い.いずれの地域でもしa/Yb値は時代とともに増加するが,この値もチリ
北部と中部とを比べると北部の方が相対的に高い(第8図).
ホタベッチェ火山

コピアポ火山(珍＼
27.S(マリクンガ地域)
コピアポ火山中期中新世◎1L10Ma)8◎㍍◎
漸新世一前期中新世◎
θ◎o◎
◎｡…｡
｡8.8鉱化斑岩
◎
Laハb

㈰
㈵㈰
年代(Ma)
第8図チリ北部(南緯27｡:Mpodozise亡a五,1995)および中部(南緯33｡:StemandSkewes,1995)での火成岩のLa/Yb
値の年代変化.チリ中部のデｰタは灰色部にプロットされる.
2001年10月号

一12一
渡辺寧
低いLa/Yb値(<20)は輝石の産出で特徴づけられる残留鉱物と平衡に達していたマグマを示し,
高いLa/Yb値(〉20)は,高圧下で安定な柘榴石や角閃石を残留鉱物に含んでいるためと説明される(KayandKay,1989).このようなストロンチウム同位体組成の変化やLa/Yb値の変化を引き起こす要因として①マントルウェッジヘの堆積物や地殻構成
岩石の沈み込み量の増加,および②地殻の厚化が挙げられる(KayandAbbruzzi,1996).特に中新
世から鮮新世にかけてのストロンチウム同位体組成の変化は急速な地殻の厚化とマグマと地殻物質との混合によるものと考えられている(Kayand
Abbruzzi,1996;Skewesand§tem,1994).チリ北部の岩石のストロンチウム伺位体組成とLa/Yb値
が中新世の時点ですでに高いのは,始新世に起こった｢インカ造山運動｣および始新世一漸新世の理岩銅鉱化作用の時期にすでに厚くなっていた地殻がさらに厚くなったためと考えられる.これらの結果は,特定の化学組成のマグマが斑岩銅鉱化作用に関連しているというよりも,マグマの化学組成に変化が起こることが斑岩銅鉱化作用にとって重要であることを示唆する.
2‑5.鉱化作用の様式.
斑岩銅鉱床の鉱化作用や変質作用の様式については,チリのものと世界の他地域のものと大差はない.さまざまな教科書や論文(例えばLowe11
andGui1bert,1970;石原,1969.!970)に良くまとめられているのでここでは詳しく述べない.エル･サ
ルバドル鉱床(口絵1)の例を第9図に示す.
エル･サルバドル鉱床では自亜紀の安山岩類,
暁新世の流紋岩類を貫いて44‑43Maの流紋岩斑岩,43‑42Maの花開閃緑岩が分布する.この花商
閃緑岩は3期に分けられ,古いほうからX,K,L斑岩と呼ばれている.銅鉱化作用をもたらしたのはXおよびK斑岩であり,鉱化作用の途中でL斑岩(写真1)が中央に貫入したと考えられている(GustafsonandHunt,1975).鉱床は主として銅硫化物を含む石英細脈群により構成され(写真2),
中心部から黄銅鉱一斑銅鉱,黄銅鉱一黄鉄鉱,黄鉄鉱帯の黒帯構造をもつ(第9図).黒帯構造の中心部に位置するL斑岩は,銅鉱化作用直後の貫入のために銅鉱物をほとんど伴っていない.銅鉱化
作用期には中心部で黒雲母やアルカリ長石からなるカリウム変質が伴われ,周辺部では緑泥石や緑廃石からなるプロピライト変質へと漸移する.L斑岩の貫入とともに鉱化作用はモリブデン,黄鉄鉱が嚢
轟

写真1インディオ･ムエルト中心部に分布するL花商閃
緑斑岩.
姜…
嚢
嚢
写真2X毅岩を貫く石英細脈群.いくつかのステｰジに分けられる.
嚢蓋葦
写真3エル･サルバドル鉱床上部の変質帯.崖左側の暗色の部分は紅柱石帯,右側の部分は白雲母
帯,白雲母帯上部の色の濃い部分は白雲母とともにパイロフィライトが形成されている部分./
養
地質ニュｰス566号
嚢
葦美嚢

チリの新生代テクトニクスと斑岩銅鉱化作用一
チリはなぜ世界最大の銅産出国なのか?
一13一

搬搬粋
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.仰燃織1繊鱗

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幸

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轟

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硫化鉱物黒帯……1黄銅鉱一斑銅鉱
Ez黄銅鉱一黄鉄鉱
醒ヨ黄鉄鉱
岩石タイプ
ロロL花開閃緑斑岩
団K花嵐閃緑斑岩
1ロコX花開閃緑斑岩
口□白亜紀後期安山岩類㈰ね
第9図エル･サルバドル鉱床2,600mレベルの地質概略および硫化鉱物黒帯(GustafsonandHunt,1975).
中心となり,紅柱石や絹雲母変質帯が鉱体上部に形成される(写真3).最後にL斑岩を中心とし放射状に分布する熱水角礫岩が形成され,明磐石やディッカイトからなる酸性変質帯が熱水角礫岩岩中や
絹雲母変質帯の上部に形成される.
これまで,理岩を形成したマグマから分別した｢マグマ水｣が銅鉱化作用とカリウム変質を起こし,温度の低下とともに,天水が斑岩の項部を循環し
一20
δD
一40
一60
一80
流体火山ガズニニニニ5一∵二鰯白雲母(25ひ375C)＼∴7て1､､･､()パイロフィライト(300C)
回羽警石(200‑300C)
Aディッカイト
〰
､1㌧寄ン
㌧1一一
浪成水
㌧
卜

〰
珪長質マグマに
溶存する水
㈵〳〰㌵
織
㈷

㈵㌷

弱
δ180
第10図エル･サルバドル鉱床の変質鉱物から計算された熱水の酸素･水素同位体組成.白雲母を形成した熱水は珪長質マグマ水の組成と類似し,明讐石は火山ガスと天水との混合した組成,浅成カオリナイトは天水の組成を示す
坡慮

2001年10月号

楳琬㈰

一14一
渡辺寧
第11図インディオ･ムエルトに位置するエル･サルバド
ル鉱床(初成)と二次酸化鉱(ダミアナ,ケブラｰ
ダ･トルケッサ)の位置関係(Moteet∂五,2001).
二次酸化鉱は河川礫層中に胚胎する.
始め,絹雲母変質が生じたと考えられてきた(GustafsonandHunt,1975≡Sheppardand
Gustafson,1976).しかしながら,私達のプロジェ
クトの結果は,絹雲母変質もマグマ起源の熱水から形成され,ほとんど天水の寄与の無かったことを示している.絹雲母変質がマグマ水によりもたらされたことは鮮新世のエル･テニエンテ鉱床でも明らかにされている(Kusakabeeτ∂五,1990).天水の寄与は最末期の酸性変質帯の形成期にようやく認められる(WatanabeandHedenquist,2001;第10図).このような特徴は,鉱化作用期に天水の大きな寄与の認められる鉱脈型鉱床とは対照的である.
エル･サルバドル鉱床が形成したのは約42Maであり,初生鉱体は当時の地表面から約3kmの深度に形成されたと推定される(Watana七eandHeden‑
quist,2001).それから35Maまでにこの地域は地
表水の循環する深度にまで隆起削剥を受け,浅成(supergene)変質･二次富化作用が始まった(Motee亡∂五,2001).銅の酸化物からなる二次富化帯はエル･サルバドル鉱床上部のみでなく,初生鉱体の下流側に位置するダミアナおよびケブラｰ
ダ･トルケッサにも形成された(第11図).この時期に形成されたと推定されるカオリナイトの同位体組
成は天水のものと類似する(第10図).
匹≡]流紋岩斑岩
囮花闇閃緑岩I踊翻花闇閃緑岩II[コ角礫岩
昨漆□後鉱化粗面岩脈》､記.Hグラニット渓谷
第12図エル･サルバドル地域の始新世貫入岩分布図(Gusぱsone亡∂五,2001を簡略化).
2‑6.鉱床形成期の応力場
斑岩銅鉱床が形成されている場には多くの貫入岩が分布する.そのうちの限られた岩体にのみ優良な鉱化作用が伴われ,それ以外の岩体には弱い鉱化作用が伴われるのみか,全く鉱化作用が認められないことが多い.このような違いはなぜ生じるのであろうか?
エル･サルバドル地域には大小さまざまな斑岩が貫入しており,始新世には北北東一南南西方向に並ぶセロペラｰド,オｰルドキャンプ,M渓谷一カッパｰヒル,インディオ･ムエルト,グラニット渓谷の5つの大きな貫入中心が存在する(Gustafsoneτa五,2001;第12図).この地域が第三紀に約20｡時計回りに回転していることを考慮すると(Taylor,2000),
地質ニュｰス566号

チリの新生代テクトニクスと斑岩銅鉱化作用一
チリはなぜ世界最大の銅産出国なのか?
一15一
貫入中心の配列する方向は当時の海溝の方向とほぼ平行である.
これらの貫入岩は流紋岩斑岩,花商閃緑岩,粗面安山岩からなる.花開閃緑岩は細粒相(花商閃緑岩I,X斑岩を含む)と粗粒相(花筒閃緑岩II,
K･L斑岩を含む)に大別される.これらのうち流紋岩斑岩および花商閃緑岩には程度に違いこそあれ,鉱化･変質作用が伴われている.それぞれの貫入中心に伴われる変質帯,鉱化帯は,セロペラｰドから南南西側のインディオ･ムエルトヘと大きくなり,インディオ･ムエルトでは経済的に採掘できるエル･サルバドル鉱床が伴われる.最南端のグラニット渓谷の貫入中心は変質･鉱化作用とも極めて微弱である(Gustafsone亡a五,2001).
これまで,これらの斑岩の貫入年代を決めるた
めに,Rb‑Sr年代やK‑Ar年代,U‑Pb年代(GustafsonandHunt,1975;Comejoe亡a1.,1997)が報告されてきたが,熱水変質のために良い分析精度が得られなかった､最近報告された40Ar‑39Ar
アイソクロン年代(Gustafsone亡a五,2001)の結果にもとづくと,セロペラｰドでの熱水変質セリサイト
は43.94±1.50Ma(測定誤差は2σ,以下同じ),
オｰルドキャンプの黒雲母が43.83±0.38Ma,熱
水変質セリサイトから42.60±1.74Maと41.56±
O.64Ma,M渓谷の石英斑岩の黒雲母が42.63±
0.28Maと41.84±1.00Ma,熱水変質セリサイトが43.04±1.74Maを示す.またインディオ･ムエルト
では,熱水変質セリサイトの40Ar‑39Ar年代が41.36±1.20Maと40.92±1.02Maの年代を示す.
熱水変質をほとんど受けていないグラニット渓谷の花商閃緑岩の黒雲母は42.86±0.28Ma,インディオ･ムエルトの後鉱化作用の粗面安山岩の黒雲母が41.16±O.48Maを示す.一方インディオ･ムエ
ルトでのモリブデナイトのRe‑Os年代は42.2±
0.2Maと42.0±0.2Maであり,鉱化年代を示すと考えられる(Watanabeefa五,1999).
最近の斑岩銅鉱床の年代学的研究では,マグマの貫入から斑岩銅鉱化作用の終了までの期間は数十万年以内(Arribasefa五,1995;Marshe亡a1.,
1997)と見積もられている.従って､上記の変質年
代はマグマの貫入年代とほぼ同時とみなすことができる.ただ各貫入中心でのマグマの貫入は複数回あるので,後から貫入したマグマの熱的影響を受け,年代が若返っている可能性がある.一方,モ
リブデナイトのRe‑Os年代はAr‑Ar年代よりも後の熱的影響による若返りを受けにくいことが知られている(WatanabeandStein,2000).これらのことか
ら,インディオ･ムエルトに関してはRe‑Os年代を貫入一鉱化年代と考えると,微弱な銅鉱化作用を伴うオｰルドキャンプ,M渓谷一カッパｰヒル,グラニ
ット渓谷,セロペラｰドでの斑岩の貫入活動は主として44Ma〜42.5Maの間に始まり,優勢な鉱化作用を伴ったインディオ･ムエルトでの貫入活動は
42.5‑42Maとやや遅れて始まり,粗面岩の貫入時(42‑41Ma)には鉱化作用が終わっていたことになる(第13図).
これらの貫入岩の形態と年代には相関が認められる.44‑42.5Maの貫入岩は流紋岩斑岩,花商
閃緑岩ともに,平面的には北北東一南南西に伸長した形態を示す(第12,13図).北方のセロペラｰ
ドでの円形の貫入岩やオｰルドキャンプにおいて認められる環状岩脈は貫入岩の浅部相と考えられている.一方42.5‑42Maのインディオ･ムエルトの花商閃緑岩は西北西一東南東に伸張している.鉱化作用末期の黄鉄鉱一絹雲母脈や後鉱化作用の粗面岩脈もこの岩体と同様に,西北西一東南東方向のものが卓越する.このように鉱化作用の前後で貫入岩の伸長方向が変化するのは,この地域の火成弧に直交する方向の応力が,最小圧縮主応力(σ3)から最大圧縮主応力(σ1)に変化したことを示唆する.インディオ･ムエルトでの貫入活動を最後にエル･サルバドル地域ではマグマの貫入活動は終了し,この地域では逆断層運動が活発化し(Comejoe亡a五,1997),隆起･削剥の場へと移り変わる.そしてより背弧側に位置するポトレリｰリョ
ス地域で新たにマグマの貫入活動が活発化する(Marshefa五,1997).このような応力場の変化や断層運動,火成活動域の背弧側への移動は,斑岩
銅鉱化期前後に火成弧直交方向の応力が強まることにより,この地域が圧縮応力場に転換し,斑岩銅鉱化作用がマグマ貫入活動の末期に生じたことを示している.
エルサルバドル地域と同様の岩体の貫入方向の変化はラ･エスコンディｰダ地域でも認められる(Padi11a‑Garzae亡a五,2001).一方,チュキカマタ
のように断層に沿ってマグマが貫入して形成され2001年10月号

一16一
渡辺寧
年代
貫入岩の平面形態!優勢な銅鉱化作用
流紋岩斑岩
花開閃緑斑岩オｰルドキャンプ
､M渓谷,カッパｰヒル
グラニット渓谷(セロペラｰド)
第13図
エル･サルバドル地域の貫入岩の形態と年代,鉱化･変質作用の模式図.
た鉱床では,このような変化は認められない(Ossandone亡a五,2001).
3｡斑岩銅鉱床を形成するテクトニックセッティング
3‑1.｢チリ型｣沈み込みを引き起こす
テクトニックセッティング
2章に述べた火成弧の背弧側への移動とそれに伴う理岩銅鉱化域は,沈み込みスラブの低角化(｢チリ型｣沈み込み)で説明される.スラブの低角沈み込みに伴うスラブと上盤プレｰトとのカップリ
ングの強化は火成弧直交方向の圧縮応力を増大させ,噴出岩より貫入岩の卓越する火成活動様式,
地殻の厚化および地殻物質のマグマヘの混合作用を促進し,また貫入の貫入方向にも影響を及ぼした.より圧縮的になった応力場は天水が地殻浅部で循環することを妨げ,焚岩上部で分別したマグマ
水がその場に封じ込められることにより斑岩銅鉱床が形成されたと考えられる.応力場や地質構造の解析結果は,斑岩銅鉱化作用がより圧縮的な広域応力場になる過程で起こったことを示すが,逆断層の発達するような完全な圧縮応力場ではマグマの大規模な貫入も,それに伴う斑岩銅鉱化作用も起こっていない.ここで問題となるのはどうして｢チリ型｣の沈み込みがチリで実現されたかということである.
一般に,沈み込むスラブの角度は,①沈み込む
海洋フレｰトと上盤フレｰト間の相対的な収束速
度,②沈み込むフレｰトの年代,③堆積物の海溝での付加,④非地震性海嶺(aseismicridge)や海底火山列,海膨(oceanicp1ateau)の沈み込みに関係している(CrossandPilger,1982).プレｰト
収束速度が大きいほど,また沈み込むフレｰトの年代が若いほど沈み込むスラブの傾角は小さくなり,
また沈み込むプレｰトに比べ密度の小さな堆積物
鉱床数

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銅鉱床の年代別形成数とナスカｰファラロンプ
レｰトと南米プレｰトとの収束速度との関係図.
プレｰトの収束速度はPardo‑CasasandMolnar(1987)による.
地質ニュｰス566号
事…

チリの新生代テクトニクスと斑岩銅鉱化作用一
チリはなぜ世界最犬の銅産出国なのか?
一17一や玄武岩からなる海嶺,火山,海膨が沈み込むと傾角は小さくなる.
ペルｰ南部からチリ･アルゼンチンにかけての斑岩銅鉱床の年代別形成数と火成弧に対して直交方向のナスカフレｰトと南米プレｰト間の収束速度との関係を見ると,プレｰト間の収束速度が正になった約60Ma以降に斑岩銅鉱床の形成数が増大した
ことが分かる(第14図).約40Maと20‑10Maの2時期に収束速度が大きくなっており,これらはチリ
中部一北部での造山運動の時期にほぼ一致する(Pardo‑CasasandMolnar,1987).しかしながら,
斑岩銅鉱床の形成数とプレｰト間の収束速度には必ずしも相関関係があるわ付ではなく,最大規模のチュキカマタ鉱床は50mm/年以下の遅い収束速度の時期に形成している.従ってプレｰトの収束
速度の変化は,間接的には斑岩銅鉱床の生成と関連があるが,直接,スラブのチリ型沈み込みをもたらしたとは考えにくい.
始新世以降に南米プレｰト下に沈み込んだファラロンｰナスカプレｰトの年代は,衝突型の造山運動を起こすとされる200万年(Cloos,1993)よりも古い(Pardo‑CasasandMo1nar,1987).またチリ
北部から中部にかけて海溝と基盤岩との間の付加
堆積物の水平分布域の幅は20km以下と極めて限られており(vonHueneefa五,1997),大規模な堆積物の付加が海溝で生じた証拠もない.最後に残された可能性が,上記④の非地震性海嶺や海底火山列,海膨の沈み込みである.
3‑2.中新世一鮮新世のテクトニックセッティングと斑岩銅鉱化作用
現在チリ中部にはファン･フェルナンデス海嶺が沈み込んでおり,この海嶺の沈み込み領域から北側に沈み込みスラブの角度が極めて浅くなる｢フラットスラブ｣地域が形成されている(Pi1ger,1981;
第15図).この海嶺はナスカフレｰト中のホットスポットにより形成された火山が,ナスカフレｰトの東への移動のために東西方向に配列したものである.南米プレｰト下への沈み込みのために,この海嶺の東延長部がどのようになっていたかは不明である.もしこの海嶺が,現在ペルｰに沈み込んでいるナスカ海嶺と同時期に形成され,ナスカ海嶺と同様の形態をもつと仮定すると,海嶺の沈み込んだ東側の部分は北東一南西に折れ曲がっており,その先端は中新世前期〜中期に沈み込みを開始したことになる(Pi1ger,1981;第15図).北西一南東方
向の海嶺折れ曲がりはサンチアゴ沖での音波探査や磁気異常の研究でも明らかにされつつある(VOn
1二三コ第四紀火山の分布
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タ鉱床の分布域

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第15図
チリ中部におけるファン･フェルナンデス海
嶺の沈み込み位置とチリ〜アルゼンチンの中新世一鮮新世斑岩銅鉱床の分布.ファン･フェルナンデス海嶺の年代別位置はCross
andPi1ger(1982),第四紀火山の分布域はDavidsonandMpodozis(1991),現在のス
ラブの深度はCahinandIsacks(1992)による.
2001年10月号

口18一
渡辺寧
Hueneθ亡a五,1997).ファン･フェルナンデス海嶺の沈み込んでいるフラットスラブ地域(第15図)は,第四紀の火山活動の見られない無火山活動帯(Pi1ger,1981)やアルゼンチン側での新生代後期の榴曲や逆断層による短縮テクトニクス(Ramose亡∂五,1996)で特徴づけられる.
Pi1ger(1981)の推定したファン･フェルナンデス
海嶺の折れ曲がり部分が存在したとすると,この海嶺は中新世前〜中期にかけてチリ北部で沈み込みを開始し,時代の経過とともに海嶺の沈み込み位
置は現在のサンチアゴ付近に南下することになる.
この海嶺の沈み込み位置の南下は,チリ北部〜中部の火山岩の組成変化や斑岩銅鉱床の形成時期
が南ばと新しくなることと､致する.すなわち,海嶺の沈み込みがスラブの傾角を小さくすることにより上盤プレｰトの応力場をより圧縮的にし,地殻の短縮厚化,マグマと地殻物質との混合促進,およびマグマの地表への噴出の抑制をもたらし,薮岩
銅鉱床形成に適したテクトニックセッティング(弱圧
縮応力場)を作り出したと考えられる.
この海嶺の沈み込みはチリ北部では一過性のもので,同じ地域で継続して沈み込んだものではない.従って,斑岩銅鉱床の形成時期もそれぞれの地域で限定されたものとなり,その前後には通常の海洋プレｰトの沈み込みによる火山活動が生じていたと考えられる.マリクンガ帯やアルゼンチンに見られる斑岩銅鉱化作用と成層火山活動との時空分布の一致は,この一過性のテクトニックセッティン
グと通常のテクトニックセッティングとの重複を見ているのかもしれない(渡辺,1999).このように,Pi1‑
ger(1981)により推定されたファン･フェルナンデ
ス海嶺の先端部分の沈み込みは,地質現象を極めて良く説明する.
3‑3,始新世一漸新世のテクトニックセッティングと斑岩銅鉱化作用
これまで多くの人々が始新世一漸新世にチリ北部の斑岩銅鉱化作用をもたらした圧縮テクトニクスの原因を議論してきたにもかかわらず,今日まで多くの人を納得させる説明は提案されていない(Clark,1993).この時期のチリ型沈み込みの原因として残された可能性は,中新世一鮮新世のテクト
ニックセッティングと同様に,非地震性海嶺や海底火山列,海膨の沈み込みである.ただ中新世一鮮新世の斑岩銅鉱化作用とは異なり,始新世一漸新世の鉱化作用は,南北1,200kmの広い地域に,ほぼ同時期に,また1,000万年にわたって鉱化作用が起こっていることである.このような広い領域に｢チリ型｣沈み込みをもたらすためには,範囲の限られる非地震性海嶺や海底火山列の沈み込みでは困難であり,海膨の沈み込みが候補として残る.
海膨は中央海嶺や中央海嶺の3重会合点にマントルプリュｰムが上昇して形成されるが,海膨の多くは白亜紀前期に南太平洋で集中的に形成されている(Larson,1991).現在北太平洋に位置するシ
ャツキｰ海膨はイザナギ,ファラロン,太平洋プレｰトの3重会合点にホットスポットが位置することにより形成されている(Nakanishie亡∂五,1992).また,太平洋プレｰトの形成される以前に存在した
イザナギ,ファラロン,フェニックスプレｰトの3重会
合点では,同じくホットスポットの活動によりマゼラン海膨が形成されたと推定されている(Nakanishi
ef∂五,1992).このような海膨の沈み込みが斑岩銅鉱床の形成に関連した例としては,アメリカ南西部に沈み込んだと推定されている｢ファラロン海膨｣が挙げられる.
｢ファラロン海膨｣はシャツキｰホットスポットから生まれたであろうファラロンプレｰト上の海膨で,太平洋フレｰト上のシャツキｰ海膨,イザナギプレ
ｰト上に存在したと推定される｢空矢口海膨｣と兄弟関係にある(Kimurae亡a五,1994;第16図).H㎝一
dersone亡∂五(1984)の復元によると,ファラロン海
膨は約65Maにアメリカ南西部に沈み込みを始め,
約50Maに沈み込みを終えている.この時期はアメリカ南西部でララミッド造山運動が起こった時期に相当し,Hendersone亡a1.(1984)はララミッド造山運動の原因をこの海膨の沈み込みに求めている.
この海膨の沈み込みとプレｰト収束速度の上昇(〜150mm/年)の2つの要因により,この時期には
アメリカ南西部からメキシコ北部にかけて多くの斑岩銅鉱床が形成したと考えられている(第2図;渡辺,1998).近年,中国南部でも白亜紀の斑岩銅鉱床が発見されている.福建省の紫金山斑岩銅一高
硫化系金鉱床の形成年代は101Ma(渡辺,未公表デｰタ)であり,イザナギプレｰト上の｢空知海膨｣のアジア大陸への沈み込みと関係があるのかも知
地質ニュｰス566号

チリの新生代テクトニクスと斑岩銅鉱化作用一
チリはなぜ世界最大の銅産出国なのか?
一19一
き､一'､･=120Ma
ファラロンプレｰト⑰イエロｰストｰン1一欝鱗塞簿
愬130Maハワイ⑰｢空知海膨｣

イザナギプレｰト
カロリン⑰⑭ロｰドホｰウェ
ソサエティ̲⑰⑰
サモア太平洋⑩ソカロ〰
⑩ガラパゴス｢ファラロン海膨｣㊥イｰスタｰ
シャツキｰ海膨
第16図
ファラロン,イザナギ,太平洋プレｰト上の｢ファラロン海膨｣,｢空知海膨｣.シャツキｰ海膨の位置およびホットス
ポットの分布(Kimurae亡aエ,1994を改変).｢ファラロン海膨｣および｢空知海膨｣はそれぞれ北米大陸およびアジ
ア大陸に沈み込んだと推定される.｢ファラロン海膨｣の年代別位置はHendersone亡∂五(1984)に基づく.
れない.
これまでのところ始新世から漸新世にかけてチ
リ北部で海膨が沈み込んだ証拠は得られていな
い.しかし,同時期に広い範囲で理岩銅鉱化作用を引き起こすフラットスラブ地域を形成するには海膨の沈み込みが最も効率的であろう.イザナギ,ファラロン,フェニックスプレｰトの3重会合点で形成されたと考えられるファラロンフレｰト上の海膨はいつどこに沈み込んだのであろうか?アジアでの｢空知海膨｣沈み込みが,f寸加体(日本列島)の研究から明らかにされたように,チリ北部でも現在の海溝と古生界が分布する海岸線との間の付加体の研究が待たれるところである.
4.おわりにチリが世界最犬の銅産出国になった要因の一つは中新世から現在にまで続いている非地震性海嶺の沈み込みであり,もう一つの要因は始新世一漸新世にチリ北部で起こったインカ造山運動である.この造山運動の原因として海膨の沈み込みが候補に残っている.㌔
日本列島ではこれまで綿密な鉱床探査が行われてきたが,斑岩銅鉱床は発見されていない.そもそも存在しないのか,存在するが発見されていないのか,長年,議論が行われてきた.斑岩銅鉱床を形成するテクトニックセッティングは｢チリ型｣沈み込みであり,若い海洋地殻の沈み込みや,速いフ
レｰト間の収束速度(〜150mm/年)が期待されない東北日本弧では,伊豆弧が衝突･沈み込んでいるフォッサマグナ地域が唯一可能性のある場所であろう.ただ将来展望は開けている.2,000万年後には東北日本弧や千島弧南西端にシャツキｰ海膨が沈み込む.その時日本は世界に冠たる銅生産国になるのであろうか.
2001年10月号

一20一
1度辺
寧
謝辞:チリの将来銅生産予測量は金属鉱業事業団
資源情報センタｰのホｰムペｰジに掲載されているデｰタを参照した.石原舜三産総研特別顧問にはこの問題を考える機会を与えていただいた.服部恵子さん,中野孝教さん,古野正憲さんには有益なコメントを頂いた.以上の方々に感謝の意を表します.
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<受付:2001年8月28日>
2001年10月号

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