フィッション・トラック

ニュースレター 第26号

37-42

2013年

海洋地殻の冷却プロセスと海洋底磁気構造

安間了*・岩野英樹**・檀原徹**・平田岳史***

Cooling Processes and Magnetic Structure of the Oceanic Crust
Ryo Anma*, Hideki Iwano**, Tohru Danhara** and Takafumi Hirata**** 筑波大学生命環境系, Faculty of Life and Environmental Sciences, University of Tsukuba.
**（株）京都フィッション・トラック, Kyoto Fission-Track Co. Ltd.
*** 京都大学大学院理学研究科, Division of Earth and Planetary Sciences, Kyoto University.

はじめに三層を構成すると考えられるはんれい岩からジル殻の年代推定に利用される重要な構造であるを行い，冷却速度の推定を試みた．

海洋底に記録される縞状の地磁気異常は海洋地コンを分離してフィッション・トラック年代測定（Fig. 1B）．海洋地殻磁化構造の鉛直分布につ第1256D孔海洋地殻と年代いてはさまざまなモデルがたてられているものの，それらがどのように縞状地磁気異常に寄与し研究に使用した試料は，赤道域東太平洋ココスているのか，その実際はいまだに詳らかではない

プレート上に位置し，中期中新世に両側拡大速度（木川, 1995; 木川ほか, 2003）．陸化した海洋

220 mm/y の超高速拡大海嶺で形成されたIODP地殻と解釈されるオフィオライトでは，オブダク

1256D孔（Wilson, 1996）のはんれい岩であるションや露出過程における変質作用によって新た（Fig. 1A）．1256D孔は，C5BrとC5Bn.2nのな強磁性鉱物が生じる可能性が指摘されており，初成的な海洋地殻の磁化とその分布を理解する妨げとなっている．海洋底の磁化は主として磁鉄鉱やチタノマグネタイト，磁硫鉄鉱によってになわれていると考えられ，そのブロッキング温度は580 Cから380 C程度と考えられる．一方，長年にわたる深海科学掘削によって海底下1,000 mを超える海洋底柱状試料が数カ所で採取されているが，それらの掘削試料が得られたすべての深さまで，すなわち，はんれい岩やマントルの地層が分布する深さまで，さまざまな温度で浸透してきた海水と岩石の反応による海洋底変質作用が進んでいることを示唆している（Alt et al., 2010）．したがって，海洋地殻の冷却過程と磁化プロセスを理解するためには，さまざまな閉鎖温度を持つ，しかも熱水変質作用の影響を受けにくいロバス
トな鉱物を使用して年代測定を行う必要がある（Fig. 2）．変質に対して耐性を持つジルコン
は，ウラニウムの自発核分裂を利用したフィッション・トラック法（閉鎖温度 ~250 C）と，放射性壊変を利用したU-Pb法（閉鎖温度 ~ 820 C:

Fig. 1 ODP-IODP Site 1256 is located on the Cocos
plate in the crust formed during the Middle
Miocene at a superfast-spread mid-oceanic ridge oftoday East Paciﬁc Rise (A). The Hole 1256D locatednearby the boundary between C5Bn2 and C5Br
chrons (15.160 Ma) (B). Shaded areas in B arecrusts formed during normal polarity periods.

Grimes et al., 2008）やU-Th/He法（閉鎖温度~150~200 C: Reiners, 2005）といった複数の閉鎖温度を持つ年代測定法を適用することができる．小論では，東太平洋の統合国際深海掘削計画（IODP）1256D孔から得られた，海洋地殻第37Fig. 2Hole 1256D penetrated into gabbro at 1413 mbsf through volcanic rocks and sheeted dikes of an
intact oceanic crust. It inclines ~5 degree to west from the vertical (left: Teagle et al., 2012). Temperatures ofocean ﬂoor metamorphism increase to depth. The oceanic crust is magnetized during the period between
zircon U-Pb and ﬁssion-tarck ages (right: modiﬁed after Alt et al., 2010).

クーロン境界（15.160 Ma: ATNL, 2004）のや

年代は15.04

や西側，C5Br地殻（古い側）に位置する（Fig.

prep.)，C5Bn.2nクーロンと一致する．

1B）．海洋地殻最上部の堆積物から掘削を開始

0.18 Maを示し (Anma et al. in

ICPMSによるU定量に基づいたFT年代測定

し，溶岩層とシート状岩脈を掘り抜いてはんれい岩まで達した唯一の掘削孔であり（Wilson et

本研究では，U-Pb年代が既知であるUnit 85のal., 2006），2013年現在海底下1,521.6 mまではんれい岩から新たにジルコンを分離し，予察的掘削されている（Fig. 2）．最初のはんれい岩境にフィッション・トラック年代測定を試みた．深界は海底下1,409.6 mで見られ，海底下1,495 m

海掘削で得られる試料は限られているため，本研付近までにレンズ状，あるいはシルの形態を持つ

究では古地磁気測定用に切り出した8 cc立方体２２枚の貫入岩（Gabbro 1およびGabbro 2）とし個 （ 3 1 2 - 2 1 4 R 3 / 2 7 - 3 7 お よ びて分布する．周囲のシート状岩脈を構成するド312-215R1/93-96），全量60.4 gのUnit 85はん

レライトは熱変成を被っており，granoblasticなれい岩試料からジルコンの分離を試み，およそ組織が発達する．海底下1,412 m地点付近から採250個の破片と自形結晶を得た．このうち，ト取されたGabbro 1のUnit 85（Teagle et al.,

ラック計数に耐えうる大きめの60粒子を選別し2006）から分離されたジルコンのSHRIMP U-Pbて測定に供した．自発トラックの計数は，結晶内38

Fig. 3 Age spectra (A) andweighted mean age (B) ofzircon separated from theIODP Hole 1256D Unit 85gabbros.

部面を用いた（岩野ほか, 2012）．ウラン濃度る（岩野ほか, 印刷中）．今回は238U信号強度をは，誘発トラックを計数する手法を用いず，LA-用い，(1)式からウラン濃度(U)を求めた．スタン

ICPMSによる直接定量法（Hasebe et al., 2004

ダードと未知試料の238U測定シグナルの比がそのなど）を適用した．U定量は京都大学理学部にお物質中での存在比を保っているとするとその関係いて直径を20 μmに絞ったエキシマレーザーをは以下の式で表される：

用いて行い，ウラン濃度のスタンダードとしては，U-Pb年代スタンダードとして用いられる
91500ジルコン (U: 74 ppm)を使用した．LA-(1)ICPMS法では，スタンダードと未知試料に共通して均一に含まれる主要元素（同位体）を内部標準としてモニターする．今回もちいたスタンダー

ここで，unk, stdはそれぞれサンプルとスタン

ド試料は測定試料とmatrixが同一であるため，ダードを表し，obs, trueは測定値と真値（また両者のZr信号強度は一定となることが期待されは基準値）に対応する．なおU定量の繰り返し精39

度は4％（1SD）であった．FT年代値の算出は，する．このような海洋地殻の磁化構造の原因としDanhara and Iwano (2013) に従い絶対年代較ては，1) 孔井が垂直から西へ5度程度傾いている

正で行った：（Fig. 2）ため，C5Br期に形成された上部のより古い地殻から，下部のより新しいC5Bn.2n期に形成された地殻に入った，2) 海洋地殻第3層は冷(2)却するのにより時間がかかるため，同時に形成された地殻でも下位の磁化構造はキュリー点温度まで冷却された時の地磁気に支配される（Kidd,こ こ で λ D は2 3 8 Uの 全 壊 変 定 数1977），3) 海嶺拡大時に形成される正断層によ(λD = 1.55125 10-10 y-1)，λfは238Uの自発核分り，正磁期地殻と逆磁期地殻が併置した，などの裂壊変定数 (λf = 8.510-17y-1)，ρsは自発ト影響が考えられる．

ラック密度(cm-2)， [238U] はLA-ICPMSで求める第3の可能性については，地震波による地殻構ウラン濃度(ppm単位)である．Cは11個のパラ造やコア試料の構造解析から判断されるべきであ

メータの積で，238Uの質量数（238），アボガドり，ここでは考察しない．U-Pb年代とFT年代が1 023） ， ジ ル コ ン の 密 度一致することは，海洋地殻の急速な冷却を示唆（4.7 g/cm3）など物理定数や同位体定数およびし，第1の可能性が大きいことを示唆する．ただトラック長（真値lf，実測値le）が含まれる

し，年代誤差が大きいため，第2の可能性を排除（Danhara and Iwano, 2013）．

することはできなかった．縞状地磁気異常の形成

ロ数（6.022

本研究では60粒子を用いてFT年代を求めたについて精度の良い議論をするためには，年代測（Fig. 3; Table 1）．年代算出の正確さを保証す定の精度をさらに向上する必要がある．また，よるためにFish Canyon Tuﬀ (28.5 Ma) も同条件

り冷却速度が遅いと考えられるモホ面直上の海洋で分析した結果，妥当な年代値が得られた

地殻でどの程度の年代差が生じるか，オフィオラ（Table 1）．本試料の場合異質粒子の混入の可イトの試料を用いて確かめる必要がある．

能性は排除できるが，ウラン濃度の累帯組織，まとめ

FT計測領域とLA-ICPMSによるU濃度測定領域の面積の違いによる影響から粒子データが若い方に中期中新世に両側拡大速度220 mm/y の超高も古いほうにもばらつきが生じていると推定され速拡大海嶺で形成された，赤道域東太平洋ココス

る．今回はIsoplotプログラム(Ludwig, 2008)をプレート上のIODP 1256D孔（Wilson, 1996）利用し，大きく外れる6粒子を除外して得られ海洋地殻第3層最上部のはんれい岩からジルコンた加重平均年代15.8

1.0Ma (2σ) を採用したを分離し，15.81.0 Maのフィッション・ト(Fig. 3B）．今後，ウラン濃度を面積補正した年

ラック年代をえた．これは誤差の範囲内で既知の代や，全粒子を合算したpooled 年代も比較検討

U-Pb年代（15.04していく予定である．

速拡大海嶺における海洋地殻第3層最上部までの急速な冷却を示唆する．海洋地殻磁化構造はこの海洋地殻の冷却プロセスと磁化ような急激な冷却のもとで形成されたことは明ら

超高速拡大海嶺で形成された海洋地殻第3層最かである．より精度の良い議論をするためには，上部から得られたフィッション・トラック年代（15.80.18 Ma）と一致し，超高年代測定の精度を向上する必要がある．

1.0 Ma）は既知のU-Pb年代（15.04

文献0.18 Ma）よりやや古いが，誤差の範囲内で一致

Alt, J. C., Laverne, C., Coggon, R. M., Teagle,

する．これは海嶺における急速な冷却を示唆

D. A. H., Banerjee, N. R., Morgan, S.,

し，Maclennan et al. (2005)などの計算結果とSmith-Duque, C., E. and Harris, M., 2010.

整合的である．

Subsurface structure of a submarine

一 方 ， G P I T に よ って 得 ら れ た 磁 気 デ ー タhydrothermal system in ocean crust（Teagle et al., 2006）は，海洋地殻第2層の火

formed at the East Paciﬁc Rise, ODP/山岩およびシート状岩脈を構成するドレライト

IODP Site 1256. Geochem. Geophys.

がreverse polarityを示し，逆磁期に固結したこ

Geosyst.,とを示唆するのに対して，第3層のはんれい岩は

11,10.1029/2010GC003144.

正磁期にblocking温度まで冷却されたことを示唆

40

doi:

Grimes, C. B., John, B. E., Cheadle, M. J.,

得られた結果 - 地学雑誌, 112, 720-731.

Wo o d e n , J . L . , 2 0 0 8 . P r o t r a c t e dLudwig, K. R., 2008. Userʼs manual for Isoplot

construction of gabbroic crust at a slow

3.6. A geochronological toolkit forspreading ridge: Constraints from 206Pb/

Microsoft Excel. Berkeley Geochronology

238U zircon ages from Atlantis Massif

Center Special Publication No.4. Berkeley

and IODP Hole U1309D (30̲N, MAR).

Geochronology Center, Berkeley, CA, 77

Geochem. Geophys. Geosyst. 9, Q08012,p.

doi:10.1029/2008GC002063.

Maclennan, J., Hulme, T., Singh, S. C., 2005.

Danhara, T., Iwano H., 2013. A review of theCooling of the lower oceanic crust.

present state of the absolute calibration

Geology, 33, 357-360.

for zircon ﬁssion track geochronometry

Reiners, P. W., 2005. Zircon U-Th/He

using the external detector method.

t h e r m o c h r o n m e t r y. R e v. M i n e r a l .

Island Arc 22, 264-279.

Geochem. 58, 151-179.

Hasebe, N., Barbarand, J., Jarvis, K., Carter,Teagle, D. A. H., Alt, J. C., Umino, S.,

A., Hurford, A. J., 2004. Apatite ﬁssion-Miyashita, S., Banerjee, N. R., Wilson, D.

track chronometry using laser ablation

S., Expediton 309/312 Scientists, 2006.

ICP-MS. Chem. Geol., 207, 135-145.

Proceedings of the Integrated Ocean

岩野英樹・折橋裕二・檀原徹・平田岳史・小笠

Drilling Program volume 309/312,

原正継, 2012. 同一ジルコン結晶を用いた

Superfast Spreading Crust 2 and 3.

フィッション・トラックとU-Pbダブル年代

College Station, Texas A&M University,

測定法の評価 ‒ 島根県川本花崗閃緑岩中のUSA. doi:10.2204/iodp.proc.

均質ジルコンを用いて -. 地質学雑誌, 118,309312.101.2006.

365-375.

Teagle, D. A. H., Ildefonse, B., Blum, P., and岩野英樹・檀原徹・坂田周平・平田岳史. LA-Expediton 335 Scientists, 2012.

ICPMSによるウラン定量と第四紀ジルコン

Proceedings of the Integrated Ocean

FT年代測定 ‒ ベトナム産ジルコン メガクリ

Drilling Program volume 335, Superfast

ストの例 -. 月刊地球 号外「第四紀研究におSpreading Rate Crust 4. Tokyo (Integrated

ける年代測定法の新展開 ‒ 最近10年間の進

Ocean Drilling Program Management

展 -.（印刷中）International, Inc.). doi:10.2204/

Kidd, R. G., 1977. A model for the process ofiodp.proc.335.103.2012.

formation of the upper oceanic crust.

Wilson, D. S., 1996. Fastest known spreading

Geophys. J. R. Astr. Soc., 50, 149-183.

on the Miocene Cocos-Paciﬁc plate

木川栄一, 1995. 海洋地殻の磁化 ‒ 海洋地磁気縞

boundary. Geophys. Res. Lett. 23,状異常の起源について - 地学雑誌, 104,3003-3006.

381-391.

Wilson, D. S. et al., 2006. Drilling to gabbro木川栄一・酒井英夫・工藤智幸, 2003. 上部マン

in intact oceanic crust. Science 312,

トルの磁化 ‒ オマーンオフィオライトから

1016-1020.

41

Table 1 Fission track age data for zircon separated from IODP Hole 1256D Unit 85 gabbros

42