いまさら聞けないガラス講座

日本におけるドロマイト鉱床の形成過程―ガラス原料の一つであるドロマイトの起源について―
日本板硝子（株）研究開発部

野見山

邦 洋

Formation process of dolomite deposits in Japan−Origin of dolomite for manufacturing of glass products−

Kunihiro Nomiyama
Research and development NIPPON SHEET GLASS CO．LTD．

れることとする。

１．はじめにドロマイトは，ガラス製品に MgO 成分を供

２．ドロマイトとは？

給する原料としてだけでなく，肥料，耐火物あド ロ マ イ ト（dolomite）は，理 想 化 学 式 がるいは鉄鋼等の分野においてもその利用が広く（calcite : CaCO３）
，CaMg
（CO３）
２ であり，方解石知られている。ドロマイト鉱床は，地質学（鉱，菱苦土鉱（magアラレ石（aragonite : CaCO３）

床学あるいは堆積学）や採鉱学の分野を生業と，菱鉄鉱（siderite : FeCO３）おnesite : MgCO３）する方々以外には，どのようにして形成されたよ び 菱 マ ン ガ ン 鉱（rhodochrosite : MnCO３）かを知る人は少ないようである。しかし，その等と共に炭酸塩鉱物（carbonate形成の過程を知ることは，先に本誌で取り挙げ属する。方解石を主要構成鉱物とする岩石を石た珪砂と同様に，資源の有限性と有効性を理解灰岩（limestone）と称するのに対して，ドロする上でも重要であることは言うまでもない。

マイトが主要構成鉱物である岩石をドロマイト

そのため，本誌では，日本国内に分布するドロと呼ぶ。これでは，鉱物と岩石の表記が同一でマイト鉱床の形成過程を先人の研究成果に基づあることから，それを区別するために，ドロマmineral）にき概説する。さらに，日本列島（島弧）に分布イトを主構成鉱物とする岩石を「ドロストーンするドロマイト鉱床は，その形成過程において（dolostone）」と称する場合もある。そして，特徴的なプロセスを経ている。それは，日本列ドロストーンや石灰岩に代表される炭酸塩鉱物島の形成とも関連し，国内産のドロマイトを理を主構成鉱物とする岩石は，炭酸塩岩（carbon-解する上でも興味深い要素である。それは，古ate rock）と称される。炭酸塩岩は堆積岩の一

くはアルフレート・ロータル・ヴェーゲナー注①

種であり，石灰質生物の遺骸や化学的沈殿物が（Alfred Lothar Wegener）が，その著書であ堆積して形成される点で，後背地から河川や風

１）る「大陸と海洋の起源」で述べた「大陸移動説」

雨を介して供給された砕屑物が堆積して形成さとも関係することから，その特徴についても触れた砂岩あるいは泥岩等とはその形成過程が異なる。

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３．ドロマイトの分布と品位
地球上において，ドロマイトを含む炭酸塩岩

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図１ 世界の炭酸塩岩の分布（吉田２）より引用）

類は，全堆積岩類の１／５以上を占めるとされて少なく，主な分布域は２〜３の地域に限られている。図１に示すように，世界には多くの炭酸いる。その一つは，国内最大の産地である栃木塩岩体が分布している。日本列島においても，

県佐野市北東部に位置する「葛生地区」である。

それは例外ではなく，多くの炭酸塩岩鉱床が北本地区は，国内最大のドロマイト鉱床を有して海道から沖縄にかけて分布している。日本列島いる。葛生地区に胚胎するドロマイトは，古くにおける石灰岩およびドロマイト鉱床の分布から資源として調査が成され，鉱床の形成過程（産出地）を図２に示す。ドロマイトの分布は，も研究されてきた（吉 田３）・４），河 田５）お よ び 鎌

石灰岩の分布域（あるいは量）と比べて極めて。
田６）・７）を参照）
一方，岐阜県山県市の北西部に位置する「美山地区」および同県揖斐川町の「春日地区」にも「葛生地区」に次ぐ規模のドロマイト鉱床が分布している。美山地区のドロマイト鉱床は，レンズ状の鉱体が舟伏山周辺に分布している。何れの地区に（河田８）・９）・１０）および大塚１１）を参照）
おいてもドロマイトは，ガラス，肥料あるいは鉄鉱原料とし出鉱され，現在も工業用原料としての利用が活発に行われている。「葛生地区」
あるいは「美山地区」と比べて小規模なドロマイト鉱床が，東北地方（北上山地）あるいは四国地方等にも分布している。しかし，要求される品位（MgO 含有量や不純物の量等）を満たせない場合や採算性に乏しく，工業用原料とし

図２ 日本の地質概要と炭酸塩岩の分布（吉田２）より引用し，筆者により一部加筆した）ての採掘あるいは供給は行われていないのが現状である。
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１１６ ２０１５ドロマイトが工業用原料（特にガラス原料）として用いられる場合，最も重要視されるのがMgO 含有量である。ドロマイト中の MgO 含９wt．
％とされる。ガラス有量の理論値は，２１．
原料として用いられる主な国内産ドロマイトの％前後である。一方，
MgO 含有量は，１８wt．
％を超える含有量を有するド
海外では２０wt．
ロマイトが産出されている。さらに，ドロマイトに含まれる不純物として SiO２ あるいは Fe２O３が含まれる場合があるが，国内産のドロマイトは，海外産のドロマイトと比して，これらの不純物も高い傾向を呈する。例えば，中華人民共和国南部に位置する広西壮族自治区で採掘されるド ロ マ イ ト に は，そ の 不 純 物 が ppm オ ー
ダーと低いドロマイトが存在する。これは，ドロマイト中の MgO の含有量が，理想化学組成

図３ 各地質年代における炭酸塩岩中のドロマイトの占める比率と気候変動との関係（松田１２）より引用）に極めて近く，その純度が高いことを意味し，低鉄ガラスを生産する場合には，効率の高い原時代を遡るほど高くなると考えられていた。し料である。このように，東アジアに焦点を絞っかし，近年では地球規模での気候変動と相関がても，島弧（日本列島）と大陸（ユーラシア大あり，ドロマイトの形成頻度は温室期に高く，陸）では，存在するドロマイト鉱床の質や規模氷室期には低くなることが指摘され，ドロマイも大きく異なる。これらの差異が生じた要因をト形成と地球規模での地球表層環境変動の因果解析することにより，炭酸塩原料の品位に応じ関係について言及がなされるようになってきた有効活用に取り組むことができると考えられた。地質時代のドロマイトの一部は，初生的にる。

堆積したと考えられているが，大部分のドロマ４．ドロマイト問題
１２）

イトは，造礁サンゴ，石灰藻，あるいは二枚貝などの海棲生物遺骸を含む。このことから，多松田 によると，ドロマイトには「Dolomite

くのドロマイトは，初生的には石灰質堆積物Problem」と称する課題があり，長年にわたっ（例えば，石灰岩）として堆積したものが，ドて多くの研究者が，その解析に取り組んできロマイト化作用により二次的にドロマイトになた。その課題とは，図３に示すように，各地質ったと推定される。これまで多くのドロマイト時代を通じて生じているドロマイト形成頻度の化作用のモデルが提唱され，そのメカニズムが不均一性（地質時代毎にドロマイトの形成量の検討されてきているが，依然，不明な点も多々差が生じている現象）である。

残されている。これらの課題が解明できれば，

１２）

松田 によると，現在，地球上の炭酸塩岩においてドロマイトが形成されている地域は極めて限られており，圧倒的に石灰岩の形成比率が高い。にもかかわらず，地質時代の炭酸塩岩にドロマイト鉱床のさらなる開発や有効な利用に貢献できるかも知れない。

５．ドロマイト鉱床の形成。
は多くのドロマイトが存在する（図３参照）

本節では，松田１３）において示されている内容

過去において，ドロマイトの形成頻度は，地質を引用あるいは参照して，未解明の部分の多い

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ドロマイトの生成およびその生成環境を解説する。

（１）ドロマイト化作用に適した溶液を生成する
地質学的あるいは地球化学的環境

一部には，初生的に海水（高塩分濃度を有する）から直接沈殿（堆積）したドロマイトもあると考えられているが，現在，地球上に存在するドロマイトの大部分は，石灰質堆積物が続成作用によりドロマイトに交代されたと考えられている。これを「ドロマイト化作用（dolomitiza-（２）大量の石灰岩を交代しうる大量の Mg２＋の存在（３）大量の Mg２＋をドロマイト化作用が起きている場所へ連続的に供給する機構（４）上記の３つの要件が，長期間維持される地質学的セッティングtion）」と称する。ドロマイトの生成は，以下〜（４）の要件を満たした自然界におけ上記（１）の反応を経て行われる。
交代反応

るドロマイト化作用のモデルが，これまで幾つ

２＋２CaCO３＋Mg２＋⇔CaMg
（CO３）
（１）
２＋Ca ：も提唱されてきた。これらのモデルは，ドロマ沈殿反応

イトの形成時期と場所（深度）により，続成過

２＋２＋２（CO３）：（２）
Ca ＋Mg ⇔CaMg

程初期の地表付近や海底面近くを想定するモデ
ルと続成過程後期の深部埋没環境を想定するモおよび（２）の反応は，常温常しかし，上記（１）

デルの２つに大別される。前者におけるその代圧化における天然と同等の環境下では，ドロマ表的なモデルとして，「蒸発性ドロマイト化作イトを実験的に生成することが困難である。つ用（Evaporative dolomitization）」が挙げられまり，ドロマイトの生成環境を再現することがる。本モデルは，ドロマイト化溶液として蒸発できないため，天然の現象を解析していくこと作用による高塩分水を Mg２＋の供給源と想定しが有効な研究手段であると言える。ており，「サブカ注②モデル（Sabkha model：図一方，ドロマイト化作用が行われるためには，以下に示す４つの要件が必要とされる。

４A 参照）」と「シーページ・リフラックスモ」
デ ル（Seepage―reflux model：図４B 参 照）に分類される。両モデルとも，特徴的な地形に

図４ 代表的なドロマイト化作用のモデル（松田１３）より引用）

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流入することで蒸発（濃集）した海水から高Mg２＋／Ca２＋比を有する高塩分水（ドロマイト化溶液）が，石灰質堆積物をドロマイト化するとしている。
また，後者におけるモデルとしては，海水と淡水の混合比により，ドロマイト化が促進される「混合水ドロマイト 化 作 用（Mixed―water

図５ 付加体の模式形成過程（石灰石鉱業会１６）HP より引用し，筆者により一部加筆した）」，低 温
dolomitization：図４C お よ び D 参 照）
海水が，ドロマイト化を促す「海水ドロマイトplex）」と称する形成過程を経ている。そして，」化作用（Marine dolomitization：図４E 参照）

日本列島（島弧）も同様の形成過程を経ている。

も提唱されている。特に海水ドロマイト化作用

小出１５）によると，海洋プレートが海溝で沈み込は，近年において最も重要なドロマイト化作用

む際に，沈み込まれる側のプレート（島弧あるのモデルとされており，後述する海洋プレート

いは大陸プレート）に海洋プレートの上部の物とドロマイト鉱床の関係においても関わりがあ質が剥ぎ取られ，付加されたものを「付加体」ると考えられる。そして，前述した葛生地区のとしている。付加される物質は，陸側のプレー１４）

ドロマイトは，松田 によると，同地区の石灰ト起源のもの（主に陸源性の堆積物）と海洋プ岩が陸化した後，海水と陸水（淡水）の混水部レートの上部，およびその上に堆積した深海底において行われたと推定している。これは，混堆積物から構成される。そのため，複数の起源

合水ドロマイト化作用に相当するものと考えらの異なる物質が，付加体内部において構造的にれる。その他には，続成作用に伴う石灰質堆積混在する。付加体が継続的に形成されると，既２＋物の埋没箇所に，Mg に富む間隙水が供給さに形成されていた古い付加体は陸側に押しやられることで生じる「埋没ドロマイト化作用（Bur-れる。この現象を模式的に表すと図５のように」がある。
ial dolomitization：図４F 参照）なる。島弧（あるいは大陸プレート）との接触

このように，ドロマイト（あるいはドロマイ部においては，海洋プレートの拡大に伴い沈みト鉱床）の成因は，形成当時の地形的特徴や続込みが生じ，海洋プレート上の物質が島弧側に成作用を考慮し，解析が現在も続けられてい付加される。その付加された物質の中にドロマる。但し，大部分のドロマイト鉱床の形成過程イト（炭酸塩岩）が含まれていたことで，現在において共通することは，石灰質堆積物中のの日本列島にドロマイト鉱床が存在しているこCa２＋を交代するために必要十分な量の Mg２＋をとになる。つまり，ドロマイト鉱床は，現在の含む溶液が，継続的に供給される環境が存在す日本列島と同じ場所において形成されたのではることである。これらの環境が，地球上に（偶なく，海洋プレートの発生するはるか東方か然）整えられることでドロマイトが形成され，ら，プレート移動により日本列島にまで運ばれ我々は地質時代の恩恵を「今」受け取ることがてきたことにより形成されたと考えられてい出来るのである。

る。これが，現在広く認められているプレート６．国内におけるドロマイト鉱床の特徴
次に，日本国内のドロマイト鉱床の形成におテクトニクスにより生じる現象であり，その初生的な学説が，ウェーゲナーが１９１２年に提唱した「大陸移動説」に他ならない。

ける特徴に触れておきたい。日本国内（日本列

図６に示すように，日本列島（西南日本）に島）のドロマイト鉱床（岩体）の大部分は，「付は，古い時代の付加体が帯状配列していること加体（付加コンプレックス／accretionary com-が知られている。西南日本では，北から南へ付３６NEW GLASS Vol．
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１１６ ２０１５いる。一方，図６および図７に示すように，付加された順序は，島弧−海溝系の関係から島弧側にあるものが古く，西南日本においては，南に位置する地層が最も新しく付加されたことが確認できる。これらの現象から，日本列島は連続した付加体により構成されており，日本列島とドロマイト鉱床は，その形成過程に密接な関係がある。そして，ドロマイト鉱床は，付加された地層に後から形成された鉱床ではなく，現在の日本列島が出来上がる前に存在していた初図６ 付加体としての西南日本の基盤の形成時期（佐藤１７）より引用）生的な鉱床である。さらに，日本列島は，様々加体を構成する地層の堆積年代が新しくなる。

在も形成中の付加体があるとされる。つまり，つまり，沈み込みが継続し付加体が増加すると極めて遠い将来においては，新たなドロマイト島弧が成熟し，やがては大きく厚い地殻へと成鉱床が日本列島内に形成されるかもしれない。

長していくことを意味する。そして，図７に示

但し，このドロマイト鉱床の形成サイクルは，すように，島弧（日本列島）には火成作用も生

地質学的に膨大な時間を要することから，ドロじ，大陸地殻の形成場（縁辺部）という位置付マイト鉱床が有限性のある資源としての位置付がなされる。付加された岩体は，島弧に剥ぎ取けに変化は無い。そして，ガラス原料として用られることにより大きく乱される。本来，堆積いられる国内産ドロマイトは，今後も新たな開岩は，下位より上位にかけて堆積年代が新しく発は困難と推定されることから，現存の鉱床のなるのが地質学の普遍的な原理である。しか有効利用がより重要になると考えられる。

な時代の付加体が形成され続けてきた場で，現し，付加体内の地層は，地層の逆転，変形あるいは変質等が生じており，複雑な構造を呈して最後に，ドロマイト鉱床の形成過程と品質の

図７ 島弧−海溝系における付加体の模式構造図（小嶋１８）より引用））

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関係について触れておきたい。ガラス原料とし洋プレートが日本列島を構成するプレートてのドロマイトの品質（品位）に求められる要の下位に沈み込む際にはぎ取られた付加体

件は，主要成分量あるいは種，不純物の量，粒の中に存在し，列島各地に分布している。

径分布，粒子形状，粒子サイズ，異物の混入

４）付加体の形成は現在も継続されており，遠量，水分および均質性等々と多岐に渡る。そしい将来（地質学的な時間経過の後）において，これらの性状を左右するのが，これまでにては，新たなドロマイト鉱床が大陸縁辺部述べてきたドロマイトの生成環境とその形成過にあたる日本列島（島弧）においても形成程である。生成環境は，ドロマイト中の MgOされる可能性があると考えられる。

含有量に影響を及ぼし，付加された後の続成作用によっては，不純物の供給や新たな金属鉱床の形成にも関与することもあり，鉱床の数だけ様々な性状が付与されている。したがって，これまで述べてきたドロマイトの成因や形成過程を総合的に理解することが，ドロマイトをガラス原料として品質管理を行う上でも有益であ

謝辞
本誌への執筆を薦めて頂き，さらに本稿の査読を頂いた日本板硝子株式会社 研究開発部の長嶋廉仁氏，本誌への投稿の機会を与えて頂いた日本板硝子株式会
社 技術研究所の服部明彦所長，そして，本稿の査読を頂き，貴重な助言を賜った日本板硝子株式会社 研
究開発部の酒井千尋博士に，この場を借りて心よりお礼を申し上げる。

り，資源の有限性を考慮した効率的な採掘や不要な開発を抑制することにもつながる。そして，これらの知見が，国内に止まらず，ドロマイトの有効利用に寄与するものと考える。

７．まとめ
本誌では，ドロマイト鉱床の国内分布におけるドロマイト鉱床の形成過程を概説した。それらの項目を以下に整理する。
１）工業用原料として扱われるドロマイト鉱床は，国内において２〜３か所程度の分布しか認められない。小規模な鉱床は，石灰石に付随して全国に分布しているが，その品質あるいは採算性の低さにより，現在は工業用原料としての利用は行われていない。
２）ドロマイトの形成環境を考える上で，代表的なモデルが複数提唱されている。ドロマ
イトの形成時期と形成場所（深度）の違いにより，続成過程初期の地表付近や海底面近くを想定するモデルと続成過程後期の深部埋没環境を想定するモデルの２つに大別される。
３）日本列島（島弧）のドロマイト鉱床は，列島のはるか東方において形成された後，海３８

注①：大陸移動説の提唱で著名な２０世紀初頭に活躍したドイツの地球物理学者（気象学者）。
②：乾燥気候下のペルシャ湾岸に広がる，起伏に乏しく極めて緩い傾斜を持った低平な海岸平野。
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