火山 第 61 巻 ( 2016)
第 2 号 429-448 頁

論 説

阿蘇火山北西部に分布する Aso-4 火砕流堆積物，
弁利サブユニットの層序と岩石学的特徴
関琢 磨＊,＊＊・荒 川 洋 二＊＊＊・新 村 太 郎＊＊＊＊・大 鹿 淳 也＊＊＊＊＊・
慶＊＊＊森康＊＊＊＊＊＊・池 端（2015 年 8 月 24 日受付，2016 年 2 月 10 日受理）

Stratigraphy and Petrological Characteristics of the Benri Subunit of the Aso-4
Pyroclastic Flow Deposits in the Northwestern Part of the Aso Volcano, Japan
Takuma SEKI＊,＊＊, Yoji ARAKAWA＊＊＊, Taro SHINMURA＊＊＊＊, Junya OSHIKA＊＊＊＊＊,
Yasushi MORI＊＊＊＊＊＊ and Kei IKEHATA＊＊＊
We conducted detailed stratigraphic, petrographic and petrochemical investigations on the Benri subunit which isthe products by one of the caldera-forming eruption cycles of Aso-4 pyroclastic flow, Aso volcano, central Kyushu,
Japan. The Benri subunit is limitedly distributed in the outer side of the northwestern part of Aso volcano. It is mainlycomposed of scoria, pumice and banded pumice for juvenile fragments, and andesitic lithic fragments (accessory) set ina matrix. The Benri subunit is divided into seven units (Unit1〜Unit 7), based on the amount and shape of essential
fragments, and on the characteristics of lithic fragments and matrix. As a whole, the upward transition of deposits frompumice-rich (non-welded) to scoria-rich (weakly-welded), and to pumice-rich again was recognized in the units.
Petrographic observations and mineral chemistries, particularly for wide range of the anorthite content of plagioclase(An40-90) in most scoriae, pumices and banded pumices, provide evidences for magma mixing with different amounts ofmafic and felsic components. Pumices in some units are characterized by low anorthite content of plagioclase (An30-50)
which are similar to those in the silicic eruption products at the initial stage of the Aso-4 cycle. Whole-rock major andsome trace element contents of scoriae, pumices and banded pumices show linear variation trends between two assumed(mafic and felsic) end members. These results suggest the magma mixing as an important process for producing themagmas of Benri subunit.
These observations and results suggest that, before the eruption producing the Benri unit, compositionally zoned(stratified) magma layers had been formed between mafic and felsic end member magma layers in the magma chamber.
The eruption sequence of the composite magmas is assumed to have changed as from felsic magma dominant to mafic
magma dominant, and then felsic magma increasing again.
Key words : Aso volcano, Aso-4 pyroclastic flow, Benri subunit, scoria-pumice mixed layer, banded pumice, magma mixing＊〒305-8572 茨城県つくば市天王台 1-1-1
筑波大学大学院生命環境科学研究科
Graduate school of Life and Environmental Sciences,
University of Tsukuba, Tsukuba, Ibaraki 305-8572, Japan.
＊＊
現在所属 : 〒420-8601 静岡県静岡市葵区追手町 9-6
静岡県庁
Shizuoka Prefecture Government Office, Aoi-ku, Shizuoka,
Shizuoka 420-8601, Japan.
＊＊＊〒305-8572 茨城県つくば市天王台 1-1-1
筑波大学生命環境系
Faculty of Life and Environmental Sciences, Universityof Tsukuba, Tsukuba, Ibaraki 305-8572, Japan.
＊＊＊＊〒862-8680 熊本県熊本市中央区大江 2-5-1
熊本学園大学経済学部

Faculty of Economics, Kumamoto Gakuen University, Oe
2-5-1, Chuo-ku, Kumamoto, Kumamoto 862-8680, Japan.
＊＊＊＊＊
Earth Resources Faculty, China University of Geosciences(Wuhan), Lumo Road 388, Hongshan District, Wuhan,
Hubei, P. R. China.
＊＊＊＊＊＊〒805-0071 福岡県北九州市八幡東区東田 2-4-1
北九州市立自然史・歴史博物館
Kitakyushu Museum of Natural History and Human
History, 2-4-1 Higashida, Yahatahigashi-ku, Kitakyushushi, Fukuoka 805-0071, Japan.
Corresponding author : Yoji Arakawa
e-mail : yaraka@geol.tsukuba.ac.jp

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慶

1．は じ め にコリア）や軽石を含む地層等の詳細な層序，および各層

島弧や大陸縁部の沈み込み帯火山，あるいは大陸内部の具体的な記載は示されておらず，また苦鉄質，珪長質の火山における限られた期間の大量の珪長質マグマの噴

両マグマ噴出の推移については必ずしも明瞭にはされて火は，カタストロフィックな活動であり，しばしば大規

いない．今回筆者らは，熊本県菊池市北東にある弁利地

模カルデラの形成を伴うことがある．それらの火山噴出域（西側のカルデラ壁の北西約 10 km）に露出する珪長物の詳細な層序の記載や，本質物質の岩石学的・地球化

質および苦鉄質本質物質（本質岩片）を含む Aso-4 火砕

学的研究は，カルデラ形成期のマグマ溜りを含むマグマ

流 中 期 の 噴 出 物（後 述 の 弁 利 ス コ リ ア 流 堆 積 物 :

供給系の構造やマグマ噴火の形態および時間的推移，さWatanabe (1978) に 相 当）に 焦 点 を 当 て 研 究 を 行 っ たらにはカルデラの形成機構などに関する多くの情報を与（Figs. 1, 2）．こ の 露 頭 の 一 部 は，最 近 の 土 地 整 備

えてくれる（例えば，Hildreth, 1981 ; Sparks and Marshall,(2005〜2006) により新たに得られたものであり，保存状

1986 ; Musselwhite et al., 1989 ; 津久井・荒牧，1990 ; Duf-

態も良く，スコリア，軽石，縞状軽石などを含む堆積物

field and Ruiz, 1992 ; Suzuki-Kamata et al., 1993 ; Hunter,を詳細に観察できる．この新しい露頭を含めた周辺域の1998, Best and Christiansen, 2001 ; Jellinek and DePaolo,

露頭の層序の観察結果より，含有する上記本質物質の形

2003）．カルデラ形成を伴った噴火では，多くの場合，珪状や量比が上下方向において，必ずしも単調な変化を示

長質マグマの噴出が主体をなすが，珪長質から苦鉄質等，していないことが指摘されている（大鹿・他，2007 ; 関・組成の異なったマグマの噴出が見られる場合もある．こ他，2011）．従って，この地域の火砕流堆積物は，珪長質の場合は，噴出物の層序から噴火のプロセスの推定，まマグマを起源とする軽石流堆積物が大半を占める Aso-4

た溶岩や火砕岩中の本質物質からマグマ供給系（マグマ

火砕流堆積物において，珪長質マグマと苦鉄質マグマと溜まりの組成構造，あるいは複数の異なったマグマの存の成因的関連やマグマ供給系，およびそれらのマグマの在など）
や地下構造などをより詳細に探ることができる．

噴出様式などを探ることのできる重要な地層であるとい

阿蘇カルデラは中部九州に位置する 25 km×18 km のえる．

大規模カルデラである．阿蘇火山は古川・他 (2009) にそこで本論文では，この新露頭も含めたスコリアと軽より，カルデラ形成期を中心に，先カルデラ火山活動期，石が混在する火砕流堆積物（弁利サブユニットと呼称 :カルデラ形成期，後カルデラ火山活動期に区分されてい後述）の詳細な層序の記載と，本質物質であるスコリア

る．カルデラ形成に至るまでに，火砕流を伴う大規模なと軽石，縞状軽石の岩石学的記載，EPMA による斑晶鉱

噴火が 270〜90 ka の間に 4 回繰り返されたと考えられ物の化学組成分析，および XRF による全岩化学組成分ており，その堆積物は古いものから順に Aso-1〜Aso-4

析，また一部の試料に対して Sr 同位体比の分析を行い，に分けられている（小野・渡辺，1985）．中でも最新（90 ka）

それらの結果から噴出時のマグマ供給系（あるいはマグの Aso-4 火砕流噴火噴出物は，日本国内で最大の噴出量

マ溜りの組成構造），およびその噴出の推移の推定を試（>600 km3）であったと考えられている（町田・新井，

みたので，ここに報告する．

2003）．Aso-1〜Aso-4 火砕流堆積物は，珪長質マグマから苦鉄質マグマといった噴火サイクルが一部に見られる

2．地質概略ことから，小野・渡辺 (1983) により，珪長質マグマと苦阿蘇火山は，南北 25 km，東西 18 km のカルデラと中鉄質マグマの 2 層からなる “成層マグマ溜り” が考えら

央火口丘群からなる活火山である（小野・渡辺，1985）．

れている．また，Hunter (1998) は，Aso-1〜Aso-4 を通しその基盤岩は，新第三紀末から第四紀前期の火山岩や白た岩石化学的研究に基づいたマグマの生成過程，および亜紀花崗岩，中・古生代の堆積岩と変成岩などである（例

マグマ供給系の推移に関するモデルを提唱した．さらにえば，
小野・渡辺，1983 ; 三好・他，2011）．火山活動とし

最近，Kaneko et al. (2007) は Aso-4 噴出物全体にわたり，ては，カルデラ形成期に 4 回の大規模火砕流噴火があっ

軽石，スコリアなどの本質物質の主要鉱物の化学組成おたと推定されており，Aso-1（噴出量 50 km3，噴出年代

よび全岩化学組成，さらにマグマの物理化学条件の推定

噴出年代 141±5 ka.），266±14 ka），Aso-2（噴出量 50 km3，などに基づいた詳細な研究を行い，2 回の苦鉄質マグマ

噴出年代 123±6 ka），Aso-4（噴Aso-3（噴出量 >150 km3，の噴出を含む一連のマグマ供給系の変化を推定してい噴出年代 90±4 ka.）と区分されている（小出量 >600 km3，

る．また，Miyoshi et al. (2011) はカルデラ形成期から後野・他，
1977 ; 松本・他，
1991）．また，これらの 4 回の大規

カルデラ火山岩類について，岩石学的な成因関係を論じ

模噴火の間，およびそれ以降にも降下火砕物からなる小ている．

規模噴火が存在したことが確認されている（星住，1990 ;しかしながら，従来の研究では，苦鉄質本質物質（ス

宮縁・他，2003 ; 古川・他，2006）．Aso-4 火砕流噴火以降

阿蘇火山北西部に分布する Aso-4 火砕流堆積物，弁利サブユニットの層序と岩石学的特徴

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Fig. 1. Simplified geological map of the northwestern part of the Aso volcano modified from
Hoshizumi et al. (2004). The star shows the location of the studied area (see Fig. 2).

は中央火口丘群の活動が続いており，現在は中岳のみがスコリア流堆積物（0.2 km3）の 8 つの層が区分されてい

活動している．

る．カルデラの北側の 宮原 地域は下部から，阿蘇-4 A，

みやのはる

Aso-4 火砕流堆積物は，カルデラを中心に多方向に分

阿蘇-4 T，阿蘇-4B の 3 つ（鎌田，1997），東側の竹田地域布しており，
いくつかのサブユニットに分類されている．

では阿蘇-4 A, 阿蘇-4B の 2 つのサブユニットに分けら

それらの分類は，Smith and Bailey (1966) などに従い，1れている（小野・他，
1977）．最近 Kaneko et al. (2007) は，回の噴火，あるいは複数回の噴火により生じた火砕流堆

上記研究結果を踏まえ，Aso-4 噴出物全体の分類を行っ積物をサブユニットと定義し，主に岩相の特徴，色調，ている．その分類では，下位から 4I-1，4I-2，4I-3，4II-1，

組織，粒形，鉱物種，溶結状態などを基準に区分されて4II-2，4II-3 の 6 つのサブユニットに区分されている．こきた（小野，1965 ; 小野・他，1977 ; Watanabe, 1978）．これ

れらの区分では，カルデラの西側の噴出物（Watanabe,までの研究における対比図を Fig. 3 に示す．カルデラの1978）と詳しい対比が示されている（Fig. 3）．一方，北西側は，Watanabe (1978) により詳細に分類されている．

側および東側では，小野・他 (1977) および鎌田 (1997)

お やつ

Watanabe (1978) の分類では下位より，小谷白色軽石流堆の分類に基づく 4 A が Kaneko et al. (2007) の 4I-1 に，4B

，肥猪火山灰流堆積物（1 km3），鳩平軽石
積物（>5 km3）

が 4II-2 に対比されているが，鎌田 (1997) の分類による，八女軽石流堆積物（>35 km3），用流堆積物（>2 km3）

4 T の一部は，4B をはさむ形で層序区分等が必ずしも整

こうえい

はとびら

や

ぎ

め

もとい

3

木灰色軽石流堆積物（>4 km ），弁利スコリア流堆積物
と

す

く

の みね

，鳥栖オレンジ軽石流堆積物（10 km3），九ノ峰（0.5 km3）

合的ではない（Fig. 3）．
本論の研究対象である火砕流堆積物は，カルデラ西側

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Fig. 3. Comparison of stratigraphy and division of pyroclastic flow deposits in the Aso-4 eruptive cycle(modified from Kaneko et al., 2007).
Aso-4 火砕流の噴火は，珪長質マグマから苦鉄質マグ
マの噴出へ遷移するサブサイクルが大きく 2 回存在した
Fig. 2. Location of the outcrops of the Benri subunit (Aso4 pyroclastic flow). Loc. 1-3 are the sites of outcrops
and sampling. The map is from 1 : 25, 000 Kikuchi(Geological Survey of Japan).

と考えられている（小野・渡辺，1983）．前半のサブサイ
クルは，小谷白色軽石流から弁利スコリア流（4I-1〜3 ;Kaneko et al., 2007）までとされ，後半は鳥栖オレンジ軽石 流 か ら 九 ノ 峰 ス コ リ ア 流（4II-1〜3 ; Kaneko et al.,2007）までと考えられている．このような 2 回のサイクに分布する弁利スコリア流堆積物（Watanabe, 1978）に相ルの中で，弁利サブユニットは 1 回目の噴火サイクルの当すると考えられる．実際にはスコリアのみならず軽石中の後半の時期の噴火堆積物に相当し，マグマ供給系，も含むため，ここでは Watanabe (1978) の区分を踏襲し，あるいはマグマ溜り深部の苦鉄質マグマが噴火できる状“弁利サブユニット” と呼ぶことにする．この弁利サブ況であったものと推測される．

ユニットは，上述の Kaneko et al. (2007) の区分の 4I-3 に相当すると考えられる．Watanabe (1978) では，弁利サブ

3．弁利サブユニットの層序記載

ユニットはカルデラ壁北西側の弁利地域にのみ露出し，3-1

スコリアと灰色軽石，縞状軽石，石質岩片を含むスコリ

本研究の調査地域は，熊本県菊池市弁利である（Fig.

ア流堆積物であると報告されている．その報告の中で，

1）．この地域の露頭を調査し，その結果を柱状図として弁利スコリア流堆積物（弁利サブユニット）の特徴としFig. 4 に示す（各地点の柱状図と総合柱状図）．確認できて，下部の基質が非溶結状態であり，上部の基質が黒色た弁利サブユニットの厚さは全体で約 23.5 m である．

を呈し，溶結していることや，スコリアの量比が上位に

一部の露頭は切通しとなっており，連続的な観察が可能

向かって増加することが挙げられている．本地域の露頭である（Fig. 5a）．本研究では，Watanabe (1978) において

では，全層で量比は異なるもののスコリアと軽石が共存

単一のスコリアと軽石の混合層として扱われてきた弁利している．本地域の露頭下部における黒色スコリアや縞

スコリア流堆積物（弁利サブユニット）を，噴出物の特状軽石の存在は，
弁利スコリア流堆積物（弁利サブユニッ

徴やその上下変化をより詳しく判別する目的で，含有すト）の下位の用木灰色軽石流堆積物にも見られる特徴でる岩石種やその量比，大きさ（形状および摩耗度），基質あるが，露頭上部のスコリア優勢ユニットと明瞭な境界の色や種類を基に，下位よりさらに 7 つのユニット（Unitが認められず漸移的な堆積物と認識されるため，弁利サ

1〜7）に新たに区分した．各ユニットの詳細な岩相を下

ブユニットの一部（下部）と判断した．また，本地域で

記に示す．

露頭記載

確認された露頭の最上部には，軽石が含まれる層が存在

Unit 1（軽石-縞状軽石ユニット）は，層厚 2〜3 m で非するが，上位の鳥栖オレンジ軽石流堆積物の特徴である

溶結の軽石を主体とした堆積物であり，Loc. 2, 3 で確認

オレンジ色の軽石や火山豆石様の粘土鉱物の集合体

できた（Fig. 5b）．無層理で，含まれる本質物質の淘汰は（Watanabe, 1978）は見られない．従って，本調査地域の悪い．基質は白〜灰色を呈し，粒径 1 mm 以下の自形の堆積物の分布は，Watanabe (1978) の弁利スコリア流堆積

有色鉱物斑晶が含まれている．含まれる軽石は，白〜灰物（あるいはその主要部）に相当すると判断される．以色を呈し，最大長径 10 cm で，円磨されている．この層下，弁利サブユニットとして記載，議論する．

の下部に縞状軽石を含むことが，Unit 1 の特徴である．

阿蘇火山北西部に分布する Aso-4 火砕流堆積物，弁利サブユニットの層序と岩石学的特徴

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Fig. 4. Columnar sections of the Benri subunit (Aso-4 pyroclastic flow) indicating lithologicalcharacteristics of the seven units (Units 1-7). Simplified integrative section is in the left.

その最大長径は 15 cm 前後で，白〜灰色軽石と比較してUnit 1 はこの地域で確認できる弁利サブユニットの最下大きい．暗灰〜黒色部と灰〜白色部を何層にも包み込む部に位置すると考えられるが，その下位の地層はここで形状や帯状に白色部と黒色部が接する形状の縞状軽石がは確認されない．また，火砕流堆積物の本体部に比べて確認できた（Fig. 5c）．ごく少量ではあるが，粒径 0.5〜

細粒な基質で構成される基底細粒層（Layer 2 a ; Sparks et

1 cm の発泡が悪いスコリアや粒径 0.5〜2 cm の安山岩質

al., 1973）の特徴も見られない．

角礫も含まれる．この特徴は，弁利層の下位の火砕流堆

Unit 2（軽石-スコリアユニット）は，層厚約 1 m で，非積物とされている用木灰色軽石流（Watanabe, 1978）とは溶結の軽石，スコリアを含む堆積物である（Loc. 2）．基

異なる．含まれる本質岩片および角礫の量比は多いもの

質は，灰〜暗灰色を呈し，若干風化している．含まれるから，軽石，縞状軽石，スコリア，安山岩質角礫である．

岩石種（粒径 1 cm 以上）は，多いものから軽石，スコリ層の上部にかけて，軽石の量比の減少が見られる．また，ア，安山岩質角礫である．軽石は白〜灰色を呈し，最大

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Fig. 5. Photographs of the Benri deposits (Aso-4 pyroclastic flow). (a) Outcrop of the scoria-rich deposits (Loc. 1, Units
4-6). White broken lines show unit boundaries between Unit 4-6. Black arrows indicate fragments of scoria within the
pyroclastic matrix. (b) Unit 1 (Pumice and banded pumice unit). The arrow indicates the pumice fragment. (c) Banded
pumice included in Unit 1. (d) Unit 4 (Scoria-rich unit). The arrow shows sub-rounded scoria. (e) Unit 5 (Lithic
fragment concentrated unit). Small fragments of andesite (sub-rounded in shape) are concentrated.

阿蘇火山北西部に分布する Aso-4 火砕流堆積物，弁利サブユニットの層序と岩石学的特徴
長形は 6 cm と Unit 1 の軽石より小さく，量も少ない．

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少量含む．

また球状〜亜円礫状の形態を示す．スコリアは最大長径Unit 7（スコリア-軽石ユニット）は，Unit 6 の上位に整6 cm のものが少量含まれるが，多くは 2 cm 以下で角礫合的に重なり，層厚が約 2 m の弱溶結の堆積物である．

〜亜角礫状である．また安山岩質角礫は，1〜2 cm の大Unit 4 や 6 と異なりスコリアと安山岩質角礫に加え，軽きさである．

石を多く含む．粒径（楕円形の場合は長径）はスコリア

Unit 3（スコリア-石質岩片ユニット）は，層厚 1.5〜

が最大 10 cm，角礫が 1〜4 cm，軽石が約 2〜4 cm である．

2 m の非溶結の堆積物である（Loc. 2 で確認）．Unit 2 と3-2の境界は漸移的であるが，軽石よりもスコリアと安山岩調査を行った地域の弁利層の各ユニットに含まれる本質角礫を多く含むといった特徴がある．スコリアと角礫質物質であるスコリア，軽石，縞状軽石の斑晶鉱物の量の最大長径は 6 cm 程度で，多くは 1〜3 cm で淘汰は悪比および組織の特徴について Table 1 に示した．また，い．軽石は少量含まれ，多くは 1 cm 以下である．また

Aso-4 最初期の噴出物である小谷軽石流堆積物の軽石に上部に向かいスコリアの量比や大きさが増加する傾向がついても比較のために検討を行った．

ある（Fig. 4）．
Unit 4（スコリア濃集ユニット）は，層厚約 8 m のスコ

主要構成物の岩石記載

全 体 的 な 特 徴 と し て，ス コ リ ア は 全 斑 晶 量 が 多 く（10〜32 vol.%），軽石では少ない（2〜10 vol.%）．この違リアを主体とした堆積物である（Fig. 5d）．このユニッいは縞状軽石の黒灰色部（スコリア部）および灰白色部

トは，Loc. 1, 2 で確認された層である．Unit 3 の層序で（軽石部）でも同様であるが，これらの斑晶量比の違いはは，下位から上位に向かってスコリアの量と大きさが増

各ユニット内でもばらつきが大きいことが特徴である．

加し，軽石の量が減少する傾向が認められるため（Fig.

まず，スコリア，軽石，縞状軽石の顕微鏡下での共通的

4），Unit 3-4 間の境界は必ずしも明瞭ではないが，スコな特徴をまとめて記述する．

リア，軽石の存在量および溶結の程度で区分した．Unit

スコリアは，いずれのユニットでも粒径は異なるが黒1, 2 と比較し，弱溶結の黒色〜黒灰色の基質を有する点色を呈し，多くは円磨されている．主要斑晶鉱物としてが Unit 3 と異なっている．含まれるスコリアは粒径約

斜長石（0.1〜2.5 mm），角閃石（0.2〜3.0 mm），単斜輝石

5〜10 cm，淘汰は悪く，多くはよく円磨されている．粒（0.2〜1.0 mm），斜方輝石（0.2〜1.0 mm），鉄チタン酸化径 3〜5 cm 程の安山岩質角礫を Unit 1〜3 に比べ多く含物（0.1〜1.5 mm），カンラン石（0.1〜0.4 mm）を含んでいむ．また，Unit 4 下部に Unit 1 と同様な縞状軽石（最大る（Figs. 6 a, 6b）．斜長石は累帯構造（正累帯，逆累帯，波長径 18 cm）を含んでいる．この点は，Loc. 1, 2 で類似し動累帯）や汚濁帯を含んでいることがある．斑晶の量比ている．また，軽石はごく少量含み，多くは 5 mm 以下

で斜長石の次に多い角閃石の多くは，自形で他の斑晶鉱

で円形であり，多くの場合変質している．

物に比べ粒径が大きく，累帯構造は一般に示さない．斜Unit 5（石質岩片濃集層）は Unit 4 と 6 の間にレンズ状

方輝石や単斜輝石は半自形〜自形を示すが，それらの一に狭在する（Loc. 1 ; Fig. 5e）．ただし，Loc. 2 では露頭で部は融食されており，丸みを帯びている．これらの両輝はその存在は見られなかった．Loc. 1 では，層厚 20〜石では，累帯構造が見られない清澄な結晶と逆累帯構造

60 cm で水平方向に分布している．上下のユニットとのが認められる結晶が含まれている．カンラン石は，含有境界は必ずしも明瞭ではないが，高密度に堆積した粒径量は少ないが，融食形を示すことが多い．斜長石や鉄チ

3〜5 cm の安山岩質角礫や少量の変質火山岩で構成されタン酸化物，単斜輝石を含む集斑状組織も確認された．

て い る．ま た，そ れ ら の 特 徴 は 火 砕 流 の ground layer

一方，軽石は灰〜白色で円磨されている．斑晶鉱物は（Walker et al., 1981）あるいは基底細粒層（Sparks et al.,スコリアと類似し，斜長石（0.2〜1.6 mm），角閃石（0.5〜

1973）の特徴とは異なっている．また上下のユニットに

1.9 mm），斜方輝石（0.3〜0.6 mm），単斜輝石（0.2〜1.1 mm），

噴出物の著しい差異が見られないが，この石質岩片濃集

鉄チタン酸化物（0.1〜0.8 mm），カンラン石（0.1〜0.4 mm）

層は，Loc. 1 の露頭では断続的ではあるが横方向に連続であった（Figs. 6c, 6d）．累帯構造や汚濁帯を持つ斜長石するため，ユニットとして区分した．

が同様に観察された．軽石は基質ガラスの組織や鉱物のUnit 6（スコリア濃集ユニット）は，層厚が約 5 m の弱形態から考えると，2 種類に分けられる．基質が繊維状

溶結のスコリアを主体とした堆積物である．岩質や量のガラスで構成される場合と，そうでない場合があるこ比，基質は Unit 4 のそれらとほぼ同様であるが，縞状軽とが分かった（Figs. 6c, 6d）．

石を含まないという特徴がある．含まれるスコリアの最縞状軽石は，累帯状または帯状に黒〜褐色部（スコリ

大長径は約 15 cm である．粒径 3〜5 cm の安山岩質角礫ア部）と白色部（軽石部）に分かれている（Figs. 5c, 6e,を Unit 4 同様に少量含む．また 1 cm 以下の軽石をごく

6f）．主 要 な 斑 晶 鉱 物 は 他 の 本 質 物 質 同 様，斜 長 石

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Table 1. Petrographic summary of representative phenocryst minerals in the Benri subunit and Oyatsu
pumice flow deposit of Aso-4 pyroclastic flow deposits.

（0.2〜1.8 mm），角閃石（0.2〜2.0 mm），斜方輝石（0.3〜

ンラン石が含まれる点が異なっている．これらの縞状軽0.7 mm），単斜輝石（0.2〜0.4 mm）であり，カンラン石

石の特徴は，それぞれが含まれるユニットの軽石，スコ（1.0 mm）をごく少量含んでいる．スコリア部と軽石部

リアの特徴と類似する．また，Unit 2 と Unit 3 の軽石のでの斑晶の大きさに違いは認められない．斑晶量はスコ

特徴は，わずかな斑晶量の違いもあるが，基質が繊維状

リア部で 10〜20 vol.%, 軽石部で 3〜10 vol.% 程度であっガラス質ではない点と斜長石斑晶に汚濁帯が顕著に認めた．汚濁帯を持つ斜長石も同様に含んでいる．

られる点が類似している．一方スコリアでは，鉱物の組

いずれのユニットにも含まれる変質の少ない安山岩質

織等は類似しているが，単斜輝石の量比が他のユニット

角礫は，斑晶鉱物として斜長石（0.1〜2.4 mm）を主に含のスコリアと比較し Unit 2 でやや低い点が異なっていみ，普通角閃石（0.1〜1.6 mm），単斜輝石（0.3〜0.6 mm），

る．また，Unit 2 と Unit 3 では，カンラン石の有無（Unit

斜方輝石（0.1〜0.4 mm），鉄チタン酸化物（0.1〜0.4 mm）

2 の軽石，Unit 3 のスコリアに少量含まれる）に違いがあを少量含む．石基として針状の斜長石（0.02〜0.05 mm）

る．Unit 3 は，基質の色調，スコリアの大きさに違いはを多量に含む岩片も一部確認できた．

あるものの，Unit 4 と Unit 6 のスコリアと類似した鉱物

次に各ユニットにおける構成鉱物の特徴をまとめる

組み合わせおよび量比を示している．これらの Unit 3, 4,（Table 1）．Unit 1 は，軽石が多く，スコリアがごく少量

6 は，斜長石の量比が各ユニット内のスコリアでも異な含まれる．軽石の顕微鏡下での特徴は，カンラン石を微るが，含有鉱物の組織やカンラン石を微量に含む点が共量に含む点が異なるが，斑晶の量比や組み合わせ，およ

通している．Unit 4 と Unit 6 のスコリアは，斑晶の量比

び組織（汚濁帯を示す斜長石が少ない）等が Unit 7 の軽におけるばらつきはあり，斜方輝石の量比が他のユニッ石の特徴に類似している．また，基質が繊維状ガラス質

トのスコリアに比べ低いが，それ以外は共通した特徴をである点も共通している．スコリアに関するこれらの両示している．Unit 7 のスコリアの鉱物組み合わせと量比ユニットでの比較は，Unit 1 のスコリアが微細で一部変は Unit 3 などに近いが，カンラン石を含まない点が異質を受けているため行っていない．Unit 1 の最下部に含なっている．Unit 7 の軽石は，上述のように Unit 1 の軽まれる縞状軽石は，鉱物組み合わせ等は Unit 4 の下部に石と類似している（Table 1）．

見られるものと類似しているが，Unit 1 の軽石には，斜また弁利層以外の堆積物として，Aso-4 火砕流噴火の長石の汚濁帯が少なく，Unit 4 のスコリアには微量のカ

最初期の堆積物である小谷白色軽石流の軽石の顕微鏡観阿蘇火山北西部に分布する Aso-4 火砕流堆積物，弁利サブユニットの層序と岩石学的特徴

437

Fig. 6. Photomicrographs of juvenile fragments in the Benri subunit (Aso-4 pyroclastic flow). (a)Scoria from Unit 4. (b) Scoria from Unit 6. (c) Pumice from Unit 7. (d) Pumice from Unit 2. (e)Banded pumice (scoria part) from Unit 1. (f) Banded pumice (pumice part) from Unit 4.
Abbreviations : pl, plagioclase ; hbl, hornblende ; cpx, clinopyroxene ; opx, orthopyroxene ; Fe-Ti,
Fe-Ti oxide.
察も比較のために行った．小谷白色軽石は，弁利層の軽岩化学組成は，北九州市立自然史・歴史博物館の蛍光 X石と同様に斑晶として斜長石（0.4〜2.0 mm），角閃石線分析装置（PANalytical 製 MagiX PRO）を使用して分析（0.3〜1.2 mm），単斜輝石（0.2〜0.3 mm），斜方輝石（0.2〜

した．分析手順は，Mori and Mashima (2005) に従った．

0.4 mm），鉄チタン酸化物（0.1〜0.35 mm）を含む．斑晶

弁利層の Unit 4 のスコリアと Unit 1 の軽石の 2 試料に

量は 2〜4 vol.% であり Unit 1 や 7 の軽石と似た特徴をついては，筑波大学の表面電離型質量分析計（Finnigan示す（Table 1）．

MAT262）により Sr 同位体比を測定した．試料の調整および分析方法は，Arakawa et al. (1998) に従った．Sr 同

4．化学分析手法

位体比はいずれも86Sr/88Sr=0.1194 で規格化した．試料

鉱物化学組成および全岩化学組成分析に用いた試料と同時に測定した標準試料 NIST 987 の Sr 同位体比は，は，Unit 1〜7 に含まれる代表的なスコリア，軽石，縞状0.710250±0.000016（2σ ; n=4）であった．

軽石である．また比較のために，小谷白色軽石流堆積物（Watanabe, 1978）と阿蘇カルデラ東側の竹田地域に露出

5．分析結果する阿蘇-4 A 堆積物（小野・他，
1977）中の軽石も試料と5-1して一部使用した．

鉱物化学組成の特徴

次に各ユニットに含まれる本質物質（スコリア，軽石，

鉱物化学組成分析には，筑波大学研究基盤総合セン

縞状軽石）の斑晶鉱物の化学組成の特徴について述べる．

ター分析部門の波長分散型電子プローブマイクロアナラ

斑晶鉱物（斜長石，単斜輝石，斜方輝石，角閃石，カンラン

イザー（JEOL 製 JXA-8530F）を使用した．加速電圧 15 kV，石，鉄チタン酸化物）の代表的な化学組成を Table 2〜4照射電流 10 nA で分析を行った．これらの岩石試料の全に示す．Unit 1 を除く全てのユニット中のスコリアが含

438

関

琢磨・荒川洋二・新村太郎・大鹿淳也・森

康・池端

慶

Fig. 7. Histograms of the anorthite content (100×Ca/(Ca+Na) ; mol.%) of plagioclase phenocrysts
included in scoria, pumice, and banded pumice clasts in the Benri subunit (Aso-4 pyroclastic flow).
(a) Plagioclase phenocrysts in Benri scoria. (b) Plagioclase phenocrysts in Benri banded pumice. B,
scoria part in banded pumice ; W, pumice part in banded pumice. (c) Plagioclase phenocrysts in
Benri pumice. (d) Plagioclase phenocrysts in Oyatsu white pumice for comparison.
有する斜長石は，コアが An（=100×Ca/（Ca+Na））
40〜92，

持つ．Unit 6 はコアが An41〜92，リムが An45〜90 である．

リムが An44〜90 と広い組成幅を示す（Fig. 7）．いずれのUnit 7 はコアが An51〜88，リムが An45〜90 である．Unit 4

ユニットにも正累帯構造と逆累帯構造を持つ斜長石斑晶

を除き，いずれのユニットのスコリアも An40〜90 の広いがあり，コア An59 リム An79 のように大きな組成幅を持

組成幅を持つことが確認された．

つ斑晶も少量存在する．各ユニットのスコリアに含まれ縞状軽石内の斜長石は，黒〜褐色部と白色部に分けてる 斜 長 石 の An 値 を 以 下 に 示 す．Unit 2 は コ ア が分析を行った（Fig. 7）．Unit 1 は，白色部でコア，リムとAn50〜90，リ ム が An56〜89 で あ る．Unit 3 は コ ア がもに An39〜89 と幅が広い組成を示し，黒〜褐色部がわず

An40〜92，リ ム が An44〜90 で あ る．Unit 4 は コ ア がかに狭い組成幅（An53〜90）を示す（Fig. 7）．これらは，

An42〜59，リムが An46〜60 に集中し，An55〜60 にピークを

Unit 2 のスコリアの組成分布に近い．一方，Unit 4 は黒

阿蘇火山北西部に分布する Aso-4 火砕流堆積物，弁利サブユニットの層序と岩石学的特徴

439

Table 2. Representative chemical compositions of plagioclase phenocrysts in the Benri subunit andOyatsu pumice flow deposit of Aso-4 pyroclastic flow deposits.

Table 2.

(continued)〜褐色部と白色部でコアが An34〜93，リムが An30〜91 のブユニット内の各ユニットの軽石，スコリアの斜長石の範囲に入り，全体としては類似の組成分布を示すが，白An 値の特徴を明確にした点は，本研究の新しい知見で色部の組成が低い An 組成（An40〜55）に集中が見られる．

ある．

これらの組成分布は Unit 3，6 のスコリアで見られた特徴と一致する．

単斜輝石，斜方輝石については，斜長石で区別したよ
うな各ユニットで分析，比較を行ったが，明瞭な差異が軽 石 に 含 ま れ る 斜 長 石 も コ ア が An32〜92，リ ム が認められなかったため，スコリア，軽石，縞状軽石の黒An29〜90 と広い組成幅を示す（Fig. 7）．各ユニットの斜〜褐色部と白色部で区分し，図に示した（Fig. 8）．単斜長石の組成は，スコリアや縞状軽石と同様に組成幅の広輝石は，スコリアおよび軽石において，コアとリム共にい Unit 2（コア : An40〜90，リム : An40〜90）と Unit 3（コ=78〜81 であり，弱い逆組
Mg#（100×Mg/（Mg+Fe2+））

ア : An41〜92，リム : An35〜85），および低い An 値に集中す

成 累 帯 が 見 ら れ る こ と も あ る．そ の 化 学 組 成 は Fe-

る Unit 1（コア : An32〜58，リム : An34〜46）と Unit 7（コMg-Ca（mol. %）三角図上で主にオージャイト領域にプ

ア : An34〜86，リム : An29〜60）の 2 種類に分けられる．比

ロットされ，いずれも組成幅は狭いが，わずかにスコリ

較のために分析した小谷白色軽石流の軽石内の斜長石

アで Mg# が高い傾向が認められた（Fig. 8）．斜方輝石はは，コアが An41〜53，リムが An35〜50 と低い An 値に集中

コアが Mg#=74〜77，リムが Mg#=75〜78 であり，組し（Fig. 7），Unit 1 と 7 に化学組成の特徴が類似している．

成幅は狭いが正累帯と逆累帯構造をわずかに確認でき

このようにスコリアや軽石に見られる幅の広い斜長石

た．化学組成は，Fe-Mg-Ca（mol. %）三角図上でクリノの An 値は，Watanabe (1979) や Kaneko et al. (2007) でも

エンスタタイトの領域にプロットされ，いずれも組成幅報告されており，全体的には類似する．しかし，弁利サ

は狭い（Fig. 8）．

440

関

琢磨・荒川洋二・新村太郎・大鹿淳也・森

康・池端

慶

Table 3. Representative chemical compositions of clinopyroxene and orthopyroxene phenocrysts in the
Benri subunit and Oyatsu pumice flow deposit of Aso-4 pyroclastic flow deposits.

Fig. 8. Chemical compositions of clinopyroxene andorthopyroxene phenocrysts in the Benri subunit andOyatsu pumice flow deposit (Aso-4 pyroclastic flow).
Figure is from Deer et al. (1997). B, scoria part inbanded pumice ; W, pumice part in banded pumice ; di,diopside ; clinoen, clinoenstatite.

Fig. 9. Chemical compositions of hornblende phenocrysts
in the Benri subunit and Oyatsu pumice flow deposit(Aso-4 pyroclastic flow). Figure is from Deer et al.
(1997). B, scoria part in banded pumice ; W, pumicepart in banded pumice. H, hornblende ; P, pargasite.

5-2角閃石の Mg# は 70〜73 に集中し，弁利層中のスコリ

全岩化学組成全岩化学組成分析によって得られたスコリア，軽石，

アおよび軽石で，いずれも大きな組成幅および違いは認

縞状軽石の代表的な主要・微量元素組成の結果を Table

められなかった（Fig. 9）．スコリアに含まれる角閃石は，5，および Figs. 10, 11 に示す．SiO2 含有量はスコリアが軽石に含まれているものよりも AlIV をわずかに多く含

52〜57 wt.% で玄武岩質安山岩組成，軽石が 65〜68 wt.%

む特徴が見られた．縞状軽石の黒〜褐色部と白色部につでデイサイト組成である．縞状軽石は黒色部が 56〜57

いても区別してプロットしたが，前者がスコリアに，まwt.% で玄武岩質安山岩〜安山岩組成，白色部が 59〜64

た後者が軽石組成に近いことがわかる．多くの角閃石がwt.% で安山岩〜デイサイト組成であり，スコリアと軽パーガス角閃石系列にあたるが，いずれも広義の普通角石の中間的な組成を示した．分析したスコリア，軽石の閃石の組成領域にプロットされる（Fig. 9）．

主要元素組成は，Fig. 10 に見られるように，SiO2 に対しカンラン石の化学組成は Fo74〜76 であり，いずれも組て多くの元素で直線的なデータ列を示す．また，微量元

成は均質に近い（Table. 4）．このように両輝石，角閃石，素組成も弁利層のスコリア，軽石，縞状軽石では，Rb，

カンラン石は，Mg# や化学組成のばらつきは顕著には見

Zr，Sr，Ba, Y, V についても，ばらつきの少ない直線的なられず，岩石種やユニットによる化学組成の明瞭な違い関係が認められた（Fig. 11）．Al2O3, Na2O, Nb については確認されなかった．

は，他の元素と比較してわずかなデータの分散は見られるが，全体的には直線的なデータ分布と読み取ることが阿蘇火山北西部に分布する Aso-4 火砕流堆積物，弁利サブユニットの層序と岩石学的特徴
Table 4. Representative chemical compositions of hornblende, olivine and Fe-Ti oxide phenocrysts in
the Benri subunit and Oyatsu pumice flow deposit of Aso-4 pyroclastic flow deposits.

Fig. 10. Major elements (TiO2, Al2O3, Fe2O3, MgO, CaO, Na2O and K2O) vs. SiO2 diagrams of scoria,
pumice and banded pumice from the Benri subunit (Aso-4 pyroclastic flow). Data of Oyatsu andAso-4 A pumice flow deposits (this study), and Kunomine scoria flow deposits (Kaneko et al., 2007)
are plotted for comparison. The black star and open cross symbols indicate assumed mafic and felsic
end-members, respectively.

441

442

関

琢磨・荒川洋二・新村太郎・大鹿淳也・森

康・池端

慶

Fig. 11. Trace elements (Rb, Sr, Ba, Zr, Nb, Y and V) vs. SiO2 diagrams of scoria, pumice and banded
pumice of the Benri subunit (Aso-4 pyroclastic flow). Data of Oyatsu, Aso-4 A pumice flow
deposits (this study), and Kunomine scoria flow deposits (Kaneko et al., 2007) are plotted forcomparison. The black star and open cross symbols indicate assumed mafic and felsic endmembers, respectively.

できる（Figs. 10，11）．また，比較のために測定した Aso-4

利サブユニットの主要元素組成では，TiO2，Al2O3，Fe2O3，

火砕流最初期の噴出物である小谷白色軽石と阿蘇-4 A

MgO，K2O は弁利サブユニットとの噴出物で示される直火砕流の軽石の SiO2 含有量は 69 wt.% であり，Aso-4 の線の延長部に相当するが，他の元素（CaO，Na2O）につい

第 2 噴火サイクルで噴火した九ノ峰スコリア（4II-3）ては直線的関係から外れた組成を示した．また，微量元（Watanabe, 1979 ; Kaneko et al., 2007）は 49〜52 wt.% であ

素組成でも同様に直線的な分布を示すこと，および九ノる（Figs. 10, 11 では久ノ峰スコリアの最も苦鉄質組成の峰スコリアがその直線の延長部から外れた分布を示すこ

値を引用）．弁利サブユニットの軽石と比較すると，小谷とが確認された（Fig. 11）．

白色軽石の SiO2 含有量はわずかに高いが，主要元素，微また，N-MORB 組成（Sun and McDonough, 1989）で規

量元素ともに弁利サブユニットの噴出物と多くの元素で格化した微量元素パターン（Fig. 12）は，基本的には LIL

直線的な関係が認められる．一方，九ノ峰スコリアは弁元素（Rb〜K）に富み，HFS 元素（Nb〜Y）に乏しいパ

阿蘇火山北西部に分布する Aso-4 火砕流堆積物，弁利サブユニットの層序と岩石学的特徴

443

Table 5. Whole-rock chemical compositions of scoria, pumice and banded pumice in the Benri subunit,
and Oyatsu and Aso-4 A pumice deposits.

5-3

Sr 同位体比弁利サブユニットの代表的な Unit 4 のスコリアとUnit 1 の軽石の 2 試料について，Sr 同位体比を分析した．
スコリアの 87Sr/86Sr は 0.704067±0.000008（2σ m），軽石
は 0.704075±0.000010（2σ m）であった．これらの値は，化学処理等を加えた分析ルーティーンにおける分析誤差（±0.000025）の範囲内に入る．これらの値は，Hunter(1998) が報告した Aso-4 火砕流の値（0.70402〜0.70409）
や新村・荒川 (2007) が報告したカルデラ形成期の火砕流堆積物の値（0.7040〜0.7041）のデータ範囲内に入り，それらと比較して大きな差異はなかった．
6．議Fig. 12. Trace elements variation patterns of the Benrisubunit (Aso-4 pyroclastic flow). Data of the Oyatsu
and Aso-4 A pumice flow deposits (this study), andKunomine scoria flow deposits (Kaneko et al., 2007)
are shown for comparison. All data are normalized to
the N-MORB values of Sun and McDonough (1989).

6-1

論
弁利サブユニットのスコリア・軽石混在層の層序の特徴

本論の弁利サブユニットは，スコリア，軽石，安山岩
質岩片の量比や大きさなどがユニットごとに異なるものの，全体的にそれらが共通して含まれ，限られた層準に縞状軽石が存在するという特徴を持っている．本研究では，それらに加え，基質の特徴なども考慮し，7 つのユターンを示し，これらは島弧火山の特徴と一致する．こニットに区分した．今回の調査・観察結果からは，Unit 1の元素パターンを比較すると，軽石とスコリアには明確から Unit 7 にかけて，本質物質として，軽石主体からスに差異があることがわかる．また，軽石はスコリアと比コリア主体となり，その後再度軽石の増加が生じたこと，

較して Rb，Ba，K，Nb，Zr に富んでいる．スコリアはまた各ユニットの噴出物の特徴が変化していったことも

Rb，Ba において組成幅が大きく，苦鉄質マグマの組成明らかになった（Fig. 4）．これらの各ユニットの特徴は，の不均一性が見られる．また，主要・微量元素組成と同マグマ溜りからの珪長質および苦鉄質マグマの供給量比

様に，小谷白色軽石と阿蘇-4 A 火砕流の軽石，九ノ峰スの違いや，それらの火砕流発生・流送時における混合，

コリアの微量元素組成を比較のために示したが，両者の摩耗の違いなど，さらには噴火時の火道等を構成していパターンは，Zr を除き弁利層のデータ分布を挟む形態をた火山岩（安山岩質角礫）の混合などの違いも示してい

示す．

る．

444

関

琢磨・荒川洋二・新村太郎・大鹿淳也・森Unit 1 と Unit 4 の下部における縞状軽石の存在は，弁利サブユニットの特徴の一つである．縞状軽石は，一般

康・池端

慶

ば，Eichelberger, 1975 ; 小屋口，1986 ; Bloomfield and Arculus,
1989 ; Ishizaki, 2007）．

的には苦鉄質マグマと珪長質マグマとの火道域での混合

弁利サブユニットのスコリアについては，顕微鏡観察

により形成された噴出物である．その成因は，珪長質マの結果から，斑晶，石基鉱物組み合わせがいずれのユニッ

グマと苦鉄質マグマが同時に上昇し，火道や地下浅部でトのものもほぼ類似するが，多くのユニットから汚濁帯

不均質に混合（機械的混合）することで形成されたと考や逆累帯構造を持つ斜長石斑晶や融食された斑晶鉱物がえられており（例えば，岩永，1968 ; 小屋口，1986 ; 安井，

確認され，それらの結果はマグマ混合の影響を強く受け1994），弁利層の縞状軽石も同様な過程を経て形成されていたことを示唆している．斜長石斑晶の An 値の分析たと推定される．

結果は，いずれも An40〜92 の広い組成幅を示し，バイモー

また安山岩質角礫は，Unit 1〜7 までのすべてのユニッダルの分布を示す場合が多い（Fig. 7）．全岩化学組成分トに含まれるが，その主要鉱物組み合わせで，斜長石，

析の結果，スコリアの組成は玄武岩質安山岩組成〜安山

単斜輝石，斜方輝石に加え，普通角閃石を含有するとい岩組成（52〜57 wt.%）であり，軽石と比較して組成幅がう特徴が見出された．角閃石の含有は，Aso-4 火砕流堆

広い（Figs. 10, 11）．これらの弁利サブユニットのスコリ

積物の全体的な特徴である（例えば，Kaneko et al., 2007 ;アの化学組成は，後述の軽石の組成とハーカー図におい三好・他，2009）．一方，先阿蘇火山岩類（先カルデラ火て直線的な相関関係が認められる．化学組成図における

山岩類）（三好・他，
2009）や，カルデラ形成期以降の溶これらの直線的なデータ配列も二つの端成分組成を持つ岩（本塚溶岩 ; 小野・渡辺，1985）や降下軽石層（宮縁・マグマの混合の可能性を強く示している．また，弁利サ

他，2003）などには稀に，角閃石が確認されている．まブユニット以後に噴出した Aso-4 火砕流最後の苦鉄質噴

た，Unit 5 の石質岩片濃集層（安山岩質角礫）は，上下の出物である九ノ峰スコリアは，玄武岩質組成（49〜52 wt.

層の関係からは火砕流の基底礫（ground layer）ではなく，%）であり，斜長石の An 値の組成幅も広い（Kaneko et

マグマの上昇時の一時的な火道の拡大，あるいは火砕流

al., 2007）結果が得られている．九ノ峰スコリアの中のの中での部分的な濃集によるものと推測される．上野

最も苦鉄質な岩石は，主要元素組成と微量元素組成につ(2007) は，姶良カルデラ形成時に噴出した入戸火砕流堆

いては，弁利サブユニットの噴出物と直線的な関係を示

積物中の石質岩片濃集層を詳しく記載した．その論文でさないものが多い．このことから，九ノ峰スコリアのマ

は，レンズ状〜層状の石質岩片の濃集層が火砕流堆積物

グマは弁利サブユニットのマグマとは実質的には異なの基底部だけでなく，上位あるいは堆積物中央部にも多り，弁利サブユニットの苦鉄質端成分マグマは異なったく確認され，それらは火道の拡大によって生じた火砕流

化学組成を持っていた可能性が高い（Figs. 10, 11）．弁利に含まれる石質岩片の濃度や流れの速度の時間変化と累

サブユニットのスコリアの端成分マグマは主要・微量元

積型の堆積（Branney and Kokelaar, 1992）で説明できると素組成の直線関係の延長上に位置する化学組成を持つと結論づけている．本論の Unit 5 の石質岩片層も類似の過推測される（Figs. 10, 11 のハーカー図に黒星印で示し

程での形成が推定される．

た）．

6-2

弁利サブユニットのスコリア，軽石，縞状軽石の起源マグマの推定

一方，軽石の全岩化学組成分析の結果は，いずれもデイサイト組成を示す（Table 5）．この組成は，Aso-4 火砕

まず，弁利サブユニットに見られる本質物質（スコリ流最初期の噴出物である小谷白色軽石や阿蘇-4 A 軽石

ア，軽石，縞状軽石）の顕微鏡観察結果，岩石学的，化学に近いが，それらよりもわずかに SiO2 含有量が低い．

的データを基に，それらのマグマの特徴と形成プロセス

顕微鏡観察と斜長石の An 値の分析結果より，弁利サブの推定を試みる．

ユニットの軽石は Unit 1 と 7，Unit 2 と 3 の 2 種類に分

一般に，火砕流に含まれる異なった組成を持つ本質物

けられる．An30〜50 の低い An 値に集中し（Fig. 7），斑晶

質を形成したマグマの形成過程として，地下に存在する

量の少ない Unit 1 と 7 の軽石は，最も珪長質な小谷白色

珪長質，苦鉄質のそれぞれ異なったマグマからの機械的軽石に類似している．しかし，主要元素組成や微量元素

な混合，あるいは層状マグマ溜り（マグマ混合等を経験

パターンを比較すると，小谷白色軽石とは起源マグマのした組成勾配をもつ）からの噴出過程に伴った混合があ

化学組成がわずかに異なる（Figs. 10〜12）．Unit 2 とる．マグマ混合とは，地下において異なった組成のマグ3 の軽石は，スコリアや縞状軽石と同様に An 値の広い

マが混合するプロセスのことで，成層マグマ溜まりを組成幅（Fig. 7）や汚濁帯や逆累帯構造を持つ斑晶が存作ってその境界域で混合する場合や，異なった場所にあ在することから，マグマ混合の影響が推測される．しかる組成の異なるマグマが混合する場合などがある（例えし，主 要・微 量 元 素 組 成 や 微 量 元 素 の ス パ イ ダ ー 図阿蘇火山北西部に分布する Aso-4 火砕流堆積物，弁利サブユニットの層序と岩石学的特徴

445（Figs. 10〜12）からは，Unit 1 や 7 の軽石の組成と大きな差異は見られない．このことから，Unit 2 と 3 の軽石の元となるマグマが受けた混合作用は，マグマの化学組成が大きく変化するような混合作用ではなかった（あるいはその作用が全岩試料としては確認できない程度の混合）と考えられる．また，このマグマ混合は地下のマグ
マ溜りで既に生じており，弁利サブユニット噴出時にその混合したマグマが噴出した可能性が高い．本論で示した化学組成データの直線の延長に小谷白色軽石と阿蘇4A 軽石が存在することが多いが，一部の元素で直線からわずかに外れた値を示す（例えば, Al2 O3, CaO, Nb ;Figs. 10, 11）．その直線分布を考慮し，珪長質端成分マグマの推定も行った（Figs. 10, 11 の白色クロス印）．
縞状軽石は，全岩化学組成の結果から，安山岩およびデイサイト組成であり，軽石とスコリアの中間的な組成

Fig. 13. An assumed magma chamber model for the Benrisubunit (Aso-4 pyroclastic flow), and the corresponding vertical profile of whole rock composition (SiO2
wt.%) of the Benri subunit (not to the scale). M0, M1
magma, mafic magma ; F0, F1 magma, felsic magma ;up, upper part ; mid, middle part ; low, lower part. The
SiO2 contents in the profile are rough estimate.

を示す．このことは，縞状軽石を形成したマグマは，ス
コリアや軽石を形成したマグマとは化学組成がわずかに異なることを示す．縞状軽石のスコリア部および軽石部

グマの混合を受け，上下方向に化学組成が異なる（組成を形成したマグマは，苦鉄質―珪長質（成層）マグマの勾配を持つ）マグマ溜まりから噴出したものと推定した

境界域にすでに存在していた可能性がある．

（Fig. 13）．弁利サブユニットの起源となったマグマは，

全岩化学組成の結果からは，弁利サブユニットの噴出

1) スコリアを形成したマグマ（縞状軽石の黒色部を形成物において 59〜63 wt.% の組成（安山岩組成）を持つもしたマグマを上部に含む上下方向に化学組成の違いのあのは見られない．このことは，珪長質マグマと苦鉄質マるマグマ ; M1 マグマ），2) 縞状軽石の白色部，Unit 2 とグマの境界部において組成差が生じていたものであると

3 の軽石を形成したマグマ，および Unit1 と 7 の軽石を考えられる．Aso-4 を含めたカルデラ形成期の噴火噴出，に区分できる．このマグ形成したマグマ（F1 マグマ）物において，安山岩組成の噴出物が稀であることは，マ

マ溜りでは，1)，2) の間に組成のギャップが生じていたグマ溜りにおける組成のギャップが苦鉄質―珪長質マグものと考えられる．また，2) のマグマは 1) のマグマ同マの間に存在していた可能性を示唆している．ただし，

様に上下方向に化学組成の違いを持っていたものと推測

縞状軽石の白色部の 1 試料は SiO2 が 59 % で，苦鉄質マされる．また，最も珪長質な小谷白色軽石（あるいは阿グマに近い組成を示していた．これは機械的な混合をす

蘇-4 A 軽石）の起源マグマを珪長質端成分マグマとしてる場合に生じた不均一性による可能性があり，苦鉄質マ

仮定した場合，それらのマグマはマグマ溜まり最上部にグマ起源の可能性がある．

存在していたものと考えられる（F0 マグマ）．また苦鉄

また，Figs. 10, 11 で示されたスコリア，軽石，縞状軽質端成分マグマ（M0 マグマ）は上記 1) のマグマの下に石のそれぞれの連続的な組成分布，および全体的にスコ位置していたと考えられるが，弁利サブユニット噴出時

リアと軽石の間に挟在する元素分布パターン（Fig. 12,は，そのマグマは噴出していない．

元素スパイダー図）は，上記の二つの端成分マグマの混合で説明がつく．

苦鉄質マグマは，上部マントルで発生したマグマ，あるいはその分化マグマと考えられる．一方，珪長質マグ

弁利サブユニットの噴火・噴出が，別々に存在する異マは，玄武岩質〜安山岩質マグマからの分化したマグマ，なったマグマの機械的混合によるマグマの噴火や，不均あるいは地殻物質の部分溶融により生じた可能性があ一に混合したマグマ溜りに起因するマグマの噴火によりる．本研究で得られた，珪長質マグマと苦鉄質マグマの形成された可能性は完全に否定はできない．しかしながSr 同位体比の一致は，両者の起源物質の同位体的な類似

ら，前項で述べてきた弁利サブユニットの特徴を考慮す性を示している．

ると，連続的（あるいは一部断続的な）な一連の噴火に6-3よって形成された可能性が強いと考えられる．これらをAso-4 火砕流のマグマ溜りの層構造は，小野・渡辺

マグマ溜りとその噴出過程の推定基に，本論では弁利サブユニットの噴出時のマグマは地(1983) や Kaneko et al. (2007) ですでに推定されている．

下のマグマ供給系においてすでに珪長質および苦鉄質マ

Kaneko et al. (2007) では，下位より苦鉄質マグマ（組成

446

関

琢磨・荒川洋二・新村太郎・大鹿淳也・森

康・池端

慶

勾配を持つ），珪長質な混合マグマ（均一組成），珪長質

石基質の特徴などを基に，層序的に Unit 1〜7 の 7 つの端成分マグマの 3 つのマグマが存在する層構造を推定し層に区分した．Unit 1〜3 は非溶結の軽石優勢層（上部にている．本論でのマグマ溜りの推定は上記先行研究と類向かってスコリアの量比が増加），Unit 4, Unit 6 は弱溶結

似する．前項で述べてきた弁利サブユニット層序，鉱物のスコリア優勢層（Unit 5 は狭在する石質岩片濃集層），の化学組成，
全岩の化学組成等を考慮し，弁利サブユニッ

Unit 7 はスコリア̶軽石混合層で，再度軽石の量比も増ト形成時のマグマ溜り（組成的に層構造を示す）を推定加する．スコリア，軽石および Unit 1, Unit 4 の最下部にした（Fig. 13）．噴出時に地下において，苦鉄質端成分の含まれる縞状軽石に含まれる斑晶鉱物は，量比は異なる

M0 マグマ，弁利サブユニットのスコリアを形成したマ

ものの斜長石，単斜輝石，斜方輝石，角閃石，鉄チタン

グマ（組成勾配を持つ）M1（low, up）マグマ，縞状軽石の酸化物，およびカンラン石が含まれる点は共通している．

白色部を形成した F1（low）マグマ，および Unit 2 と 3 の顕微鏡観察結果や特に斜長石の An 組成の特徴から，各F1（mid）マグマ，Unit 1 と 7 の軽石の起源となる F1（up）

ユニットにおけるスコリア，軽石等は多くの場合，マグマグマ，珪長質端成分 F0 マグマの 7 つのマグマが組成

マ混合により形成されたことが示唆された．また全岩化成層構造を成してマグマ溜りを形成していたと考えられ学組成の特徴からも，スコリア，軽石，縞状軽石が直線る．

的にプロットされ，珪長質，苦鉄質の 2 つの端成分をも弁利サブユニットの噴出は，まず少量のスコリアの起つマグマの混合によることが示された．これらの結果を源マグマを伴いながら Unit 1 と 7 の軽石の起源マグマ

考慮すると，スコリア，軽石等の起源マグマは，それぞ（F1（up））が噴出し，その後 Unit 2 と 3 のマグマ（F1（mid））

れ垂直方向に組成勾配をもつ層状マグマ溜まり（苦鉄質が主体となり噴出した．このように噴出物の前半には，-珪長質）から継続的（あるいは一部断続的）に噴火した

デイサイト組成のマグマが中心とした噴出が主体であっこと，およびそれらの層状マグマはすでに混合したマグ

た．その後，Unit 4, 6 で，スコリアを形成したマグマがマであったことが推測された．さらに，この混合マグマ

主体となり噴出し（M1（low）），それらは玄武岩質安山岩の噴出は，全体的には珪長質マグマ主体から苦鉄質マグ

組成のマグマを中心とした噴出であった．Unit 1 と 4 のマ主体へ，さらに珪長質マグマが再度噴出するという過下部に存在する縞状軽石はマグマ溜まり境界部に存在す程を示し，常に両マグマを伴う噴火であることが推測でる M1（up），F1（low）両マグマが一時的に火道内で（機きた．

械的に）混合をした結果であると考えられる．また，噴出末期（Unit7）にはスコリアの M1（low）マグマに F1（up）

謝

マグマが再び噴出に加わったと考えられる．この噴火の本研究を行う過程で，筑波大学生命環境科学研究科・辞

推移は，上層に存在した珪長質マグマの火道への流入時

地球進化科学専攻の角替敏昭教授，および産業技術総合のマグマの流れに伴う引きずりにより，下部の苦鉄質マ研究所の高田 亮氏には有益なご意見をいただきました．

グ マ の 上 方 へ の 持 ち 上 げ（上 昇）（例 え ば，Blake and

また，稿の初期段階において，福井大学の三好雅也氏にCampbell, 1986）が，徐々に増加し，その後減衰するといは多数の有益なコメントをいただきました．また，本論

うマグマ活動の一連の変化に対応していると考えられ文の査読者である宮縁育夫氏，金子克哉氏，および編集

る．また苦鉄質，珪長質両マグマの機械的な混合によっ

委員の横尾亮彦氏には，丁寧でかつ建設的なコメントをて形成された縞状軽石は，噴出ユニットの最初に噴出す多数頂き，本論文の改善に役立てることができました．

る場合が多い可能性が示唆されたが，これは一連の（あさらに，当時岩石学研究室の田島義之氏（現 : 埼玉県庁），

るいは断続的な）噴火活動の中での一時的な噴火噴出の金井啓通氏（現 : 国際航業（株））には各種作業，および強弱を反映していると推定される．

議論等でお世話になりました．これらの方々に著者一
同，心より感謝いたします．

7．ま

と

め

本研究では阿蘇カルデラ形成期後期，Aso-4 火砕流噴
出物の中のスコリアと軽石を本質物質として含む弁利ス
コリア流堆積物（弁利サブユニット）に焦点を当て，噴出物の層序の詳細な記載とユニット区分，本質物質の斑晶鉱物や石基の顕微鏡観察，鉱物化学組成分析，および全岩の化学組成分析，Sr 同位体比の測定を行った．その結果，スコリアと軽石および石質岩片の量比，形状，岩

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（編集担当

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