フィッション・トラック

ニュースレター第33号

28 - 302020年

熱年代学を用いた北上山地の隆起・削剥史の推定

梶田侑弥*・福田将眞**・末岡茂**・長谷部徳子***・田村明弘***・森下知晃***・Barry P. Kohn****・田上高広*
Estimation of the uplift/denudation history in Kitakami Mountains
by thermochronology

Yuya Kajita*, Shoma Fukuda**, Shigeru Sueoka**, Noriko Hasebe***,Akihiro Tamura***, Tomoaki Morishita***, Barry P. Kohn**** and Takahiro Tagami** 京都大学，Kyoto University** 日本原子力研究開発機構，Japan Atomic Energy Agency*** 金沢大学，Kanazawa University**** メルボルン大学，University of Melbourne

はじめに

北上山地を１つのユニットとして捉え，山地内沿って沈み込むことで形成された島弧で，日本言えない．の詳細な熱史・削剥史の議論は十分であるとは

東北日本弧は太平洋プレートが日本海溝に海溝に平行方向の大地形が明瞭に分布している手法特徴がある．そのため東北日本弧は島弧のテク本研究では熱年代学的手法としてアパタイトトニクスを議論するのに適した場所であり，主に構造地質学の観点から様々な研究がなされてフィッション・トラック（AFT）法およびアパきた（例えば天野・佐藤, 1989; 佐藤, 1992;タイト（U-Th-Sm）/He（AHe）法を用いた．

Nakajima, 2013）．しかし，島弧のテクトニ

閉 鎖 温 度 は そ れ ぞれ A F T 法 で 約 9 0 〜 1 2 0 ℃

クスを議論する上で重要となる定量的な山地形（Ketcham et al., 1999），AHe法で約55〜成史に関する研究は少ない．そこで本研究は，80℃（Farley, 2000）である．地温勾配が一定第四紀火山が存在せず比較的最近の熱構造は山であることなどを仮定し，これらの閉鎖温度を地全域で安定的であると考えられる東北日本弧

深度情報に読み替えることができる．つまり，前弧域の北上山地を対象に熱年代学を用いた隆熱年代学では得られた年代値と各手法の閉鎖温起・削剥史の検討を行った．

度から，岩石や試料が地表まで上昇する過程

北上山地の定量的な山地形成史の先行研究（削剥史）を考察する．さらに試料採取地点をは，地形学および熱年代学によるものがある．

山地全体に広げることで，山地の隆起・削剥史

小池・町田（2001）は，河成段丘・海成段丘に関する知見が得られる．の分布高度から，北上山地は10万年オーダーにおいて緩慢な隆起（＜0.3 mm/yr）をしている

結果・考察と考察した．しかし，地形学的見地からは山地本研究ではAFT年代は8地点測定し139.4〜形成史において重要な100万年スケールの隆78.6 Ma，AHe年代は3地点測定し51.2〜36.1

起・削剥史の議論が難しい．また熱年代学を用いたFukuda et al. (2020)

Maが得られた．Nakajima（2013）によるでは北上山地は古と，東北日本弧脊梁地域をはじめとして，出羽第三紀を通じて非常に安定した削剥速度

山地や前弧海盆は島弧横断方向の圧縮応力に（＜0.05 mm/yr）であると推定した．ただし

よって隆起を経験したとされる．本研究対象地

28

域の北上山地でも同様に島弧横断方向の圧縮応ける日本列島の変形場の解明」（代表：鷺谷力による隆起が予想される．そこで，北上山地

威，課題番号26109003）によって助成され内の系統的な形成史を推定するため，本研究結た．

果と先行研究のデータ（後藤, 2001; Fukuda
et al., 2020, 福田 未公表データ）を，東経を引用文献縦軸として年代値を横軸としてプロットした

天野一男・佐藤比呂志, 1989, 東北本州弧中部（図１）．AFT年代は山地東縁から東経141.6

地域の新生代テクトニクス, 地質学論集,度付近まで徐々に若返り（140〜80 Ma），そ32, 81-96

れより西側はおよそ80 Maで一定の年代値とFarley K. A., 2000, Helium diﬀusion fromなっている．AHe年代は東経141.45度付近よapatite: general behavior as illustrated

り東側はおおよそ50〜40 Maを示すが最も西

by Durango ﬂuorapatite. J. Geophys.

側の地点ではおよそ90 Maという古い年代値とRes. 105, 2903‒2914.

なっている．ただし，最も西側の地点では，

Fukuda, S., Sueoka, S., Kohn, B.P., 2020,

AHe年代が閉鎖温度の高いAFT年代より古い値(U‒Th)/He thermochronometricを示しており，熱水活動などの局所的な短時間

mapping across the northeast Japan加 熱 イベ ン ト を 反 映 して い る 可 能 性 が あ る

Arc: towards understanding mountain（Reiners, 2009）．地温勾配一定を仮定する

building in an island-arc setting, Earth,と，AFT年代からはおよそ70 Ma以降東から西Planets and Space, 72:24に平均削剥速度が次第に早くなると推測され

後藤篤, 2001, 日本列島の隆起準平原化の時期

る．AHe年代からはおよそ30 Ma以降平均削剥―フィッション・トラック年代学からのア

速度は東西で違いがないか，東側の方が大きい

プローチ―, 科研費報告書, 10440144．

ことが示唆される．

Ketcham, R.A., Donelick, R.A. and Carlson,

しかし，東北日本弧における火山フロントのW.D., 1999, Variability of apatite ﬁssion-

位置は太平洋プレートの沈み込み角度の変化にtrack annealing kinetics: III.

伴い移動しており，50 Ma以前は現在の北上山

Extrapolation to geological time scales,

地東縁に火山フロントがあった（Yoshida,American Mineralogist, 84, 1235-12552001）．そのため単純に地温勾配が時空間的

小池一之・町田洋, 2001, 日本の海成段丘アトに一様であったと仮定するのは難しい．したラス, 東京大学出版

がって，火山フロントが現在の位置とほとんど

Nakajima, T., 2013, Late Cenozoic Tectonic

変わらない10 Maより若い年代において熱年代

Events and Intra-Arc Basin

学的検討を行いたい．今後，トラック長を用いDevelopment in Northeast Japan.

た熱史逆解析やより閉鎖温度の低い熱年代学的I n Te c h , R i j e k a , 1 5 3 ‒ 1 8 9 . d o i :手法（例えば電子スピン共鳴年代測法）の適用

10.5772/56706を行う予定である．

Reiners, P.W., 2009, Nonmonotonic thermal
histories and contrasting kinetics of

謝辞

multiple thermochronometers,

本報告は経済産業省資源エネルギー庁委託事

Geochimica et cosmochimica acta, 73,

業「平成30-31年度高レベル放射性廃棄物等の12, 3612-3629

地層処分に関する技術開発事業（地質環境長期佐藤比呂志, 1992, 東北日本中部地域の後期新安定性評価技術高度化開発）」の成果の一部で生代テクトニクス, 地質調査所月報, 43,ある．また，本研究は平成26-30年度文部科学

119-139

省新学術研究領域「異なる時空間スケールにお29Yoshida, T. 2001. The evolution of arc
magmatism in the NE Honshu arc,
Japan. Tohoku Geophysical Journal, 36,131‒149.

図1 北上山地における東経VS.年代プロット．AFT年代の既報値は後藤（2001）と福田 未公表による．AHe年代の既報値はFukuda et al. (2020)による．

30