フィッション・トラック

ニュースレター第31号

13-16

2018年

アパタイトFT法に基づいた東北日本弧における隆起・削剥史の推定：
島弧山地形成過程の解明を目指して

福田将眞*・末岡 茂**・長谷部徳子***・田村明弘***・荒井章司***・田上高広*

Estimation of uplift/denudation history of NE Japan Arc based on
the apatite ﬁssion-track (AFT) method: Toward understanding of
the mountain building process in an island arc

Shoma Fukuda*, Shigeru Sueoka**, Noriko Hasebe***, Akihiro Tamura***,Shoji Arai*** 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

はじめに（AFT）法による年代測定とFT長の測定およ

本弧の山地を対象とし，その形成史を定量的トHeFTy (Ketcham, 2005)を用いて実施し，び，これらに基づいた熱史逆解析を計算ソフ

本研究は，典型的な島弧地形を有する東北日削剥速度を計算した．これらの結果と地質学に明らかにすることを目的としている．東北的意義を報告する．

日本弧に分布する山地は海溝に平行な地形配列であり，これらは3 Ma以降のプレートの沈

熱史逆解析

み込みに伴う東西圧縮応力場を主因として形成 さ れ た と 考 えら れて い る ( S a t o , 1 9 9 4 ;熱史逆解析から推定される東北日本南部の最Nakajima, 2013)．これまで，地形・地質学的終冷却時期をFigure 1に示す．前弧側では年代な検討によって，東北日本弧の山地形成史や値も古く，基本的に徐冷パターンだが，40〜隆起イベントが解明されつつあるが，山地の30 Ma頃に若干の変曲点が見られた．奥羽脊梁隆起・削剥に関する定量的研究は数が限られ山地では，山地の中央に向かうにつれて急冷るのが現状である．

時期が新しくなる傾向が推定され，最も新し近年の低温領域の熱年代学の発展により，日い地点で1 Maを切る値が得られた．背弧側で本列島の比較的若く小規模な山地の隆起・削は，朝日・飯豊山地の中心部で3〜1 Ma前後の剥史の推定が可能となってきた (末岡ほか,最終冷却が推定された．このように各構成単

2015; Sueoka, et al., 2016)．このような背景

元内でも最終冷却の時期は異なり，3〜2 Ma以から，Sueoka et al. (2017)は東北日本弧の南降の東西圧縮(e.g., Nakajima, 2013)の影響部に分布する阿武隈山地（前弧側）〜奥羽脊は，空間的な不均質が存在することが示唆さ

梁山地〜朝日山地（背弧側）を対象に，初めれた．て(U-Th)/He法（He法）を適用し，島弧横断方向には熱史および削剥史のコントラストが削剥速度と考察存在することを明らかにした．今回はSueoka

熱史逆解析から推定される最終冷却時期の温et al. (2017)でHe分析に使用された同一試料

度や年代，地温勾配のデータベース (田中ほか,（白亜紀〜古第三紀の花崗岩類試料）を用2004；産総研, 2009) を用いて，削剥速度を

い ， アパ タ イ ト フ ィ ッ シ ョ ン ・ ト ラ ッ ク

計算した (Figure 2)．

13

Figure 1: Last cooling episodes estimated from thermal inverse modeling using HeFTy in NE Japan Arc

Figure 1. Last cooling episodes estimated from thermal inverse modeling using HeFTy in NE Japan Arc.

前弧側では新生代を通じて安定的な削剥環境

奥羽脊梁山地では，地点によって値に幅はあにあり，アパタイトHe (AHe) 年代から求めたるが，AHe年代から計算した削剥速度削剥速度 (Sueoka et al., 2017) とも整合的な(Sueoka et al., 2017) とも整合的な0.1〜< 0.05 mm/yrと比較的小さな値となった．し

数 mm/yrの比較的大きな削剥速度が得られかしこの値は，海成段丘面の高度分布(Suzuki,た．この値は，河成段丘による第四紀後期の1989)や宇宙線生成核種 (e.g., Shiroya et al.,

隆起速度 (厳密には，やや北方の地点: 田力 池

2010; Regalla et al., 2013) など，比較的短い田,タイムスケール (~10⁵ yr) を対象とした地形学削剥速度 (藤原ほか, 1999) とも調和的な値で的手法から推定される隆起・削剥速度と比較

あ り ， 第 四 紀 の 東 西 圧 縮 に よって 急 激 な 隆

して一桁小さい．このギャップは，古第三紀起・削剥を被ったことが示唆される．ただを通じて比較的安定的な削剥環境であった前し，最終冷却時期や年代の空間分布は，先行弧側が，第四紀後期に入って隆起・削剥が加研究で指摘されるような逆断層による傾動速したことに起因すると推察される．つまpop-upモデル (e.g., Nakajima, 2013)では説り，熱年代学から推定される削剥速度は，隆明できず，むしろ山地の中心に向かって最終冷起・削剥が加速する前までの安定的な削剥環却時期が新しくなる傾向が見えてきた．

2005) や，高度分散量を用いた短期間の境を含む平均値であり，最終冷却からの削剥背弧側では，0.1~2.0 mm/yr程度の削剥速度

量は熱年代で検出できる削剥量 (約2 km) に満が得られ，海成・河成段丘の分布高度から求たないものと考えられる．これらの考察は，められた隆起速度 (伊倉 太田, 2003; 宮内ほ

阿武隈山地に広く分布する隆起準平原 (木村,か, 2004) や，高度分散量を利用した削剥速度

1994) や，鮮新世末に隆起を開始したとする(藤原ほか 1999) と整合的である．その一方指摘 (太田ほか, 2010) からも支持される．

で，同じ試料を用いたAHe年代による削剥速14Logarithmic age (Ma)139.401139.65

139.90E-lon.(°)
140.15140.40140.65140.90

17-08
17-05

1017-03

Denudation rate (mm/yr)

10010.00
Back-arc
Back-arc

OBR

1.00

Fore-arcFore-arcdenudation rate *1
denudation rate *2

0.10

0.01
Figure 2:2.
Previousand newer
AFT newerages, and denudation
rates onS-profileFigurePreviousand
AFT ages,
anddenudation rates on S-proﬁle. All error bars show 1 SE. Numberboxesbelowthesymbols
indicatesamplingcodes“A02-ST”
or Uplift“A02-FST”.
Upliftat plotted3‒1 afterMa,All error bars show 1 SE. Number boxes below the symbols indicate sampling codesskippedskipped “A02-ST”
or “A02-FST”.
events at 3–1 Ma,
7–5 Ma,events
12–9 Ma were
7‒5 Ma, 12‒9 Ma were plotted after Moriya et al. (2008) and Nakajima (2013) in the upper ﬁgure. In lower ﬁgure,Moriya et al. (2008) and Nakajima (2013) in the upper figure. In lower figure, *1: calculated using the data of Tanaka et al. (2004); *2: calculated using the data of AIST (2009).
*1: calculated using the data of Tanaka et al. (2004); *2: calculated using the data of AIST (2009).

度とは，誤差範囲を考慮しても一致しない地

7.8〜4.3 Ma，背弧側では 39.6〜3.6 Maと点が見られる．これは，冷却開始時の古地温いったAFT年代が得られた (Figure 2)．これがAHe法のPartial Retention Zone (PRZ) 内までに得られているAFT年代や熱史逆解析結を始点としたため，冷却時期より古い見かけ果と総合すると山地の中心部でより急速な削年代が得られた可能性が考えられる．また，剥が推定され (Figure 2)，奥羽脊梁山地では背弧側のテクトニクスモデルとして，SatoNakajima (2013) などが指摘するような逆断(1994) やAcocella et al. (2008)は，5〜3.5 Ma

層 に よ る 傾 動 p o p - u p モ デル よ り む し ろ ，に背弧側で著しく変形し，その後2〜1 Maに変Hasegawa et al. (2005) から推定されるドー形場が遷移するモデルを提唱した．しかし，ム状の隆起形態という推定を補強する結果と最終冷却時期が奥羽脊梁山地と同様の時期でなった（c.f. 末岡ほか, 2015のFig. 12）．背ある (Figure 1) ため，従来のモデルとは異な弧側では，奥羽脊梁山地での変形と同時期とる結果となった．

思われるような比較的若いAFT年代が得られ，Sato (1994) やAcocella et al. (2008) のモデルを再検討する必要性が示唆される結果

高空間分解能の熱年代マッピング：予察となった．

これまで述べてきたように，奥羽脊梁山地とただし，これらの結果は，あくまでも見かけ背弧側では，熱年代学的な検討によって，先AFT年代にのみ依存して推定した結果である

行研究との相違点が明らかになってきた．そことに注意したい．今後はトラック長の測定

こで筆者らは，さらに稠密な熱年代マッピンと熱史逆解析を行うことで，より高精度な熱グを行うことにより，隆起モデルやテクトニ史の推定を目指す予定である．また，He法やクスモデルを制約可能であると考え，奥羽脊ZFT法などの複数の熱年代計の適用も課題で

梁山地と背弧側を対象に，新たにAFT分析をある．

実施した．
予察的な結果ではあるが，奥羽脊梁山地では

15

謝辞

Regalla, C., et al., 2013. Active forearc

本研究は，平成26年〜30年科学研究費補助

s h o r t e n i n g i n To h o k u , J a p a n :金助成事業（新学術領域研究 地殻ダイナミク

Constraints on fault geometry fromス A02：変形班 異なる時空間スケールにおけerosion rates and ﬂuvial longitudinal

る日本列島の変形場の解明 代表：鷺谷 威）のproﬁles. Geomorphology 195, 84‒98.

助成を受けた．また，（株）京都フィッショ

Sato, H., 1994. The relationship between

ン・トラックには，鉱物分離を実施していた

late Cenozoic tectonic events and stress

だいた．Melbourne大学のBarry Kohn教授に

ﬁeld and basin development inは，アパタイト試料のFT長測定のために，

northeast Japan stress. J. Geophys. Res.

²⁵²Cf照射処理を実施していただいた．

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