フィッション・トラック

ニュースレター第35号

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2022年

低温熱年代学に基づくスラブ起源流体活動に伴う熱異常検出の試み
末岡茂*・岩野英樹**・檀原徹**・岡本晃***・田上高広***Attempts to detect thermal anomalies associated with slab-derived ﬂuid activities
based on low-temperature thermochronology

Shigeru Sueoka*, Hideki Iwano**, Tohru Danhara**,Akira Okamoto*** and Takahiro Tagami**** 日本原子力研究開発機構，Japan Atomic Energy Agency** (株)京都フィッション・トラック，Kyoto Fission-Track Co., Ltd.
*** 京都大学地球惑星科学専攻，Division of Earth & Planetary Sciences, Kyoto University

はじめにに，幅50 cm〜1 m程度の熱水脈（石英脈）がルトが生成され火山弧が形成されることはよくを採取した．

確認されており，熱水脈およびその近傍の母岩沈み込み帯では，スラブからの脱水によりメ

熱水脈試料については，熱水活動の温度を推知られている．一方で，西南日本前弧域などで定するために，流体包有物解析を適用した．初は，メルトの生成を伴わないスラブ起源流体の生包有物を対象とした均質化温度測定の結果，活動が報告されている（風早ほか，2014な3地点中2地点の熱水脈から，熱水温度をそれど）．このような流体活動は，前弧域におけるぞれ約150℃と200℃と推定することができ熱輸送・物質移動に関わるのみならず，内陸のた．

地震活動との関連が指摘されている．また，地母岩試料については，熱年代解析により，熱熱資源の開発や地下重要施設の安全性評価など水活動の時期，熱影響の空間的範囲，継続時間の社会的な側面からも，その性質の理解が望まなどの推定を試みた．すなわち，熱水脈-母岩れている．の境界からの距離に応じて，< 5 cm〜3 mの範

本稿では，過去のスラブ起源流体活動の痕跡

囲で複数の試料を採取し，複数の熱年代手法をと考えられる熱水変質帯を対象に，低温領域の適用した．その結果，77.3〜66.9 Maのジルコ

熱年代学に基づいて，流体活動の熱的特徴（到ンU-Pb年代，34.1〜24.0 MaのジルコンFT年

達温度，継続期間など）の検討を試みた事例を

代，23.6〜8.7 Maのジルコン(U-Th)/He粒子年紹介する．事例地域は，スラブ起源流体の湧出

代，12.0〜9.0 MaのアパタイトFT年代が得ら地域として知られる紀伊半島本宮地域（例えれた．しかし，いずれの熱年代計においても，ば，Umeda et al., 2007; Yamaguchi et al.,

熱水脈からの距離に応じた冷却年代の変化，す2009; Morikawa et al., 2016）と有馬地域

なわち熱水活動による熱異常は検出できなかっ（例えば，西村, 2011; Kusuda et al., 2014）の2つである．

た．原因としては，活動時期が古かったために本宮地域の事例た可能性と，活動継続期間が短すぎた（150℃を対象とした (本事例の詳細は，Sueoka et al.,性が考えられる．

それ以降の削剥等により冷却年代が上書きされなら約10年以下，200℃なら数ヶ月以下）可能

本宮地域では，平治川の3地点の熱水脈露頭

2020のpreprintを参照）．いずれの露頭でも，母岩である四万十帯音無川層群の砂岩中

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有馬地域の事例

は，一般的な誤差範囲を超えた有意な年代差は（Mitchell et al., 2011）を対象とした．本宮定のようなmm〜cm単位の精密なサンプリンみられなかった．したがって，断層帯の年代測

有馬地域では，白水峡付近の六甲断層露頭

グ戦略（d'Alessio et al., 2003; Murakami &地域のような大規模な熱水脈は確認できなかっ

Tagami, 2005）は，熱水活動の場合は不要でたため，熱水の移行経路として期待される断層あると期待できる．

からの距離に応じて，熱年代解析用の基盤岩（風化した六甲花崗岩）を採取した．いずれの謝辞

試料もアパタイトの含有に乏しかったため，ジ

本報告は経済産業省資源エネルギー庁委託事

ルコンFT長による検討を行った．断層から0〜

業「平成30〜令和3年度高レベル放射性廃棄物5 cm，5〜10 cm，10〜15 cm，>500 cmの試等の地層処分に関する技術開発事業（地質環境料を測定したところ，いずれも平均長約11 µm

長期安定性評価技術高度化開発）」の単峰性のFT長分布を示した．すなわち，再（JPJ007597）の成果の一部である．流体包有

加熱の兆候は認められず，熱水活動に伴う熱異常は検出できないという結果となった．

物解析は地熱エンジニアリング株式会社に，ジ数値モデルとの比較・検討

Barry Kohn教授にそれぞれ依頼した．

ルとの比較を行った．すなわち，温度一定の熱引用文献

ルコン(U-Th)/He年代測定はメルボルン大学の以上の結果を整理・検討するため，数値モデ

dʼAlessio M.A. et al. (2003) No frictional

水活動がある期間にわたって継続した場合に，

heat along the San Gabriel fault,周囲の母岩から得られる冷却年代の空間分布をCalifornia: Evidence from ﬁssion-track

モデル計算した（図1）．母岩への熱影響は熱t h e r m o c h r o n o l o g y. G e o l o g y, 3 1 ,伝導のみを考慮し，一次元熱伝導方程式で各地

541-544.

点の温度-時間履歴を計算した（母岩中への熱

Guenthner W.R. et al. (2013) Helium

水の浸透は考慮していないため，最小限の熱影

diﬀusion in natural zircon: radiation

響を評価していることになる）．得られた温d a m a g e , a n i s o t r o p y, a n d t h e

度-時間履歴を，HeFTy ver. 1.9.3（Ketcham,interpretation of zircon (U-Th)/He2005）のフォワード機能により，アパタイト

thermochronology. Amr. Jour. Sci., 313,

FT年代，ジルコン(U-Th)/He年代，ジルコン

145-198.

FT年代にそれぞれ変換した．

風早康平ほか (2014) 西南日本におけるスラブ計算の結果を図1に示す．熱水温度が150℃の起源深部流体の分布と特徴. 日本水文科学

場合，いずれの熱年代計でも，誤差範囲を超え

会誌, 44, 3-16.

た 年 代 の 若 返 り は み ら れ な い． 少 な く と もKetcham R.A. (2005) Forward and inverse

1000年以下の加熱期間については，これらのmodeling of low-temperature

熱年代計では熱異常の検出は困難と考えられ

thermochronometry data. Rev. Min.

る．一方，熱水温度が200〜300℃の場合，Geochem., 58, 275-314.

1000年以下の加熱期間でも，アパタイトFT年

Ketcham R.A. et al. (2007) Improved

代とジルコン(U-Th)/He年代の若返りが期待でmodeling of ﬁssion-track annealing inきる．すなわち，熱水活動の時期，熱影響範

apatite. Amer. Min., 92, 799-810.

囲，継続期間などに関する情報が取得できる可Kusuda C. et al. (2014) Arima hot spring

能性がある．なお，いずれのケース，いずれのwaters as a deep-seated brine from

熱年代計でも，熱水脈から0〜30 cmの範囲で2

subducting slab. Earth, Planets Space,

Sueoka S. et al. (2020) Thermal

66:119.

characteristics of fossil ﬂuids from theMitchell T.M. et al. (2011) Pulverized fault

Philippine Sea slab: Insights from ﬂuid

rocks and damage asymmetry along theinclusions and thermochronology.

Arima-Takatsuki Tectonic Line, Japan.

E S S OA r, h t t p s : / / d o i . o r g / 1 0 . 1 0 0 2 /Earth Planet. Sci. Lett., 308, 284-297.

essoar.10504421.1.

Morikawa, N. et al. (2016) Widespread

Umeda K. et al. (2006) Aqueous ﬂuids

distribution of ascending ﬂuids

derived from a subducting slab:transporting mantle helium in the fore-Observed high ³He emanation andarc region and their upwelling

conductive anomaly in a non-volcanic

processes: Noble gas and major element

region, Kii Peninsula southwest Japan.

composition of deep groundwater in theJour. Volc. Geotherm. Res., 149, 47- 61.

Kii Peninsula, southwest Japan.

Yamada R. et al. (2007) Statistical modelling

Geochim. Cosmochim. Acta, 182,of annealing kinetics of ﬁssion tracks in

173-196.

zircon; Reassessment of laboratory

Murakami M. and Tagami T. (2004) Dating

experiments. Chem. Geol., 239, 75-91.

pseudotachylyte of the Nojima fault

Yamaguchi S. et al. (2009) Modiﬁcation ofusing the zircon ﬁssion-track method.

the Network-MT method and its ﬁrstGeophys. Res. Lett., 31, L12604,

application in imaging the deep

doi:10.1029/2004GL020211.

conductivity structure beneath the Kii

西村進 (2011) 近畿地方の高温泉とその地質

Peninsula, southwestern Japan. Earth構造. 温泉科学, 60, 481-491.

Planets Space, 61, 957-971.

3図1．数値モデルの概念図と結果．母岩の非加熱時の年代を50 Ma，熱水活動の開始を10 Maとした時の熱水温度150℃，200℃，250℃，350℃の計算結果を示す．初期温度（環境温度）は20℃，熱拡散率は3.0 10-6 m²/secとした．カイネティクスは, アパタイトFT法はKetcham et al. (2007),ジルコン(U-Th)/He法はGuenthner et al. (2013)，ジルコンFT法はYamada et al. (2007) のFanning Arrheniusをそれぞれ用いた．

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