熱水変質帯とは
新宮敦弘1

General introdu tion to the hydrothermal alteration
Shinguu Atsuhiro1
概 要
熱水変質という地質現象は強固な岩盤をも脆弱な変質岩に変えてしまうことが知られているが、ここではその熱水変質について H 地区という地域の例を交えながら解説してみようと思う。

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H 地区の概要

H 地区は松江市の南西の中国山地に位置する。
地質は中生代白亜紀末から新生代古第三紀 (因美期,6075Ma) にかけて形成された花崗閃緑岩であり、鉛山迸入岩類 (40Ma 前後) に形成されたアプライト質花崗岩の岩脈が貫いている。
さらに新生代新第三紀の火成活動に伴う安山岩、ヒン岩などの岩脈類も分布しており、この岩脈の周辺の花崗閃緑岩、アプライト質花崗岩に熱水変質の影響が認められる。
また、H 地区は北東  南西方向に延びる明瞭なリニアメント上に位置し、露頭観察でも小断層が極めて多いことから同方向の広域的な断裂系の中にあると考えられる。

用、パイロフィライト3 化作用、粘土化作用、硫酸塩化作用、曹長石化作用、氷長石化作用、沸石化作用などがある。
生成する鉱物の種類は温度、pH、成分などで異なる。とある。熱水期および交代作用は次のような意味である。
・熱水期 (hydrothermal Stage)[7℄
マグマが地下深所で固結する場合、温度低下にしたがって「マグマ分化期」から「ペグマタイト4 期」
・「気成期」を経て熱水流動溶液に変わる。この熱水流動溶液の時期を「熱水期」という。
・交代作用 [4℄はっきりした開放空間が介在することなく、またふつうは体積が変化することなしに、一つの鉱物が溶解し、同時にその場所に他の鉱物が沈殿すること。

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熱水変質の概要
熱水変質の定義は平凡社の「地学事典」[7℄ によると、・熱水変質 (hydrothermal alteration)
熱水期の熱水による母岩の変質をいう。初期は酸性溶液だが母岩との交代作用で徐々にアルカリ性に変わる。地表に近い所では遊離酸を含み強酸性を示すことがある。生成する鉱物により緑泥石化作用、プロピライト2 化作用、絹雲母化作用、珪化作用、炭酸塩化作

3変質の状況
花崗閃緑岩は灰色で完晶質な深成岩で、H 地区では石英、カリ長石、斜長石、黒雲母、角閃石よりなる岩石であり、磁鉄鉱、黄鉄鉱などの鉱物を伴う。また、数センチから数十センチ大の花崗閃緑岩よりも塩基性の捕獲岩を伴う。先に述べた安山岩、ヒン岩の周辺部では幅十数センチから 5 メートルに渡って花崗閃緑岩に白色

1 株式会社 藤井基礎設計事務所 調査課,http://www.web-sanin. o.jp/p/kiseki/
2 変朽安山岩
3 葉ろう石4 広義の花崗岩類やその近くの変成岩を貫いて優白質の岩石よりなる岩脈や貫入岩体がみられることがある。この内比較的細粒 (2mm 以下) で他形の鉱物粒よりなるものをアプライト (aplite)、これとは対照的にはるかに粗粒の結晶よりなるものはペグマタイト (pegmatite) と呼ばれる。[1℄の粘土鉱物が多く生成している。明らかに安山岩やヒン岩をもたらした火成活動に伴う変質作用によるものである。
変質した部分を観察すると、長石が完全に白ている。

熱水溶液中の塩化物は金属錯体8 イオンを形成することで金属に対する強力な溶媒であることが実験で確かめられている。[4℄

濁し、変質鉱物に置き換わっているのがわかる。

熱水の温度はどのくらいであろうか？熱水にそして、有色鉱物が減少し、代わって黄鉄鉱が伴い形成される「熱水鉱床」の生成条件は次の割れ目沿いに多く生じている。このように、H通りである。

地区の変質帯においては石英のみを残し、多くの造岩鉱物5 は変質し別の鉱物が生じている。
黄鉄鉱 (FeS2 ) は本来泥岩などの堆積岩や火 深熱水性鉱床

地区では割れ目を充填するように生じるなど、

生成温度:300600 °C

産状からは花崗閃緑岩の生成よりも明らかに後深部酸性深成岩、逆断層系など。

成岩、変成岩に普通に含まれる鉱物である。Hに生成されたものであり、母岩の変質と密接に関わっているものと考えられる。

生成深度:3000 15000m

 中熱水性鉱床化作用という変質作用がある。[4℄ 火成活動で


生成温度:200300 °C

生じる硫黄の多い環境下では黒雲母や角閃石な

迸入火成岩内や広域的造構割れ目付近。

熱水変質の種類に鉄酸化物とマフィック鉱物6 の両者を攻撃する硫黄の導入による黄鉄鉱どは分解し黄鉄鉱を生じることになる。H 地区の花崗閃緑岩では黄鉄鉱の微粒が多い部分で含まれるマフィック鉱物が肉眼的に少ないが、黄鉄鉱化作用の影響の可能性が高い。

生成深度:1200 4500m

 浅熱水性鉱床
生成深度:地表付近

1500m

生成温度:50 200 °C
堆積岩、火成岩、地表に近い迸入岩。

4

熱水の性質
熱水はマグマに起源をもつ水、あるいは循環水であり地殻中の割れ目の中を移動する。この 遠熱水性鉱床生成深度:地表に近い。

熱水の成分などにはまだ不明な点が多いが、流生成温度: 100 °C

体包有物などの研究でその実体が解明されつつ堆積岩や溶岩流にみられる。深成岩の影ある。流体包有物とは「結晶中に残された流体響のない地域。のサンプル。これらの分析から極めて高い濃度の塩水が天然に広く存在し、母岩の変質作用や熱水変質帯はこれらの鉱床を取り巻く変質帯ペグマタイト、鉱床の生成にこれらの高濃度のであり、母岩が変質したものである。H 地区は塩水7 が関わっていると考えられる。」[4℄ とい

中熱水性鉱床9 の周辺部に生じた熱水変質帯でうものであり、熱水は高濃度の塩水と考えられあろうと考えられる。

5 主な造岩鉱物については表 1 に示す
6 火成岩や変成岩を構成する鉱物は大きく分けて無色鉱物 (フェルシック鉱物) と有色鉱物 (マフィック鉱物) の 2 種類である。[1℄7 一般の地下水でも永い時間をかけていろいろな鉱物の成分を溶かし込むとその成分は徐々に海水の成分に近付いてくることが知られている。
8 錯体 (Complex):複合体, 金属元素 (または金属類似元素) の原子やイオンを中心に、原子・原子団・分子またはイオンなどの配位子が結合した集団の総称
9 中熱水性鉱床の代表的な鉱種は Au, Ag, Cu, As, Pb, Zn, Ni, Co, W, Mo, U などである。H 地区などの周辺部でこれらの金属鉱床がやがて見つかるかも知れない。

5まとめについての解説を行ってきた。地質の分野で取り扱うのは物性だけでなく成因的なもの、環境

熱水変質帯は金属資源を探査する上で重要な的なものも含まれる。こうすることにより、よものである。しかし、同時に熱水変質によってり本質的な地盤の性質を解き明かすことができ生じる粘土鉱物は斜面崩壊につながるものも多るものと考えている。

い。堅硬な火成岩の中で生じる地すべりなどには必ずといってよいほど粘土が関係している。
硬質な岩盤中の粘土といえば岩脈の急冷相の風化粘土や断層粘土、岩石の変質に伴う粘土が最も多いと考えられる。このように考えると熱水変質帯の分布と性質を詳細に観察することは地すべりの素因を考える上で極めて重要なことであると思われる。

H 地区の花崗閃緑岩、アプライト及びそれらに発達する節理等の断裂には黄鉄鉱が多く含まれている。この黄鉄鉱 (FeS2 ) は硫化物であり、FeS2 + H2 O + 72 O2 ! FeSO4 + H2 SO4 というように化学反応で硫酸を生じるため、完全に溶脱する前の段階の岩盤 (弱風化部) が強い酸性を示す可能性がある。
また類似の事例|黄鉄鉱が化学反応する例|
が K 町にある。ここでは黄鉄鉱が地下水と反応して鉄明礬 (FeAl2 (SO4 )4  22H2 O) を生じていた。民家の床下で析出した鉄明礬は繊維状結晶となり、地盤を 40 センチ程度隆起させていた。
このように熱水変質に伴う問題は生活と無関係ではない。
本論文では H 地区の例を示しながら熱水変質

参考文献[1℄ 都城秋穂・久城育夫 (1975), 共立全書 205
岩石学 II, 共立出版
[2℄ 地学団体研究会 (八木建三 監修)(1976), 新
地学教育講座 3 鉱物, 東海大学出版会[3℄ 地学団体研究会 (舟橋三男 監修)(1976), 新
地学教育講座 4 岩石, 東海大学出版会[4℄ A.M. エヴァンズ/三宅輝海訳 (1989), 鉱床
地質学序説, 山洋社[5℄ ROBERT L. BATES and JULIA
A.JACKSON(1976),
DICTIONARY
of GEOLOGICAL TERMS THIRDEDITION,ANCHOR BOOKS[6℄ Yu.A. コスイギン/押手 敬訳 (1987), 構造地質学," 地球科学研究センター" 設立準備室[7℄ 地学団体研究会地学事典編集委員会 (1980),
地学事典, 平凡社

表 1: 主な造岩鉱物とその化学組成
SiO2カリ長石 (Or)
KAlSi3 O8斜長石 (Ab|An) NaAlSi3 O8 CaAlSi2 O8白雲母
K2 Al4 (Si6 Al2 )O20 (OH; F)4黒雲母
K2 Mg6 (Si6 Al2 )O20 (OH; F)4 K2 Fe6 Si6 Al2 O20 (OH; F)4K2 Mg5 AlSi5 Al3 O20 (OH; F)4 K2 Fe5 AlSi5 Al3 O20 (OH; F)4角閃石
A01 X2 Y5 Z8 O22 (OH)2
A:Na,K X:Na,Ca,Mg,Fe2 Y:Mg,Fe2 ,Fe3 ,Al,Ti,Mn,Cr,Li,Zn Z:Si,Al輝石
W1 p (X; Y)1+p Z2 O6
W:Ca,Na X:Mg,Fe2 ,Mn,Ni,Li Y:Al,Fe3 ,Cr,Ti Z:Si,Al
カンラン石(Mg; Fe)2 SiO4
化学組成は文献 [7℄ による。このように造岩鉱物は鉄、マグネシウムを多く含んでいる。
石英abd
写真説明 1

a:H 地区の花崗閃緑岩
b:H 地区の変質帯 (写真中央から左下の白色部が変質帯):変質帯の一部はハンマーで手掘り可能
d:変質帯付近で産する黄鉄鉱の結晶

IIIIIIIV

写真説明 2

I:未変質の花崗閃緑岩 (灰色：長石および石英、 黒色長柱状：角閃石、 黒色：黒雲母)
II:変質を受けた花崗閃緑岩 (白濁：長石、 灰色：石英、 黒色：雲母及び角閃石)
変質により有色鉱物が不明瞭になっている
III:強く変質を受けた花崗閃緑岩 (白色部：長石の変質鉱物、灰色暗色部：石英)
脈は黄鉄鉱であり有色鉱物は殆んどみられないIV:K 町の熱水変質帯に生じた繊維状の鉄明礬
黒く見えるのは母岩である成相寺層の頁岩