フィッション・トラック

ニュースレター 第23号

36-29

2010年

カソード・ルミネセンスによる双晶ジルコンの内部構造と形成過程
村松敏雄*

Internal structure and a formation process of the twin zircon
by the cathode luminescence
Toshio Muramatsu** 新潟大学大学院自然科学研究科, Grad. School of Natural Sci. and Tec., Niigata Univ.
はじめにうになってきた。また、その装置に接続されたカジルコンは火成岩や変成岩などに副成分鉱物とソード・ルミネセンス検出器が開発されジルコンして産出し，同位体年代や岩石の起源の解明に応の内部構造の詳しい解明が可能になった。そこ用される重要な鉱物である。ジルコンは火成岩ので，筆者はこの装置を使用し，ジルコン双晶の形中では自形として晶出し、化学成分がZrSiO4で状とともに内部構造を調べジルコン双晶の形成過あり，きわめて安定しており、変質することもな程の検討を行った。

く最後まで自形のまま残留し、凝灰岩などの堆積岩にも見られる。ジルコンはこれらの岩石中に副試料の処理法造岩鉱物として見られるが主要造岩鉱物と比べは試料は，十日町市田川及び木島川他３カ所で露るかに小さく肉眼での観察されることはなく顕出しているSK030から採取し，重液分離法でジル微鏡で観察される程度の微少結晶である。たコン粒子をできるだけ多く集めた。得られたジルだ、マグマから形成されるペグマタイト中や熱水コンは数十μm〜200μmの大きさがあり、無色鉱床などでは、四角錐状や短柱状の大きな結晶透明な長柱状と扁平状の自形結晶であった。これとしてまれに見いだされることがある。火成岩やらのジルコンを実体顕微鏡下で手選し，結晶が凝灰岩層中に含まれるジルコンの形状についてはっきりしているジルコンを無作為に200粒子選

Pupin(1980)は，ジルコン結晶の柱面及び錘面のび，スライドガラスにきれいに並べグリセリンで変化を8段階に分けその組み合わせから64通りに固定した。このようにジルコンを並べたスライド分類した。その多様化の原因として，ジルコンのガラスを10試料用意した。それらのジルコンを形成時のマグマの温度や化学成分の違いを指摘し生物顕微鏡及び偏光顕微鏡で観察した。そのときた。しかし，ジルコンの中にPupinの指摘した形顕微鏡にUSBカメラを装着しパソコン画面で記録態に入らない扁平な形態を持つ特異なものが見し個々のジルコンの形状と双晶を観察した。次いだされた。その一つが双晶ジルコンである。双に、これらの試料に炭素蒸着を行い、走査電顕晶が発達するジルコンを含む凝灰岩層は中期更新(SEM)で個々の粒子の形状を細部にわたり観察し世以降の比較的新しい凝灰岩層で全国的に報告た。さらに同じ試料（スライドガラス）に10㎜例がわずかである。新潟県下では第四系魚沼層の四方のテフロン片を乗せ，約300 Cに加熱された中部と下部の境界付近に見られる広域凝灰岩層ホトプレート上でジルコンを封じ込めた。そのテとして知られているSK030に含まれるジルコンにフロン片をダイヤモンドペースト(1μ粒子)で約

扁平及び長柱状の多様な形態を持つ双晶ジルコン

10〜20μmまで研磨しジルコンの内部面を露出があることが分かってきた。このような性質を持させた。その後，テフロン片を炭素蒸着を行いつジルコンは，県内では阿賀野川流域に見られるSEMに付随したカソード・ルミネセンス装置で沼沢火山岩で発見されているだけである。ジルコ

CL画像を観察したンの双晶の研究は，村松(2008)によりSK030凝灰岩層に含まれるジルコン双晶の形態と分類が報

ジルコンの双晶告されているが、双晶の詳しい内部構造や形成過ジルコンの双晶について形態的特徴に二つに分程については、まだ報告されていない。今までは類される。一つは，板状で他も同じサイズの二つジルコンの観察を光学顕微鏡などで行われていたのジルコンが扇状に双晶面を結合面として結合しが，最近，走査電子顕微鏡による観察が行われている接触双晶である。接触双晶は二つの結晶がるようになりさらに詳しい形態が観察できるよ同じ接合面で接しそれが双晶面になっているもの

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で水晶(日本式双晶)や長石(アルバイト双晶)などによく見られる。ジルコンでは，結晶が互いに一定の角度で結合した双晶が見いだされる。双晶面を境に面対称として扇状の形態として観察される。これを扇型双晶と呼ぶ。扇型双晶は，柱面である{110}(a面)が大きく発達した扁平な二つの結晶が双晶面を境に面対称として扇状に観察される。このとき両者の結晶軸(ｃ軸)は115 になっている。さらに，扇型双晶は錘面の{110}及び{211}面の発達の状態から扇Ⅰ型と扇Ⅱ型に分類できる。両者の違いは，外側の錘面の角度がⅠ型では115 になっているがⅡ型では170 になっているおり，扇型Ⅱ双晶はｘ面の発達がなくなってい図２．ジルコンの多重連晶（SEM画像）る。扇状双晶の双晶面は{111}で実際の結晶面には存在しない面である。とも観察されている。図中ではで斜長石，ゼノタイムがジルコンと共生していることがわかる。このような群晶の見られるジルコンを含む火山岩や凝灰岩は珍しく報告例はない。
ジルコン双晶の内部構造
ジルコン双晶の形態については主に光学顕微鏡による研究を進めてきたが，結晶の内部構造についてはカソード・ルミネセンス画像（CL画像で最適である。長柱状，扁平状ジルコンをCL画像で見ると，図３で見られるように結晶の中心から濃度が変化する縞模様構像（累帯構造）が観察される。これは，ジルコン結晶の成長過程でジルコンに含まれる不純物質（U,Th,Hf,REEなど)

図１．ジルコンの双晶タイプの変化概念図の含有量や結晶構造に内在する格子欠陥などが関もう一つのタイプはｃ軸方向に伸びた扁平なジ係して形成されると考えられている。CL画像でルコンの{110}面に別の結晶がクサビ状に貫入し黒い部分は不純物元素を多く含み，薄いところでた形状を示す貫入双晶で，カリ長石やなどにみられる。ジルコンではクサビ型双晶と呼ぶ。クサビ型双晶は，主結晶に別の結晶が結晶軸（c軸）を互いに115 を保ちながらクサビ状に貫入しその先端の面が双晶面になっており，そのときの面も扇型双晶と同じ{111}になっている。結晶に貫入する別の結晶が単独のものと両方向から複数貫入するものがみられる。
多重連晶（群晶）
一般的にジルコンの多くは単独結晶として産出する場合が多いが、SK030のジルコンでは，複数の結晶の集合体として観察されることがある。図２で見られるように，複数の結晶が互いに双晶関係を持ちながら結合しているが，無秩序に結合しているものもある。この群晶の多くはジルコン

図３．長柱状ジルコン(A)及び扁平状ジルコン(B)及び双晶ジルコン(C)のCL画像のみで形成されているが，他の鉱物と共生するこ37

はその逆である。このことは，同じ縞模様の所は同時に形成されたものであり，その重なりが結晶の形成過程を表すと考えられる。このことは同じ模様の線（成長線）を追跡すれば，多少異なることもあるが，ジルコンの成長の過程を調べることになる。また，ジルコン双晶が成長していく過程を読み取ることができる。図３に見られるに，結晶の核から生まれるものは両者ともｐ面を錘面とする同じ長柱状結晶であるがそれが結晶の成長とともにＡはそのまま成長し，Ｂは錘面にｘ面が形成されａ面が大きく発達した扁平状結晶になったものである。
扇型双晶の形成
扇型双晶の形成過程は、図４に示されたように，まず双晶に関係ある結晶核が形成された
後，扇Ⅱ型に見られる二つの結晶がａ面の角度を115 を保ちながら互いのｃ軸方向に成長していく。始めに形成される面は，柱面としてa面，図５．クサビⅠ型のCL画像と成長過程模式図．

錘面としてｐ面からなる扇Ⅱ型である。さらに，結晶が成長するにつれて双晶面{111}に接していてくる。このように双晶は扁平状の結晶が板状にるａ面が徐々に小さくなり最後に消滅し，代わ結合したり挟まったりして同一面上に重なるようりに錘面であるｘ面が成長して，その結果CL画に形成されたものである。クサビⅡ型には，両方像に見られるような扇Ⅰ型双晶が形成される。に伸びるクサビ双晶の位置が離れるもの，双晶面扇Ⅱ型は始めに形成されたａ面とｐ面の結晶がで重なるもの、接合面形成過程は同じものと考えそのまま大きく成長した双晶である。

られる。
クサビ型双晶の形成過程は、図５のⅢ及びⅣでクサビ型双晶の形成

示されているように，先ず中心の核から結晶が始

図５のⅠはテフロンに埋め込まれたジルコン表

まり，柱面のａ面と錘面のp面だけをもつ長柱状面を約5μmを研磨したCL画像であるが，まだ双の結晶が形成される。この結晶がある大きさまで晶が顕れていない。これは，双晶の構造によるもが成長した段階で柱面の一点から主結晶に対してので，双晶は二重構造をしていると考えられる。

115 傾いた方向に{111}面を双晶面とする別の結厚さ20μmの約半分は双晶しておらず，さらに，晶が成長していく。これがクサビⅠ型双晶であ研磨していくと図Ⅱのようなクサビ型双晶が顕れる。この双晶が生まれる様子については図５のCL画像に成長過程が示されている。また，クサビⅠ型は図１で見られるように多少形状を異にする結晶がみられ，その例として５図Ⅳのように双晶面側が一方敵に大きくなっている双晶も同じように成長していることがわかる。なお，クサビ型双晶の形成過程で双晶面の他に接触面（接合面）が観察されるが，この面は主結晶に対して双晶面と同じ{111}であるが，形成された双晶鉱物ではａ面{110}であり，両者の関係ははっきりとした不連続と考えられる。このときのズレは双晶によって違うが，これが大きくなり片方が消滅すると扇型双晶へ連続的に変化するものと思われる（図７参照）。クサビⅡ型双晶はⅠ型と同じよう

図４．扇型のCL画像及び形成過程模式図．に中心核から成長した長柱状結晶が線対称になっ38

サビ状双晶（貫入双晶）の二つに分類される。双晶の形態に連続的な変化する中間型が存在するが，それらも一連の体系として捉えられることができた。
・ジルコンの双晶を，SEM-CLで観察した結果、結晶の内部の累帯構造が観察され複雑な双晶構造がわかってきた。これらの構造を解析することにより，双晶形態の多様化を成長過程をとして捉えることができた。

接合面

・今後,ジルコンの扁平結晶や双晶の原因につ接合面いて、TEMを利用して結晶学的な検討をしていきたい。また、ジルコンに含まれる微量元素がその原因の一部とも考えられるのでEPMAやEDSなどⅢで化学的分析を進めていきたい。
参考文献
Pupin,J.P.(1980).Zircon and granite petrology.
Contrib. Mineral.Petrol.,73, 206-220.
寺崎紘一(1986)，ジルコンの沼沢式双晶(仮称)と沼沢火山の活動（演旨）,日本地質学会第図６．クサビⅡ型のCL画像と成長過程模式図．

103年学術大会講演要旨, 272-272.
村松敏雄(2008),新潟県魚沼層群中のSK030に含ている二カ所から，両方向にクサビ鉱物が成長まれるジルコンの双晶について, フィッショしたものである。このとき成長していく鉱物は互

ン・トラックニュースレター,22, 64-68.

いに双晶面{111}或いはａ面が同一平面上になるように成長したものである。クサビⅡ型双晶には，双晶の位置が大きく離れるもの，双晶面で重なるもの，接合面で重なるものなどいろいろなタイプが見られる（図７参照）。クサビⅡ型には他に蝶型や花型などと呼ばれている複雑な双晶もあるが，形成過程は同じものと考えられる。
まとめと考察・ジルコンの双晶には様々な形を持つ結晶が観察され，形態的には扇状双晶（接触双晶）とク

図７．ジルコン双晶の分類別内部構造と形成過程の連続的変化模式図．

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