フィッション・トラック

ニュースレター 第26号

59-62

2013年

共通テーマセッション「考古学との連携」

第四紀ジルコンのU-Pb年代測定〜放射非平衡に関するU-Pb法再考〜

坂田周平*・平川晋輔*・岩野英樹**・檀原徹**・平田岳史*

Accurate U-Pb dating of Quaternary zircon using correction of theinitial isotope disequilibrium on U-Th-Pb decay series
Shuhei Sakata*・Shinsuke Hirakawa*・Hideki Iwano**
Tohru Danhara** and Takafumi Hirata**京都大学大学院理学研究科地球惑星科学専攻, Division of Earth and Planetary Sciences, Graduate
School of Science, Kyoto University**株式会社京都フィッション・トラック, Kyoto Fission-Track Co., Ltd.

はじめにる元素の，ジルコン中の濃度とマグマ中の濃度のウランやトリウムは，放射壊変の半減期が精密比で定義される．例えば，ソースマグマとジルコに決定されており，他の年代測定法に比べ正確なン間のUとThの分配比Dは次のように定義され絶対年代測定が可能である．またジルコンは化学る．

的に安定した鉱物であるとともに，ウラン・トリU
DZircon/Souce=Magma

ウムを高濃度で含み，また初生鉛を殆ど含まないため，ウラン-トリウム-鉛(U-Th-Pb)年代測定に適Initial
U ZirconInitial
U SouceMagmaした鉱物である．こうした特徴からジルコンのU-Th-Pb年代測定は様々な地質年代の決定に広く……(1)用いられてきた．分析技術の向上により，年代測定が可能な年代レンジが広がり，最近では若いジTh
DZircon/Souce=Magma

ルコン（<1Ma）も分析対象となっている．しかし若い試料では，U-Th-Pb放射壊変系列の非平衡

InitialZirconInitialSouce Magma

ThThの影響が無視できなくなる(Schärer, 1984)．本研……(2)

究では，第四紀ジルコンから正確なU-Th-Pb年代

ここでInitialはジルコン晶出時を示す．いま，測定を行う際に必要となる初生放射非平衡の補正

ThとUの分配比の違い（比）をƒTh/U，PaとUの係数を 232 Th- 208 Pb年代と見かけの 238 U- 206 Pb，分配比の違い（比）をƒPa/Uとおく．

235 U- 207 Pb年代の対比から決定した．放射非平衡を補正することで，U-Th-Pb年代測定法の適用範ƒTh U =囲は，46億年から10万年程度までに拡張可能となる．

Th
DZirconSource MagmaU
DZirconSource Magma……(3)放射非平衡の影響と補正係数の決定手法

U-Th-Pb法においては， 230Thと231Paの初生時

f Pa U =の放射非平衡が年代値に大きな影響を与える．
230 Thと 231 Paが放射平衡からどれだけずれている

Pa
DZirconSource MagmaU
DZirconSource Magma……(4)かはマグマとジルコンで230Th/238U比（Th/U比）

このƒを用いて放射非平衡の影響を考慮した年

および代とウラン-鉛同位体比の関係は以下の式で表せ231Pa/235U比（Pa/U比）がどれだけ分別したかる．

で決まる．これは，マグマとジルコン間での分配比（D）を用いて表すことができる．分配比はあ59

206Pb∗λ t( 238 Zircon ) = (e 238 −1)
U Zircon+λ238−λ t
λ t( fTh U −1)(1− e 230 )e 238
λ230……(5)207Pb∗
λ t( 235 Zircon ) = (e 235 −1)
U Zircon+λ235−λ t
λ t( f Pa U −1)(1− e 231 )e 235λ231

図1. U-Th-Pb年代測定結果：(a)Kiri02，(b)Bishop，(c)Togaの結果を示す．どの試料もジルコン形成時に放射非平衡の影響がないTh-Pb年代と比べると，238U-206Pb
年代は若めに 235 U- 207 Pb年代は古めの年代値が得られた．

……(6)補正係数ƒTh/U，ƒPa/Uを決定するには，ジルな鉱物の結晶化，化学組成分化を経ているため，コン中のTh/U比と，ジルコンを晶出したマグマのジルコン晶出時からTh/U比が大きく変動しているTh/U比が分かればよい．238U，235Uと232Thの半可能性がある(Amelin and Zaitsev, 2002)．ま減期が長いことから，若いジルコンに関しては，た，マグマ中でTh/U比が不均一である可能性もあ現在のジルコンのTh/U比を晶出時のジルコンのり，先行研究のように母岩のTh/U比をその場のマTh/U比とみなすことができる．一方，マグマのグマのTh/U比と考えることはできない．本研究でTh/U比に関しては，ジルコンを含む母岩バルクのは232Th-208Pb年代が放射非平衡の影響を受けないTh/U比を適用する例 (Ito et al., 2013; Reid et

こと(Barth et al., 1989)を利用し，ジルコンからal., 1997)や母岩中のメルトインクルージョンの232 Th- 208 Pb年代と 206 Pb/ 238 U比， 207 Pb/ 235 U比をTh/U比を適用する例 (Crowley et al., 2007)があ測定し，式(5)，(6)からƒTh/U，ƒTh/U値を算出る．しかし，ジルコンが晶出したマグマは，様々することとした．
試料と分析手法

本研究では霧ヶ峰流紋岩（及川・西来,2005），ビショップ・タフ（Hildreth, 1979），戸賀パミス（鹿野ほか, 2002），三瓶木次パミス（町田・新井, 1992）から分離した4種類のテフ
ラ由来ジルコン試料のU-Th-Pb分析を行った．
霧ヶ峰流紋岩（Kiri02），ビショップ・タフ（Bishop），戸賀パミス（Toga）の3試料は，それ ぞ れ 同 じ 母 岩 か ら 分 離 さ れ た サ ニ ディ ン の
40 Ar- 39 Ar年代及びジルコンのフィッション・ト

ラック年代（ZFT年代）が報告されている．ジルコン粒子の測定は，波長193nmのArFエキシマレーザーと高感度二重収束型ICP質量分析計を組み合わせて行った．測定の条件を表1にまとめた．
補正係数の決定Kiri02，Bishop，Togaの3試料の232Th-208Pb年

代，238U-206Pb年代，235U-207Pb年代の測定結果を図1と表2に示す（誤差は標準誤差の2倍）．得られた232Th-208Pb年代は，いずれも先行研究として60図2. コンコーディア図：(a)Kiri02，(b)Bishop，(c)Togaの3試料共にコンコーディア曲線の右側にデータが系統的に偏る．Pbの汚染・損失を経験しているのであればデータは直線を形成すると考えられるため，これはジルコン晶出時の放射非平衡による影響で，従来法で定義されたコンコーディア曲線が系統誤差を持っているためだと考えられる．

報告されている40Ar-39Ar年代と誤差範囲で一致した．これはマグマ中でのジルコン結晶の滞留時間が分析誤差で隠れる程度に短かったことを示唆する．図2はKiri02，Bishop，Togaから得られたUTh-Pb同位体データをコンコーディア図（横軸に207 Pb/ 235 U比，縦軸に 206 Pb/ 238 U比をとる）にプロットしたものである．図から3試料共に年代一致曲線の右側，232Th-208Pb年代との対比から見ると系統的に右下に偏ってプロットされていることがわかる．これは238U-206Pb，235U-207Pb放射壊変系列において，ジルコン形成時の非平衡の影響が無視できないことを意味している．232Th-208Pb年
代と比べて，238U-206Pb年代が系統的に若めに，また235U-207Pb年代が系統的に古めの値を示して

図3. SKジルコンの擬似コンコーディア図：縦軸に208Pb/232Th比，横軸に206Pb/238U比をとることで，非平衡の影響を受ける試料においても年代値の信頼性検証が容易になる．

いる．これは，ƒTh/Uは1より小さく，ƒPa/Uは1より大きいことを示唆する．238U-206Pb年代および 235 U- 207 Pb年代と， 232 Th- 208 Pb年代の対比より，式(5)，(6)からƒTh/U，ƒPa/Uの値を計算し第四紀ジルコンの年代測定例

た結果を表2に示す（誤差は標準誤差の2倍で表し

本研究ではKiri02，Bishop，Toga の3試料からている）．３試料を比べるとƒTh/Uの値は誤差範求めたƒTh/Uの平均値 (ƒTh/U = 0.51 11, 2SE)囲で一致した．一方，ƒPa/UはTogaが他の2つとが，ジルコン晶出時に普遍的な値であると仮定は大きく異なる値を示した．これはTogaの207Pb

し，このƒTh/U値を用いてSK（三瓶木次パミス）の信号強度が非常に小さかったために，わずかなジルコンのU-Th-Pb年代測定を試みた．コンコー

Pbの汚染が生じ，観測される235U-207Pb年代が系ディア曲線の算出にはƒTh/U値とƒPa/U値が必要

統的に古くなった可能性が指摘できる．となる．また，若いジルコンの207Pb/235U比測定

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では，207Pb信号が微弱となるため，統計誤差の影

Crowley J. L., Schoene B. and Bowring S.A.

響により繰り返し再現性が低くなる．このため，(2007) : U-Pb dating of zircon in the

通常のコンコーディア図では，207Pb/235U比に付

Bishop Tuﬀ at the millennial scale :随する大きな測定誤差のため，コンコーディア曲

Geology, 35, 1123-1126.

線上にプロットされるかどうかの判断が難しくな

Hildreth W. (1979) : The Bishop Tuﬀ :る．そこで筆者らは，通常のコンコーディア図でEvidence for the origin of compositional

用いられる 207 Pb/ 235 U比に代えて，横軸に 208 Pb/zonation in silicic magma chambers :232 Th比，縦軸に 206 Pb/ 238 U比をとった“擬似コンGeological Society of America Special

コーディア図”をSKジルコン測定値に適用したPaper, 180, 43-75.

（図3）．このプロットでは，208Pb/232Th比では

Ito H., Yamada R., Tamura A., Arai S., Horie

非平衡の影響が無視できるため補正の必要がな

K. and Hokada T. (2013) : Earthʼs youngest

く，ƒTh/U値が決定できればコンコーディア曲線

exposed granite and its tectonicが定義できる．またジルコン中の放射壊変起源

implications: the 10‒0.8 Ma Kurobegawa

208 Pb*は 207 Pb*よりも多いため，統計誤差に起因

Granite : Scientiﬁc Reports, 3, 1306.

する横軸の広がり（208Pb/232Th比のばらつき）が鹿野 和彦・大口 健志・林 信太郎・宇都 浩三・檀

小さくなる．これにより，コンコーディア曲線か原 徹 (2002) : 戸賀火山 : 東北日本, 男鹿半島らのずれ（すなわち，放射壊変系の閉鎖系）を正西端のアルカリ流紋岩質ダブリング : 火山,確に評価することができる．図3から，SKから得47(5), 373-396.

られたU-Th-Pb同位体データは，コンコーディア

町田 洋・新井 房夫 (1992) 火山灰アトラス [日本

曲線を中心に平均的に分布していることがわか列島とその周辺], 276.

る．これはSKジルコンが過去に顕著なPbの汚染

及川 輝樹・西来 邦章 (2005) : 霧ヶ峰火山のK-Arや損失を経験していないことを示唆するととも

年代 : 火山, 50(2), 143-148.に，SKジルコンについてもƒTh/Uの値がKiri02，Reid M. R., Coath C. D., Harrison T. M. andBishop，Togaと大きく変わらない事を表していMcKeegan K. D. (1997) : Prolonged

る．SKジルコンから求めたU-Th-Pb同位体データ

residence times for the youngest rhyolites

から年代計算（コンコーディア曲線に乗るデータ

associated with Long Valley Caldera:のみ使用，誤差は標準誤差の2倍）を行うと，230Th- 238U ion microprobe dating of young

232 Th- 208 Pb年代は90.4

zircons : Earth and Planetary Science

9.5ka，非平衡の補正を行った 238 U- 206 Pb年代は92.18.4kaとなった(表Letters, 150, 27-39.

2)．この値は，ジルコンフィッショントラック年
代（96Sarna-Wojcicki A. M., Pringle M. S. and26 ka, 檀原, 私信）と誤差範囲内で一致

Wijbrans J. (2000) : New 40Ar/39Ar age of

し，約10万年のジルコンに対して信頼性の高いthe Bishop Tuﬀ from multiple sites and238U-206Pb年代および232Th-208Pb年代が測定できsediment rate calibration for theることが示された．

Matuyalna-Brunhes boundary : Journal ofGeophysical Research, 105, 431-443.

文献

Schärer U. (1984) : The eﬀect of initial 230Th

Amelin Y. and Zaitsev A. N. (2002) : Precise

disequilibrium on young U-Pb ages: thegeochronology of phoscorites andMakalu case, Himalaya : Earth andcarbonatites: The critical role of U-series

Planetary Science Letters, 67, 191-204.

disequilibrium in age interpretations.

宇都 浩三・鹿野 和彦・石塚 治 (2010) : 男鹿半島

Geochimica et Cosmochimica Acta, 66,

戸賀火山, 戸賀軽石層中のサニディン斑晶の2399-2419.

レーザ融解 40 Ar- 39 Ar年代 : 火山, 55(4),Barth S., Oberli F., and Meier M. (1989) : U-201-206.

Th-Pb systematics of morphologically

弘原海 清・北田 奈緒子・Alan Deino (1994) : ガ

characterized zircon and allanite; a high-ラス 標 準 試 料 JA S - G 1 の A r - A r 年 代 測 定 :resolution isotopic study of the Alpine

フィッション・トラック ニュースレター, 7,

Rensen Pluton (northern Italy) : Earth and7-8.

Planetary Science Letters, 95, 235-254.

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