Presentation Information
[R7P-08]Raman spectroscopy of fluid inclusions in olivine from the Abukuma Mountains, NE Japan: Implications for the origin of ultramafic rocks and fluid evolution during serpentinization
*Arisa Suwa1, Toshiaki Tsunogae2, Kei Ikehata2 (1. Degree Program in Geosciences, University of Tsukuba, 2. Institute of Life and Environmental Sciences, University of Tsukuba)
Keywords:
fluid inclusion,serpentinite,olivine,Abukuma Mountains,Raman spectroscopy
阿武隈山地は東北日本の棚倉構造線と双葉断層の間に位置し、主に白亜紀深成岩類および変成岩から構成され、小規模ながら主に蛇紋岩からなる超苦鉄質岩体が多数分布している（Hiroi et al., 1998）。蛇紋岩は、かんらん岩などの超苦鉄質岩の加水反応（蛇紋岩化作用）によって形成され、形成時に周囲の岩石を取り込みながら上昇するため、地下深部の貴重な情報を記録する重要な岩石である。阿武隈山地における超苦鉄質岩の起源については、丸森地域・摺上地域では火山弧または中央海嶺起源、大辷山ではオフィオライトの火成層序下部、西堂平地域では火山弧起源と考えられている（町田・石渡, 2013; 佐藤・石渡, 2015; Yoneguchi et al., 2021）。しかし、これらの超苦鉄質岩が阿武隈山地へどのように併入したのかに関しては未解明である。
そこで、本研究は阿武隈山地の超苦鉄質岩を対象に電子線マイクロアナライザー（EPMA）による鉱物の化学分析および顕微ラマン分光装置による流体包有物の流体分析を実施し、これらの化学分析結果に基づいて阿武隈山地における超苦鉄質岩の起源と併入過程を検討する。
阿武隈山地の二本松地域、里白石地域、大辷山から採取した超苦鉄質岩試料は、いずれも自形から半自形のかんらん石を豊富に含み、かんらん石を取り囲むように蛇紋石脈が発達していた。滑石、クロムスピネル、クロム鉄鉱、緑泥石、磁鉄鉱なども少量含んでいた。クロムスピネルおよびクロム鉄鉱の化学組成をKamenetsky et al. (2001) の判別図に適用した結果、これらの超苦鉄質岩はsuprasubduction zone peridotiteに分類された。さらに、かんらん石中の二次流体包有物に対してラマン分光分析を行ったところ、二本松地域と里白石地域の超苦鉄質岩は水素および／またはメタンを含んでいた一方で、水と二酸化炭素は検出されなかった。これらの結果から、阿武隈山地の超苦鉄質岩では次の反応が起きていたと考えられる：（1）マントルウェッジを構成するかんらん岩の減圧により二酸化炭素が放出される、（2）かんらん石が（1）の二酸化炭素とマントルウェッジ内の水を含む混合流体を二次流体包有物として取り込む、（3）蛇紋岩化作用の進行に伴い、水が水素に還元される、（4）水素が二酸化炭素と反応して、メタンが生成される、（5）二次流体包有物内の二酸化炭素と水が消費されるまで（4）の反応が進行する、（6）最終的な反応生成物としてメタンおよび／または水素が流体包有物として保存される。同様の蛇紋岩化作用伴う水素生成メカニズムはオマーンのオフィオライトにおいても報告されている（Miura et al., 2011）。以上のことより、二本松地域および里白石地域では、マントルウェッジ起源のかんらん岩が上昇・蛇紋岩化作用を経て阿武隈山地に併入し、その過程で流体包有物としてメタンおよび／または水素を保存したと考えられる。
引用文献
Y. Hiroi, S. Kishi, T. Nohara, K. Sato and J. Goto (1998) Cretaceous high-temperature rapid loading and unloading in the Abukuma metamorphic terrane, Japan. Journal of Metamorphic Geology, 16, 67–81.
V. S. Kamenetsky, A. J. Crawford and S. Meffre (2001) Factors Controlling Chemistry of Magmatic Spinel: an Empirical Study of Associated Olivine, Cr-spinel and Melt Inclusions from Primitive Rocks. Journal of Petrology, 42 (4), 655–671.
町田怜史, 石渡 明 (2013) クロムスピネルの化学組成から推察する東北地方の小規模超苦鉄質岩体のテクトニクス. 岩石鉱物科学, 42, 1–11.
M. Miura, S. Arai and T. Mizukami (2011) Raman spectroscopy of hydrous inclusions in olivine and orthopyroxene in ophiolitic harzburgite: Implications for elementary processes in serpentinization. Journal of Mineralogical and Petrological Sciences, 106 (2), 91–96.
佐藤勇輝. 石渡 明 (2015) 阿武隈変成帯中に露出する沈み込み帯域オフィオライト断片の岩石学. 岩石鉱物科学, 44, 239–255.
Y. Yoneguchi, T. Tsunogae, K. Takahashi, K. G. Sakuwaha and K. Ikehata (2021) Pressure-temperature evolution of andalusite-kyanite-sillimanite-bearing pelitic schists from Nishidohira, southern Abukuma Mountains, Northeast Japan: Implications for Cretaceous rapid burial and exhumation in the Northeast Asian continental margin. Lithos, 406–407, 106522.
そこで、本研究は阿武隈山地の超苦鉄質岩を対象に電子線マイクロアナライザー（EPMA）による鉱物の化学分析および顕微ラマン分光装置による流体包有物の流体分析を実施し、これらの化学分析結果に基づいて阿武隈山地における超苦鉄質岩の起源と併入過程を検討する。
阿武隈山地の二本松地域、里白石地域、大辷山から採取した超苦鉄質岩試料は、いずれも自形から半自形のかんらん石を豊富に含み、かんらん石を取り囲むように蛇紋石脈が発達していた。滑石、クロムスピネル、クロム鉄鉱、緑泥石、磁鉄鉱なども少量含んでいた。クロムスピネルおよびクロム鉄鉱の化学組成をKamenetsky et al. (2001) の判別図に適用した結果、これらの超苦鉄質岩はsuprasubduction zone peridotiteに分類された。さらに、かんらん石中の二次流体包有物に対してラマン分光分析を行ったところ、二本松地域と里白石地域の超苦鉄質岩は水素および／またはメタンを含んでいた一方で、水と二酸化炭素は検出されなかった。これらの結果から、阿武隈山地の超苦鉄質岩では次の反応が起きていたと考えられる：（1）マントルウェッジを構成するかんらん岩の減圧により二酸化炭素が放出される、（2）かんらん石が（1）の二酸化炭素とマントルウェッジ内の水を含む混合流体を二次流体包有物として取り込む、（3）蛇紋岩化作用の進行に伴い、水が水素に還元される、（4）水素が二酸化炭素と反応して、メタンが生成される、（5）二次流体包有物内の二酸化炭素と水が消費されるまで（4）の反応が進行する、（6）最終的な反応生成物としてメタンおよび／または水素が流体包有物として保存される。同様の蛇紋岩化作用伴う水素生成メカニズムはオマーンのオフィオライトにおいても報告されている（Miura et al., 2011）。以上のことより、二本松地域および里白石地域では、マントルウェッジ起源のかんらん岩が上昇・蛇紋岩化作用を経て阿武隈山地に併入し、その過程で流体包有物としてメタンおよび／または水素を保存したと考えられる。
引用文献
Y. Hiroi, S. Kishi, T. Nohara, K. Sato and J. Goto (1998) Cretaceous high-temperature rapid loading and unloading in the Abukuma metamorphic terrane, Japan. Journal of Metamorphic Geology, 16, 67–81.
V. S. Kamenetsky, A. J. Crawford and S. Meffre (2001) Factors Controlling Chemistry of Magmatic Spinel: an Empirical Study of Associated Olivine, Cr-spinel and Melt Inclusions from Primitive Rocks. Journal of Petrology, 42 (4), 655–671.
町田怜史, 石渡 明 (2013) クロムスピネルの化学組成から推察する東北地方の小規模超苦鉄質岩体のテクトニクス. 岩石鉱物科学, 42, 1–11.
M. Miura, S. Arai and T. Mizukami (2011) Raman spectroscopy of hydrous inclusions in olivine and orthopyroxene in ophiolitic harzburgite: Implications for elementary processes in serpentinization. Journal of Mineralogical and Petrological Sciences, 106 (2), 91–96.
佐藤勇輝. 石渡 明 (2015) 阿武隈変成帯中に露出する沈み込み帯域オフィオライト断片の岩石学. 岩石鉱物科学, 44, 239–255.
Y. Yoneguchi, T. Tsunogae, K. Takahashi, K. G. Sakuwaha and K. Ikehata (2021) Pressure-temperature evolution of andalusite-kyanite-sillimanite-bearing pelitic schists from Nishidohira, southern Abukuma Mountains, Northeast Japan: Implications for Cretaceous rapid burial and exhumation in the Northeast Asian continental margin. Lithos, 406–407, 106522.