Behavior of rare earth elements during chemical alteration of deep granitic rocks at Tono, Central Japan

東濃地域の深部花崗岩の化学的風化における希土類元素の挙動

山本 祐平; 高橋 嘉夫*; 酒見 泰*; 水野 崇   ; 天野 健治  ; 濱 克宏 ; 清水 洋*

Yamamoto, Yuhei; Takahashi, Yoshio*; Sakami, Satoshi*; Mizuno, Takashi; Amano, Kenji; Hama, Katsuhiro; Shimizu, Hiroshi*

一般に花崗岩の化学的変質の程度を評価する指標としてはAl, Na, K, Caという主要元素を用いた指標が用いられることが多いが、深部花崗岩においては水岩石反応による花崗岩の変質が非常に緩やかであるために主要元素を用いた指標は感度が悪い。一方、希土類元素(REE)はさまざまな地球化学的プロセスのトレーサーとして有用な元素である。本研究では深部花崗岩と地下水の水岩石反応を評価する指標としてREEが有効かどうかを評価した。その結果、主成分元素を用いた変質の指標が利用できない極初期の変質においても、REEの相対存在度を用いた指標は有効であることがわかった。全岩化学分析と電子顕微鏡観察の結果から、変質過程におけるREEの挙動を支配している主な化学反応はリン酸塩鉱物の溶解沈殿であり、表層の花崗岩と同様であった。またリン酸塩鉱物に加えて、褐簾石もREEのホスト鉱物として重要な役割をはたしており、花崗岩中のREEの相対存在度はこれら複数の鉱物の溶解沈殿を考慮することでうまく説明できた。本研究の結果によって、REEは花崗岩以外の岩石においても水岩石反応を評価する指標として有効である可能性が示された。

Behavior of rare earth elements (REEs) in deep subsurface during groundwater-granite interaction was investigated using chemical analysis of bulk rock and microscopic observation. It was revealed that REEs provide information on chemical alteration of granite even in the early stage of alteration, when the chemical index of alteration using major element composition does not reflect the effect. The relationship between the relative shape of REE patterns and phosphorous concentration suggests that phosphate minerals play a significant role in the release and incorporation of REEs at depth in granite, as they do in the surface environment. Allanite also plays a role as a REE host phase in granite indicated by the similarities in the relative shape of REE patterns, especially those with steep slopes. The steep slope in REE patterns corresponds to fresh granite, whereas the gentle slope in REE patterns corresponds to relatively altered granite in terms of chemical alteration. Change in the REE host minerals as granite alteration progress has an effect on the relative shape of the REE pattern of granite. Slope of REE pattern of granite can be explained using the patterns of accessory minerals. Presence of the accessory minerals and their alteration were also observed by electron microscopic analysis. Our results demonstrate that, during granite alteration, behavior of REEs in deep subsurface depends on dissolution and precipitation of accessory minerals, similar to the behavior in surface environments.