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Constraining timing of brittle deformation; A Case study from fault zones in Toki Granite, Japan

断層運動の年代制約; 土岐花崗岩中の断層におけるケーススタディ

山崎 誠子; Zwingmann, H.*; Todd, A.*; 山田 国見; 梅田 浩司; 田上 高広*

Yamasaki, Seiko; Zwingmann, H.*; Todd, A.*; Yamada, Kunimi; Umeda, Koji; Tagami, Takahiro*

断層岩中の自生粘土鉱物のK-Ar年代測定により、断層の活動時期が推定できる可能性が指摘されてきたが、測定試料中に原岩の砕屑物が混入することで年代値が古くなる等、前処理に課題が残されている。近年、より精細なサイズ分別と鉱物学的解析を併せた年代測定が試され、その有効性が示されてきているが、未だ適用性に関する知見が充分蓄積されているとは言い難い。本研究では、断層粘土のK-Ar年代測定法の適用性を検討するため、瑞浪超深地層研究所の主立坑の壁面で見られる土岐花崗岩中の断層から採取された2試料の断層岩のK-Ar年代測定を実施した。本断層は、上位の瑞浪層群を変位させていないことから20Ma以降は活動していないと考えられるが、詳細な年代はわかっていなかった。試料は4つの粒径に分離し、鉱物学的解析も併せて実施した。年代測定の結果、より細粒分ほど若い年代値を示し、新しい自生鉱物が高純度で含まれることが示唆された。また、XRD解析により年代値に影響する砕屑物が検出されなかったフラクションの年代は53-43Maであった。この年代は原岩の各種鉱物の年代から推定された土岐花崗岩の冷却史において、粘土鉱物が安定的に存在し脆性的な断層変形が起こりうる温度範囲とも調和的であり、本断層の活動時期として妥当だと考えられる。

Early studies highlighted the potential for determining the timing of brittle fault deformation using isotopic dating of authigenic illites in fault gouge. However, it has remained difficult owing to the possibility of contamination of detrital material. In recent years, precise size separation combined with mineral characterization of the gouge samples has demonstrated the suitability of illite K-Ar dating for constraining the timing of brittle deformation, but further investigation on various geological setting is needed. In this study, we present K-Ar age data from two gouge samples collected from the fault in the Cretaceous Toki granite, central Japan. The gouge samples were separated into four grain-size fractions and characterized by XRD, SEM, and TEM. The fine fractions give younger K-Ar ages, suggesting enrichment in more recently grown authigenic illites. The K-Ar ages of the fractions with no detectable contamination from detrital K-bearing minerals on XRD analysis range from 53 to 43 Ma. This age is consistent with the stability field of illite and the main temperature field of brittle deformation within the cooling history of Toki granite body, which was evaluated by the ages from the hostrock.

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