Petrography and geochronology of the Kuki granite, Kitakami mountains, northeastern Japan; Shallow crustal intrusion and emplacement processes of granitic magma

東北日本、北上山地、久喜花崗岩の岩石学・年代学; 花崗岩質マグマの地殻浅部への貫入・定置プロセス

鈴木 哲士*; 湯口 貴史*; 石黒 啓斗*; 遠藤 京香*; 加藤 あすか*; 横山 公祐*; 小北 康弘 ; 横山 立憲   ; 坂田 周平*; 大野 剛*; 笹尾 英嗣   

Suzuki, Satoshi*; Yuguchi, Takashi*; Ishiguro, Keito*; Endo, Kyoka*; Kato, Asuka*; Yokoyama, Kosuke*; Ogita, Yasuhiro; Yokoyama, Tatsunori; Sakata, Shuhei*; Ono, Takeshi*; Sasao, Eiji

沈み込み帯における火成活動は、地下深部での熱や物質の供給の観点から重要な地質現象である。火成活動がとりわけ大規模であった時期(フレアアップ)には、大量のマグマが生成されることで大陸地殻の発達・進化が促進されたと考えられるが、詳細なマグマ溜りプロセスについての理解は乏しい。そこで本研究では、フレアアップ期の沈み込み帯におけるマグマ溜りプロセスの時空間変化を明らかにすることを目的とし、北上山地の白亜紀深成岩体のひとつである久喜花崗岩体の岩石学的、年代学的研究を行った。久喜岩体の標高ごとの岩石サンプルのモード組成や全岩化学組成は、久喜岩体での鉛直方向の分別結晶作用が生じたことを示唆する。ホルンブレンドに対して地質温度圧力計を適用したところ、定置深度は約10km、温度条件は800Cから730Cとなった。ジルコンに対するU-Pb年代・Ti濃度定量分析の結果から、久喜岩体は約125Maに900Cから700Cまでの冷却を受けたことが明らかとなった。また、ジルコンのTh/U比と結晶化温度の関係から、900Cから800Cまでに分別結晶作用が大きく寄与したこと、岩体の深度方向でその傾向が一様であることが示唆される。

Understanding the crustal evolutionary dynamics of island arc-trench systems requires a thorough evaluation of magma chamber processes, and especially of shallow crustal granitic magma intrusion and emplacement processes. To address this, we studied the petrography and geochronology of the Kuki granite, Kitakami Mountains, northeast Japan, as an example of a non-adakitic granite at the magmatic flare-up stage. Granitic borehole samples reflect vertical variation within a magma chamber. Whole-rock chemical composition and mode data reveal a vertical transition from felsic to mafic composition with increasing depth, potentially due to gravitational fractionation of crystals in the magma chamber. The pressure and temperature history of the Kuki granite indicates no change in the magma depth with cooling from 800 to 730C, and geobarometric calculations indicate the emplacement of magma at a depth of approximately10 km. Simultaneous determination of the zircon U Pb age, Ti concentration, and Th/U yields 1) the time temperature history of granitic magma before its solidification, and 2) the correlation between temperature and Th/U in the magma. The magma chamber cooled from ca. 900 to 700C at approximately 125 Ma. The change in Th/U with temperature indicates greater fractional crystallization in the magma chamber at temperatures above 800C than below 800C. Samples from different depth exhibit common tendencies in terms of the relationship between Th/U and temperature, indicating the same system of fractional crystallization throughout the cooling magma chamber.