Growth processes of zircon crystals in a granitic magma chamber, variation in U-Pb age, titanium concentration, and Th/U in relation to internal texture

ジルコンU-Pb年代、Ti濃度、Th/U比と内部組織の関係から明らかにする花崗岩マグマ溜り中でのジルコンの成長プロセス

湯口 貴史*; 遠藤 京香*; 鈴木 哲士*; 小北 康弘  ; 坂田 周平*; 横山 立憲   ; 井村 匠*; 大野 剛*; 笹尾 英嗣   

Yuguchi, Takashi*; Endo, Kyoka*; Suzuki, Satoshi*; Ogita, Yasuhiro; Sakata, Shuhei*; Yokoyama, Tatsunori; Imura, Takumi*; Ono, Takeshi*; Sasao, Eiji

花崗岩質マグマ溜りプロセスの解明のために、東北日本、北上山地の久喜花崗岩体に産出するジルコンの成長の特徴を明らかにした。分離ジルコンの複数断面と薄片中のジルコンに基づいて、ジルコンU-Pb年代、Ti濃度、Th/U比とジルコンの内部組織とを3次元的に関連付けるとともに、他の鉱物との晶出順序について検討した。ジルコンの内部組織には、低ルミネッセンスの均質なコア(LLC)と反復累帯構造(OZ)が見られた。LLCとOZはそれぞれ900-800C、850-700Cの結晶化温度を有し、LLCのTh/U比はOZよりも高い。これは、マグマ溜りの冷却に伴う漸進的な分別結晶作用によりLLCからOZへの遷移を生じたことを示唆する。分別結晶作用が進行し、マグマ温度の低下により拡散速度が減少することが、界面反応律速によるLLCの形成から拡散律速によるOZの形成への遷移を引き起こしたと考えられる。薄片での分析では、異なる鉱物に含まれるジルコンでは異なるTh/U比を有することがわかった。周辺鉱物によるTh/U比や結晶化温度の違いは、広い温度範囲にわたるマグマ分化や鉱物の結晶化を明らかにすることに有用である。

This study described the growth characteristics of zircon crystals in the Kuki granite from the Kitakami Mountains in northeastern Japan as the key for elucidating granitic magma chamber processes. Using two approaches, analyses based on multiple sections of separated zircon crystals and thin-section-based zircon crystal analyses, we determined the characteristics of the 3D internal structure of the crystals, variations in U-Pb age, Ti concentrations, and Th/U in relation to crystal texture, and the crystallization sequence between zircon crystals and other minerals within the magma chamber. The textures, which occupy a large proportion of zircon, comprise low luminescence homogeneous cores (LLCs) and oscillatory zoning (OZ). The 3D distribution of the zircon internal structure can be classified into three types: Type 1 zircon comprising LLCs and the surrounding OZ and Types 2 and 3 zircon crystals composed entirely of OZ from the cores to the rims and characterized by brightness and darkness cores, respectively. LLC and OZ grew at temperatures from approximately 900 to 800C and 850 to 700C, respectively, and LLC has a higher Th/U than that of OZ, indicating that fractional crystallization progression as the magma chamber cooled resulted in the transition from LLC to OZ. In the progression of fractional crystallization, the diffusion rate deceleration with decreasing magma temperatures triggered the transition from interfacial reaction-controlled growth producing LLC to diffusion-controlled growth producing OZ. In the thin-section analysis, zircon crystals which contained in different minerals are characterized by different Th/U values. The variation in Th/U and the crystallization temperature of zircon crystals considering the surrounding minerals can be used to elucidate the differentiation and mineral crystallization in magma chamber processes over a wide range of temperature conditions.