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第四紀深成岩体の固結年代・深度に基づいた飛騨山脈黒部地域の削剥史末岡 茂; 河上 哲生*; 鈴木 康太*; 鏡味 沙耶; 横山 立憲; 芝崎 文一郎*; 長田 充弘; 山崎 あゆ*; 東野 文子*; King, G. E.*; et al.
フィッション・トラックニュースレター, (36), p.1 - 3, 2023/12
飛騨山脈黒部地域には、世界一若い露出プルトンである黒部川花崗岩体を含め、10-0.8Maの若い深成岩体が複数露出する。深成岩体が一般に地下数km以深で形成されることを考えると、削剥速度は数mm/yrないしそれ以上に達する可能性がある。しかし、これらの若い岩体の貫入やこれに伴う熱水活動等の熱擾乱のため、熱年代法による、冷却史に基づく削剥史の復元は簡単ではない。本研究では、地熱条件に依らない削剥評価のため、主に鮮新世から第四紀の深成岩体の固結年代と固結深度から、黒部地域の削剥史の復元を試みた。固結年代はジルコンU-Pb年代測定法、固結深度はAl-in-Hbl地質圧力計により推定した。計14試料から固結年代と固結深度のペアを得た結果、固結深度は約6-10kmでほぼ均一で、東西及び南北のいずれにも系統的な変化を示さなかった。この結果は、黒部-高瀬川破砕帯の東側の断層ブロックが、東に傾動したと考える従来のモデルとは不調和である。固結深度と固結年代のプロットから復元された削剥史は、約5.5-0.8Maにはほとんど削剥が起こらず、それ以降の時代に平均で約7-14mm/yrの急速な削剥が起こったことを示した。この結果は、ダム堆砂量や宇宙線生成核種法から推定された数十から数千年程度の侵食速度や、約1Ma以降に信濃大町方面で黒部地域からの花崗岩礫の供給が急増したことと矛盾しない。0.8Ma以降の黒部地域の急速な隆起・削剥の原因としては、東西圧縮応力の発現以降、黒部地域の地温が高い領域に沿って変位・変形が局在化した可能性が考えられ、現在、レオロジーと地温構造を考慮した変形シミュレーションによる検証を進めている。
King, G. E.*; Ahadi, F.*; 末岡 茂; Herman, F.*; Anderson, L.*; Gautheron, C.*; 塚本 すみ子*; Stalder, N.*; Biswas, R.*; Fox, M.*; et al.
Geology, 51(2), p.131 - 135, 2023/02
The exhumation of bedrock is controlled by the interplay between tectonics, surface processes, and climate. The highest exhumation rates of centimeters per year are recorded in zones of highly active tectonic convergence such as the Southern Alps of New Zealand or the Himalayan syntaxes, where high rock uplift rates combine with very active surface processes. Using a combination of different thermochronometric systems including trapped-charge thermochronometry, we show that such rates also occur in the Hida Mountain Range, Japanese Alps. Our results imply that centimeter per year rates of exhumation are more common than previously thought. Our thermochronometry data allow the development of time series of exhumation rate changes at the time scale of glacial-interglacial cycles, which show a fourfold increase in baseline rates to rates of 10 mm/yr within the past 65 k.y. This increase in exhumation rate is likely explained by knickpoint propagation due to a combination of very high precipitation rates, climatic change, sea-level fall, range-front faulting, and moderate rock uplift. Our data resolve centimeter-scale sub-Quaternary exhumation rate changes, which show that in regions with horizontal convergence, coupling between climate, surface processes, and tectonics can exert a significant and rapid effect on rates of exhumation.
河上 哲生*; 末岡 茂; 横山 立憲; 鏡味 沙耶; King, G. E.*; Herman, F.*; 塚本 すみ子*; 田上 高広*
Island Arc, 30(1), p.e12414_1 - e12414_11, 2021/01
被引用回数：4 パーセンタイル：32.69(Geosciences, Multidisciplinary)Solidification pressure and crystallization age of the ca 5 Ma Shiaidani Granodiorite (Hida Mountain Range, central Japan) are determined based on Al-in-hornblende geobarometry and U-Pb zircon dating. Al-poor patchy replacements developed in amphiboles are common in this granite and petrographic study revealed that the replacements include chloritized biotite and albitic plagioclase. These are probably the hydrothermally recrystallized domains, and should not be used for solidification pressure estimates. Magmatic rim of amphibole is characterized by Si 
7.3 a.p.f.u. (AlIV 
0.7 a.p.f.u.), and utilized in solidification pressure estimate that yielded 0.17-0.29 GPa. The solidification age of the granite is estimated as ca 5.6-5.2 Ma using U-Pb zircon dating. From these data, the lower limit of an average denudation rate after ca 5.6-5.2 Ma for the area where Shiaidani Granodiorite is exposed is estimated as 0.93-2.5 mm/year.
King, G. E.*; 塚本 すみ子*; Herman, F.*; Biswas, R. H.*; 末岡 茂; 田上 高広*
Geochronology (Internet), 2(1), p.1 - 15, 2020/01
石英の電子スピン共鳴(ESR)法は、岩石の冷却史の推定に有効な可能性が示唆されていたが検証が不十分だった。本研究では飛騨山脈の試料を用いてESR熱年代法の検証を行った。Al中心とTi中心の熱安定性は従来の予想より低く、長石のルミネッセンスと同程度と推定された。ESRデータから推定された熱史は、同じ試料のルミネッセンスデータから推定された熱史と同様のパターンを示した。一方、ESRの方がより長期間の熱史を復元することができ、石英のESR熱年代法が第四紀後期の地形発達史の解明に広く有用である可能性が示された。
Thiel, C.*; 塚本 すみ子*; 徳安 佳代子; Buylaert, J.-P.*; Murray, A. S.*; 田中 和広*; 白井 正明*
Quaternary Geochronology, 29, p.16 - 29, 2015/08
被引用回数：11 パーセンタイル：33.27(Geography, Physical)第四紀後期の隆起特性を評価するためには、堆積物の年代決定が重要である。本研究では、秋田県男鹿半島の海岸沿いの海成堆積物を用いて、堆積物中の石英および長石に対するルミネッセンス年代測定法の適用性について検証した。石英は、熱に不安定で、Linear modulated (LM)-OSL分析よりslow成分が卓越していることが示された。また、石英からは、堆積物に挟在する2つのテフラの年代と比較して、非常に若い年代値が得られた。カリ長石は、ドーズリカバリーテスト等の結果、225
Cのpost-IRIRSL信号を用いた場合に年代測定に適した鉱物であることが示されたが、篩い分けた粒径を基とした年間線量を年代値の算出に用いたところ、テフラの年代よりも若干、若い年代値が得られた。SEM解析により、長石粒子は小さな結晶を含んだ非晶質なものであることが分った。この場合、標準的な内部線量率を用いると、年間線量を過大に見積ることになる。そこで、以下の3つの年間線量のシナリオについて検討した。(1)篩い分けた粒径サイズ(90-180
m)で、カリウム(K)の含有量が12.5
0.5%、(2)SEM画像を基にした小さい粒径サイズ(4020m)で、Kの含有量が60.5%、(3)小さい粒径サイズ(4020m)で、Kの含有量が12.50.5%。その結果、(3)のシナリオがテフラ年代と最も調和的な年代値であった。
King, G.*; 末岡 茂; 塚本 すみ子*; Herman, F.*; Ahadi, F.*; Gautheron, C.*; Delpech, G.*; 田上 高広*
no journal, ,
飛騨山脈は最近約1Maに急速に隆起したフェーズを持っていると考えられているが、この時代には氷期-間氷期サイクルが卓越している。本研究では、極めて低い閉鎖温度を持つ2種類の熱年代学的手法(ルミネッセンス熱年代、電子スピン共鳴熱年代)を飛騨山脈で採取した19点の基盤岩試料に適用し、第四紀後期の削剥史の推定を試みた。両手法とも共通して、最近10万年間は急速な冷却を示した。地温勾配を60度/kmと仮定すると、削剥速度はMIS4には約10mm/yrだったのが、最近2万年間には約1-3mm/yrに減少しており、氷河侵食による影響が示唆された。
King, G.*; 末岡 茂; 塚本 すみ子*; Herman, F.*; Ahadi, F.*; Gautheron, C.*; Delpech, G.*; 田上 高広*
no journal, ,
熱年代学は、岩石の冷却速度を測定することで、削剥速度の推定が可能な手法である。近年発展したルミネッセンス熱年代は、光ルミネッセンス年代測定法を基にした手法で、100度以下の超低温領域の熱史の解明に加えて、1万年から10万年オーダーの時間スケールへの適用が可能である。本手法を飛騨山脈の基盤岩類に適用したところ、過去20万年間において約400度/100万年の急激な冷却が推定された。これらのデータを、先行研究によるより高温領域の熱年代学的データと組み合わせることで、より詳細な地形発達史の解明が期待できる。
King, G.*; 末岡 茂; 塚本 すみ子*; Herman, F.*; Ahadi, F.*; Gautheron, C.*; Delpech, G.*; 田上 高広*
no journal, ,
日本列島は地球上で最もテクトニクスが活動的な地域のひとつであり、湿潤な気候等と相まって、日本アルプスはテクトニクスと気候・侵食プロセスの関係を検討するのに適した地域である。本研究では、閉鎖温度が極めて低い光ルミネッセンス(OSL)熱年代および電子スピン共鳴(ESR)熱年代を飛騨山脈で採取した19試料に適用した。両者はいずれも過去100kaにおける急速な冷却を示した。地温勾配を60Cと仮定すると、MIS4では削剥速度は約10mm/yrに達したのに対し、過去20kaでは約1-3mm/yrに減少しており、寒冷・湿潤な時代における削剥速度の増加が示唆される。
Ahadi, F.*; Gautheron, C.*; Delpech, G.*; King, G.*; 末岡 茂; 塚本 すみ子*; Herman, F.*; 田上 高広*
no journal, ,
日本アルプスの飛騨山脈の隆起・削剥史の解明のため、ジルコン(U-Th-Sm)/He熱年代を適用した。長さ約10km、標高860-2889mの側線において12試料から31個の年代値が得られた。年代は2.7-0.13Maの値を取り、標高と明瞭な相関を示した。これらの結果は先行研究によるジルコンフィッション・トラック年代や光ルミネッセンス年代とも調和的である。年代-標高プロットからは、飛騨山脈北部における約2Ma以降の削剥速度の増加が示唆された。
King, G.*; 末岡 茂; 塚本 すみ子*; Herman, F.*; Ahadi, F.*; Gautheron, C.*; Delpech, G.*; 田上 高広*
no journal, ,
光ルミネッセンス(OSL)および電子スピン共鳴(ESR)熱年代は、近年発達した手法で、第四紀の侵食史の推定に有効である。本講演では、OSLおよびESR熱年代の概要と、日本アルプス北部の飛騨山脈における応用事例について紹介する。飛騨山脈は、世界で最も活動的な変動帯の一つである日本列島に位置し、3-1Ma以降に隆起したと考えらえている。基盤岩試料19点について両手法を適用したところ、100ka以降の急冷パターンが共通して得られた。地温勾配を60C/kmと仮定すると、削剥速度はMIS4では約10mm/yrであったが、過去20kaでは約1-3mm/yrに減少しており、寒冷・湿潤の気候下の方が侵食速度が速かったことが示唆される。
King, G.*; 末岡 茂; 塚本 すみ子*; Biswas, R.*; Herman, F.*; Ahadi, F.*; Gautheron, C.*; Delpech, G.*; 田上 高広*
no journal, ,
閉鎖温度が極めて低い熱年代手法(光ルミネッセンス法, 電子スピン共鳴法)を用いて、第四紀における飛騨山脈の削剥史の復元を試みた。いずれの測定結果からも、第四紀における急激な冷却・削剥が推定された。60C/kmの地温勾配を仮定すると、削剥速度は、MIS4では約10mm/yrだったのが、最近2万年間では約1-3mm/yrに減少した可能性がある。
Anderson, L.*; Bartz, M.*; King, G.*; Fox, M.*; Herman, F.*; Stalder, N.*; Biswas, R.*; 末岡 茂; 塚本 すみ子*; Ahadi, F.*; et al.
no journal, ,
Optically stimulated luminescence (OSL) and electron spin resonance (ESR) thermochronometry have the potential to resolve continuous erosion histories from rapidly eroding settings. These thermochronometers are viable over the past few hundred thousand to a million years. These time periods are defined by persistent oscillations between warm and cold states. During the Quaternary, fundamental questions about the relationship between climate and erosion remain unanswered. With further development, the OSL and ESR thermochronometers could answer these questions. To realize this potential new strategies are required to invert low-temperature thermal histories for erosion rates. Here, we explore the use of PeCUBE (Braun, 2003), a three-dimensional finite-element model that simulates heat conduction and advection in the upper crust. As a training dataset we use cooling histories derived from eight samples from the Tateyama region in the Hida Mountains of Japan. The flexibility of PeCUBE allows us to quantify the role of time varying surface temperatures between glacial and interglacial periods. In high-relief settings the three-dimensionality of the topography, for example between valleys and ridges, can substantially perturb rock temperatures. PeCUBE allows us to quantify and remove these confounding topographic effects. We additionally explore the role of changing topographic relief on time varying thermal fields and erosion rates. Lastly, we explore a generous range of model parameters to quantify the sensitivity and robustness of our inversions.
King, G.*; Bartz, M.*; Bossin, L.*; Wen, X.*; 塚本 すみ子*; Herman, F.*; 小形 学; 末岡 茂
no journal, ,
Electron spin resonance dating of quartz minerals offers a significant advantage over luminescence dating because of its later signal saturation. We are seeking to exploit this to build upon earlier studies in the development of a thermochronometry system capable of resolving rock cooling rates throughout the Quaternary. In order to determine a rock cooling history, it is necessary to constrain both signal accumulation and signal thermal loss robustly within the laboratory. We have collated a series of geological samples including rocks from boreholes that have known isothermal histories to investigate the potential of this technique. Our objective is to use the latter rocks to confirm the validity of our laboratory measurements and data-fitting/numerical models. Specifically, we have investigated known-thermal history samples from the MIZ1 borehole (Japan) and the KTB borehole (Germany). Preliminary data reveal that the ESR dose response and thermal decay of different quartz samples is highly variable.
King, G.*; 塚本 すみ子*; 末岡 茂; Herman, F.*; Ahadi, F.*; Gautheron, C.*; Delpech, G.*; 田上 高広*
no journal, ,
日本列島は世界でも有数の変動帯かつ湿潤地域であり、日本アルプスは地球上で最も盛んに削剥が進行している地域の一つである。日本アルプスの削剥史の解明は、単に本地域のテクトニクスの解明のみならず、テクトニクスと気候変動の相互作用の理解にも有用と期待される。本講演では、OSL(光ルミネッセンス)熱年代やESR(電子スピン共鳴)熱年代と言った、極めて低い閉鎖温度を持つ新たな熱年代計を用いた、日本アルプスの削剥史推定の試みについて紹介する。飛騨山脈の黒部地域では、全19地点(高熱隧道の4地点含む)で試料を採取しており、これらから得られた年代データと、他手法による既報年代から過去約300万年間の削剥史を統合的に解明中である。
Bartz, M.*; King, G. E.*; Herman, F.*; Anderson, L.*; 末岡 茂; 塚本 すみ子*; 田上 高広*
no journal, ,
To resolve exhumation histories of the Japanese Alps throughout the Quaternary, we investigate the potential of ultra-low temperature thermochronometers based on the luminescence of feldspar minerals and electron spin resonance (ESR) of quartz minerals, in combination with inverse modelling to derive rock cooling rates and exhumation rates histories at 10
-10
years timescales. We focus on the Tateyama region in the Hida range of the Japanese Alps. In total, 19 new samples were analyzed by luminescence and ESR thermochronometry. While most luminescence signals have already reached saturation, ESR signals (Al and Ti centres) still grow with dose and are suitable for determining finite exhumation rates in the Tateyama region. We used the ESR single aliquot regenerative additive (SARA) dose protocol for dose evaluation including protocol optimization (i.e., preheat-plateau test). We checked for sensitivity changes due to the high-temperature annealing step within the SARA procedure using SARA vs. single aliquot additive dose response, repeated dose points (i.e., recycling ratio) and dose recovery of an artificially zeroed sample. Thermal stabilities of the ESR signals were analysed by using isothermal decay experiments and simulations of the isothermal decay using the experimentally constrained kinetic parameters. Our experiments showed insignificant sensitivity changes during measurements, resulting in Al and Ti ages of between 0.3-0.9 Ma and 0.5-1.1 Ma, respectively. In general, thermal stability is lower for the Al centre compared to that of the Ti centre but simulations yielded valuable thermal stability over Quaternary timescales for both ESR centres. Inversions reveal rock cooling rates on the order of 30-80 deg. C/Ma, much lower than those of the luminescence thermochronometry technique, which helps to resolve erosion rates histories on the order of few mm/a. Thus, preliminary erosion rates of 1 mm/a within the past 1 Ma could be inverted.
末岡 茂; 河上 哲生*; 鈴木 康太*; 鏡味 沙耶; 横山 立憲; 芝崎 文一郎*; 長田 充弘; 山崎 あゆ*; 東野 文子*; King, G. E.*; et al.
no journal, ,
Exposure of young ( a few Ma) plutons have been reported in mobile belts, such as, along subduction zones in the Western Pacific, implying a rapid exhumation in the last few million years. We reconstructed exhumation history of the Pliocene-Pleistocene plutons in the Kurobe area, central Japan, for better understanding of exhumation process and mechanism of such young plutons. Because low-temperature thermochronology is difficult to extract an exhumation history in the Kurobe area due to the complex thermal history/structure related to the recent granitic intrusions, we constrained the exhumation history based on solidification depths and dates of the plutons obtained by using Al-in-hornblende geobarometry and zircon U-Pb geochronometry, respectively. The solidification depths obtained range c.a. 6-10 km regardless of location and solidification age, suggesting a uniform and subvertical exhumation after the solidification of the youngest pluton (c.a. 0.8 Ma). The mean exhumation rate since c.a. 0.8 Ma was computed to be c.a. 7-14 mm/yr, which is consistent with the shorter-term erosion rates obtained by other methods. This rapid and local exhumation might be attributable to localization of deformation along the hot and weak crust along the Kurobe area related to the high-temperature geothermal conditions. This interpretation is being verified by using numerical modeling incorporating the rheology, geothermal conditions, and horizontal compression.
King, G. E.*; Wen, X.*; Bartz, M.*; Bossin, L.*; 塚本 すみ子*; Li, Y.*; Herman, F.*; 小形 学; 末岡 茂
no journal, ,
Whereas the luminescence thermochronometry system is limited to areas experiencing very rapid rock cooling (exhumation) of 10s of mm/yr, our data indicate that ESR thermochronometry can resolve rates of 1 mm/yr over Quaternary timescales. To determine a rock cooling history using ESR thermochronometry, signal accumulation and signal thermal loss must be robustly determined within the laboratory. We have collected a series of borehole samples with known isothermal histories to investigate the potential of this technique. Our objective is to use the latter rocks to confirm the validity of our laboratory measurements and data-fitting/numerical models by using the ESR-thermochronometry method to recover their known in-situ temperatures. Specifically, we have investigated known-thermal history samples from the MIZ1 borehole (Japan) and the KTB borehole (Germany). Preliminary data reveal that the ESR dose response and thermal decay of different quartz samples is highly variable. Whereas the Al-centre of some samples exhibits linear dose response to laboratory irradiation up to 15 kGy, the Al-centre of other samples exhibits exponential, or double-exponential growth and saturates at doses of 3-4 kGy. The Ti-centre of most samples is well described by a single saturating exponential function, however samples from the MIZ1 borehole exhibit pronounced sublinearity in the low-dose response region. Furthermore, whereas for some samples the Al-centre is less thermally stable than the Ti-centre, for other samples the inverse is observed. These observations suggest that a uniform measurement protocol and data-fitting approach may not be appropriate for quartz ESR data.
Malatesta, L.*; 末岡 茂; 片岡 香子*; 小松 哲也; 塚本 すみ子*; Bruhat, L.*; Olive, J.-A.*
no journal, ,
On January 1st 2024, a Mw 7.6 earthquake shook the Noto Peninsula on the Sea of Japan coast of Central Japan. A large number of landslides and rockfalls dissected the road network. Liquefaction damaged infrastructure up to 150 km away from the epicenter. Meter-scale coseismic uplift modified the northern shoreline with displacement of the coastline by up to 200 m seaward discernible on SAR and aerial image data. At the time of abstract submission, we only have limited preliminary observations. It appears that the Noto Earthquake ruptured the same or adjacent fault to the May 5 2023 Mw 6.5 earthquake and was in the vicinity of the March 25 2007 Mw 6.9 Noto earthquake. Coseismic displacement measured geodetically shows uplift of up to +3-4 m (SAR) in the northwest of the peninsula, and +1.06 m (GPS) in the main town of Wajima-shi. The uplift magnitude decreases gradually to the SE. The uplift is near zero (SAR) or -0.3 m (GPS) on Noto Island 30 km to the south of the town of Wajima. Surface deformation goes back to near zero (GPS) a further 20 km to the south. The coseismic deformation pattern broadly reflects the deformation recorded in the Noto landscape. Long-term moderate rock uplift in the north gives way to a complex history of long-term slow uplift around Noto Island that likely includes sustained episodes of subsidence, highlighted by its sinuous "drowned" coastline. Along the western shore, marine terraces presumed to be 120 ka (last Interglacial) show a gradient in elevation also decreasing to the south. In the north, the newly emerged platform does not have a higher marine terrace counterpart. This may reflect the relationship between high wave power and moderate rock uplift resulting in the long-term retreat of the coastline and erosion of any terrace. The Noto Peninsula also holds widespread evidence of drainage reorganization that would reflect varying boundary conditions, in particular rock uplift, in deeper time beyond 100s ka.
Malatesta, L.*; Weiss, N.-M.*; 石村 大輔*; Gailleton, B.*; 西村 卓也*; 高橋 直也*; 塚本 すみ子*; 小松 哲也; 岩佐 佳哉*; 末岡 茂; et al.
no journal, ,
本発表では、令和6年能登半島地震において発生した沿岸部の地形変化、特に隆起分布について着目し、それらと更新世の海成段丘群の高度分布との比較から、過去約100万年間の能登半島におけるテクトニクスや変動地形について考察した。
Bartz, M.*; King, G.*; Anderson, L.*; Herman, F.*; 末岡 茂; 塚本 すみ子*; Ahadi, F.*; Gautheron, C.*; Delpech, G.*; Schwarz, S.*; et al.
no journal, ,
Electron spin resonance (ESR) thermochronometry has the potential to resolve continuous erosion histories from rapidly eroding settings over 10 time scales. These time periods are defined by persistent oscillations between warm and cold states. However, questions about the relationship between climate and erosion remain unanswered. We further develop ESR thermochronometry of quartz (Al and Ti centres) to answer these questions in the Tateyama region in the Hida Mountains of Japan. In the result, the Al and Ti centres in quartz can successfully be inverted to unravel rock cooling histories. As future work, all ESR signals will be converted together with OSL data, providing further constraints on their thermal histories.
