世界が注目する変成岩地域の地質図が完成

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四国山地の成り立ちを語る5万分の1地質図幅「本山」を刊行

2019-07-31 産業技術総合研究所

ポイント

  • プレート沈み込み境界の深部(深さ10-60 km)の岩石が複雑に折り重なった地質構造として露出
  • 世界中の来訪者が、地質図幅を片手に、プレート沈み込み帯深部の世界へアクセス可能
  • 特定の地層で多数の地すべり地形を確認、防災・減災対策などの基礎資料として活用可能

概要

国立研究開発法人 産業技術総合研究所【理事長 中鉢 良治】(以下「産総研」という)地質調査総合センター 地質情報研究部門【研究部門長 田中 裕一郎】地殻岩石研究グループ 遠藤 俊祐 客員研究員 兼国立大学法人 島根大学【学長 服部 泰直】准教授と国立大学法人 高知大学【学長 櫻井 克年】横山 俊治 名誉教授は、高知県北部の「本山」地域での地質調査・研究の成果として、世界が注目する変成岩の地質構造を示した5万分の1地質図幅「本山」を刊行する。

ジュラ紀から白亜紀(約2億年前から9000万年前)の時代、海洋プレートが大陸プレートの下に沈み込む場所「沈み込み帯」では、海洋プレート上の堆積物や岩石が地下10-60 kmの深さまで引きずり込まれ、大陸の下に付加した。この一連の過程を経験した岩石が四国山地の一角である本山地域に、複雑に折り重なった地質構造として露出していることを本研究で明らかにした。さらに多数の地すべり地形がこれらの地層にあり、地形や地質と密接な関係があることを示した。地質図幅「本山」の刊行により、本山地域において地下深部を旅してきた各時代の岩石の分布や構造が明確になった。この地質図幅を手に、直接見て、触れられるプレート沈み込み帯深部の世界へアクセスできる。また、学術研究の基礎資料としてだけでなく、防災・減災対策、土木・建築、観光資源などへの活用が期待される。

概要図

5万分の1地質図幅「本山」とプレート沈み込み境界の概要図

研究の社会的背景

高知県北部(一部、愛媛県を含む)の本山地域には、四国を縦断する高知道や土讃線、四国の水がめである早明浦ダムといった重要な社会インフラがある。さらにこの地域は、多くが急峻な地形であることから、白髪山などの登山や吉野川水系の自然景観、棚田によるブランド米作りといった観光や産業も進められている。また、豪雨のたびに地すべりなどの地盤災害が発生し、南海トラフ地震による被害も危惧されることから、地質情報整備の必要性が高かった。

日本列島は約5億年前から現在まで、沈み込み帯の上で発達してきた。プレート沈み込み境界の浅部には付加体と呼ばれる海洋プレート上の堆積物や岩石が陸側へ押し付けられた地層が形成され、深く引きずり込まれた岩石は高圧変成岩に変化する(概要図)。

本山地域には、約2億年前以降のジュラ紀の付加体が分布する「秩父(ちちぶ)帯北帯」、前期白亜紀の高圧変成岩が分布する「御荷鉾(みかぶ)帯」、約9000万年前の後期白亜紀の高圧変成岩が分布する「三波川(さんばがわ)帯」に分けられる(図1)。年代が異なるこれら3つの地質帯は、四国山地を含め、西南日本に約800 kmにわたって帯状に分布する。日本列島の成り立ちを理解するうえで非常に重要となるこれら3つの地質帯が模式的に露出する地域として、その詳細な地質図を作成する必要があった。また、本山町を流れる汗見川は、三波川帯を中心として高圧変成岩の詳細な研究が行われており、現在も最新の研究が進められている地域として、世界的にも注目されている。

研究の経緯

産総研 地質調査総合センターは国の施策に基づき、全国各地の地質を調査・研究し、5万分の1地質図幅の整備を進めてきた。日本列島の成り立ちを探るための学術資料としても、防災・減災、土木・建築、資源開発、観光振興、環境保全などの幅広い分野での基礎資料としても、地質情報整備は必要不可欠である。

本山地域は、社会インフラ整備や観光振興などの観点から重要であるほか、日本列島や西南日本の地質の成り立ちの解明や、プレート沈み込み帯での地質現象の理解など学術的にも重要で、平成25年度から綿密な地質調査・研究に取り組んできた。

図1

図1 本山地域の地質の概略
左は本山地域の地質図の概要。赤点線は変成作用の温度・圧力にもとづく区分。
右は各ユニットの年代を示した図。色は左の地質図に対応。

研究の内容

本山地域で、それぞれの地層を構成する岩石が「いつ」、「どのように」してプレート沈み込み境界を旅して、四国山地に現れたのかを明らかにするため、幾度も現地調査を実施し、露頭観察・岩石試料採取や研究室での詳細な試料分析を行って、岩石の種類やその分布、地質構造を明らかにした。共通の特徴をもつ岩石群をもとに本山地域の基盤地質を8つの「ユニット」に区分し、それぞれのユニットが海底に堆積した時代や、プレート沈み込み境界で高圧変成岩となった時代とその際の温度・圧力条件を調べた(図1)。

図2

図2 本山地域を構成する代表的な岩石
いずれも海洋底の玄武岩が起源で、プレート沈み込み境界の浅部(a)から深部(d)を経験。(d)は最深部を経験。

(a) 秩父帯北帯・上穴内ユニットの玄武岩火山角礫岩。弱い変成により青色に変化している。
(b) 御荷鉾帯・御荷鉾ユニットの苦鉄質千枚岩。面構造や割れ目が発達する。
(c) 三波川帯・白滝ユニットの苦鉄質片岩。流動的な変形構造(褶曲)を示す。
(d) 三波川帯・大己屋山ユニットのエクロジャイト質の苦鉄質片岩から切り出した試料の研磨面。

8つのユニット(図1)は、ジュラ紀から白亜紀(約2億年前から9000万年前)にかけて、プレート沈み込み境界の深さ10-60 kmに到達し、再び地表に戻ってきた付加体と高圧変成岩からなる(概要図)。本山地域において、南の秩父帯北帯から北の三波川帯に向かって、付加体の時代は若くなり(図1)、沈み込み帯より深部で形成された高圧変成岩(図2a-d)が現れる。北の三波川帯からは、特に深部(約60 km)までの沈み込みを示唆するエクロジャイトと呼ばれる高圧変成岩が本山地域では初めて発見された(図2d)。また本山地域北部の白髪山に分布する蛇紋岩は、沈み込んだ海洋プレートの直上にあったマントルに海洋プレートから放出された水が加わり、変質した岩石である。さらに秩父帯北帯の付加体からも、深さの推定に利用できるひすい輝石などの鉱物が初めて確認された。

各ユニットの岩石が形成された深さと、ユニット同士の関係をもとに、沈み込み帯での元の位置関係を復元した(図3a)。その結果、約9000万年前以降に三波川帯や御荷鉾帯の高圧変成岩がプレート沈み込み境界深部から地層の折り畳み(褶曲)を伴いながら上昇し、その上方にあった秩父帯北帯の付加体が正断層運動により南方へ移動し(図3b)、現在のような地質構造に至ったと考えられる(図3c)。

このように、本山地域には、過去のプレート沈み込み帯のひととおりの構成要素が複雑に折り重なった地質構造をもって露出していることが明らかとなった。このようなプレート沈み込み帯の構成要素が密集して露出している地域は世界的に見ても非常に珍しい。今回刊行した地質図幅をガイドに、直接掘って見ることのできないプレート沈み込み帯深部で起こっている一連の地質現象を調査できる大変貴重な地域であると改めて評価できる。

図3

図3 本山地域の地質の成り立ち
約20 km四方の本山図幅に、沈み込み帯の深さ10-60 kmの記録が凝縮。

さらに、本山地域の地質図幅には、各ユニットの地すべりなどの地盤災害の特徴が詳細にまとめられている。三波川帯の白滝ユニットと御荷鉾帯の御荷鉾ユニットに多数の地すべり地形があり、地形や地質と密接な関係があることが明らかになった(図4)。なかでも御荷鉾ユニットの変成した玄武岩類(図2b)の分布域には、際立って多くの地すべりが発生している。この地すべり活動で生じた緩傾斜地と粘土質土壌は、山間部での水田耕作(棚田)を可能にしている。これらの地質情報は、防災・減災対策、土木・建築などへの活用が期待される。

この地質図幅は、産総研が提携する委託販売先(https://www.gsj.jp/Map/JP/purchase-guid.html)より8月9日から委託販売を開始する。

図4

図4 本山地域の地すべり分布(黄色が地すべり移動体、赤色が滑落崖)
三波川帯の白滝ユニット(青色)と御荷鉾帯の御荷鉾ユニット(緑色)において地すべりが多発している。

今後の予定

本山地域を調査研究対象として、沈み込み帯で起こるさまざまな現象が岩石中のどういった化学的・物理的変化に対応するかを検討していく。また、周辺地域の5万分の1地質図幅を刊行し、四国の地質情報整備を進めていく。

用語の説明

◆地質図幅(地質図)
地質図とは、植生や土壌の下にある岩石や地層の分布を示した地図のこと。地層の時代と岩石の種類にもとづく凡例によって色分けされている。また、地層の重なり方や断層・褶曲などの地質構造がわかるように断面図が添えられる。範囲を緯度経度で区切られた地質図を地質図幅とよぶ。
◆付加体
プレート沈み込み境界である海溝において、大陸プレートの下に沈み込む海洋プレート表層の堆積物や岩石が、陸側へ押し付けられて形成された地層。付加体には、海底の基盤岩である玄武岩、遠洋で堆積したプランクトン遺骸が起源の堆積岩(チャート)、河川から流れ込んだ堆積物を起源とする砂岩や泥岩など、さまざまな起源と時代の岩石が寄せ集められている。また、断層を介して積み重なっている付加体は、下方になるほど時代が若くなる特徴がある。
◆高圧変成岩
海溝から沈み込む海洋プレート表層の堆積物や岩石が、地下数10 kmまで沈み込み、高い圧力で再結晶化した岩石。通常、一つの方向にはがれやすい性質をもつ結晶片岩とよばれる岩石ができやすい。

高圧変成岩の説明図

◆エクロジャイト
赤いざくろ石(ガーネット)と鮮緑色のオンファス輝石という鉱物からなる高密度な高圧変成岩。海洋プレート表層の玄武岩(黒っぽい火山岩)が沈み込むと、深度を増すに従い、緑色岩(緑色に変質した玄武岩)、青色片岩(青色の角閃石を含む結晶片岩)を経て、最終的にエクロジャイトに変化する。
◆蛇紋岩
主に蛇紋石(マグネシウムの含水ケイ酸塩鉱物)からなる緑色の岩石。マントル物質のかんらん岩が600℃以下の温度で加水作用を受け、変質・変成すると形成される。

蛇紋岩の写真

◆正断層
断層のうち、傾斜する断層面を境にして、上側(上盤)にある岩石・地層が重力に従って滑り落ちる動きをしたもの。正断層には下盤の岩石を上昇させる効果がある。

正断層の図

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