結晶方位配列と亜結晶粒回転軸によるかんらん石すべり系の推定: 秋田

SURE: Shizuoka University REpository
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結晶方位配列と亜結晶粒回転軸によるかんらん石すべり
系の推定 : 秋田県男鹿半島一の目潟火山かんらん岩捕獲
岩を例として
佐津川, 貴子; 道林, 克禎
地質学雑誌. 115(6), p. 288-291
2009
http://hdl.handle.net/10297/4356
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地質学雑誌第 115 巻第 6 号 288−291 ページ，2009 年 6 月
Jour. Geol. Soc. Japan, Vol. 115, No. 6, p. 288−291, June 2009
結晶方位配列と亜結晶粒回転軸によるかんらん石すべり系の推定∼秋田県男鹿
半島一の目潟火山かんらん岩捕獲岩を例として∼
Determination of slip system in olivine based on crystallographic preferred orientation and subgrainrotation axis: examples from Ichinomegata peridotite xenoliths, Oga peninsula, Akita prefecture
佐津川貴子＊
tion: CPO）から推定する方法と亜粒界の方位から推定する
道林克禎＊＊
方法について比較・検討したものである．かんらん石は上部
マントルの主要構成鉱物であり，その結晶内すべり系を理解
Takako Satsukawa ＊ and
Katsuyoshi Michibayashi ＊＊
することは，上部マントルの流動機構の推定に重要な知見を
与える．特に，火山噴火によって地表に運ばれたかんらん岩
捕獲岩は，現在の最上部マントル由来として貴重である．一
2008 年 9 月 10 日受付．
2009 年 4 月 28 日受理．
＊
静岡大学大学院自然科学系教育部環境・エネルギーシステム
専攻
Educational Division of Science and Technology, Shizuoka
University, Shizuoka 422-8529, Japan
＊＊
静岡大学理学部地球科学教室
Institute of Geosciences, Shizuoka University, Shizuoka 4228529, Japan
般に結晶内のすべり系は，岩石の面構造と線構造を基にして
CPO から推定される（例えば, 道林, 2006, 2008）
．特に近年
では，走査型電子顕微鏡（SEM）に電子線回折現象を利用し
た電子線後方散乱回折（EBSD）を組み合わせた解析手法が
確立されたため，結晶方位の測定が容易になった．しかし，
かんらん岩捕獲岩が小さい場合，その面構造と線構造の確認
が非常に困難になり，結晶内すべり系の推定も容易ではない．
Corresponding author; T. Satsukawa, f5944004@
ipc.shizuoka.ac.jp
そのため，かんらん岩捕獲岩研究においては，任意の面で薄
片を作成し，著者が自らパターンの形状を基に CPO を適当
Abstract: In this study of peridotite xenoliths from Ichinomegata volcano, Oga peninsula, NE Japan, we used
electron backscattered diffraction to assess the validity
of two methods of identifying the olivine slip system that
operated during deformation. The xenoliths are harzburgite in composition and contain a distinct foliation and
lineation defined by aligned spinel and pyroxene grains.
Using the first method, the dominant slip system in
olivine was estimated based on the crystallographic preferred orientation（CPO）of olivine with respect to the
foliation and lineation. The second method was based on
an analysis of subgrain rotation: given that intracrystalline subgrain boundaries were observed within several olivine grains, we measured the misorientation angles
across these boundaries to define sets of slip planes, slip
directions, and rotation axes. The olivine slip systems
estimated using the two methods are essentially identical. The CPO pattern provides an important constraint
on the dominant slip system that operated during deformation, whereas the analysis of subgrain rotation yields
the slip system responsible for the development of individual subgrain boundaries composed of edge dislocations. The two methods are therefore complementary.
に回転することによってすべり系を推定している場合が多い
（例えば, Pera et al., 2003; Arai et al., 2004 など）
．試料座標
系に依存しない手法として，かんらん石亜粒子の結晶方位と
亜結晶粒回転軸を用いる方法がある（Trepied et al., 1980）
．
この手法は，キンクバンド法と呼ばれたものであり，1970
年代前半までのかんらん石すべり系の推定はほとんどこの方
法によって行われてきた（Nicolas and Poirier, 1976）が，
SEM-EBSD システムの確立によって，結晶方位の測定が容
易になった現在において，この方法は報告例が少なくなった．
しかし，亜結晶粒回転軸解析を併せて行うことにより，CPO
に基づくすべり系推定の信頼性も向上すると考えられる．
CPO 解析と亜結晶粒回転軸解析の両手法を用いたすべり系
の決定については，岩体における研究（例えば, 塚本・金川,
2003）や，高温高圧実験による結果からの報告はある（例え
ば, Katayama et al., 2004）が，天然の捕獲岩を用いたもの
はない．
結晶中の転位は，回復によって面上に次第に規則的に配列
するようになる．このような転位の配列は亜粒界（subgrain
boundary）と呼ばれる．亜粒界は配列する転位の種類に応
じて，主に傾角壁（tiltwall）とねじれ壁（twistwall）に分
Keywords: crystallographic preferred orientation, subgrain
rotation axis, slip system in olivine, Ichinomegata peridotite
xenoliths
類される．傾角壁は，回転軸が亜粒界に平行であり，同じバ
ーガースベクトルを持つ刃状転位からなるが，ねじれ壁は，
回転軸が亜粒界に垂直であり，異なるバーガースベクトルを
もつ 2 組のらせん転位のネットワーク状配列からなる
はじめに
（Passchier and Trouw, 2005）
．亜粒界の方位は亜粒界に蓄
本研究は，かんらん岩捕獲岩中のかんらん石のすべり系に
積した転位のすべり系の方位に依存しているため（Trepied
ついて，結晶方位配列（crystallographic preferred orienta-
et al., 1980）
，亜粒界が傾角壁である場合，結晶のすべり方
CThe Geological Society of Japan 2009
288
地質雑 115（ 6 ）
結晶方位配列と亜結晶粒回転軸によるかんらん石すべり系の推定
289
Fig. 1 Crystal rotation and tiltwall orientations across an olivine
single crystal. Slip direction（Burgers vector）is indicated by the
axis normal to the subgrain boundary. Rotation axis is calculated by
the two subgrain orientations. The remaining axis is interpreted to
be normal to the slip plane. Modified after Mehl et al.（2003）
.
向（slip direction）
，すべり面（slip plane）は Fig. 1 のよう
に決定される．つまり，亜粒界に垂直な方向から結晶のすべ
り方向を決定し，次に，隣接する 2 つの亜粒子の結晶方位か
ら回転軸を求める．すべり方向と回転軸の 2 軸に垂直な軸が
Fig. 2 Olivine crystallographic preferred orientation（CPO）data
obtained by the EBSD technique. Equal-area, lower-hemisphere
projections. Contours at multiples of uniform distribution. Foliation
is horizontal and lineation is E-W. N is the number of measurements. Symbols（color circles）correspond to those in Fig.5 and
Fig. 6.
すべり面の法線方向となり，すべり面が決定される．
本論では，かんらん岩の構造が明確である秋田県男鹿半島
一の目潟のかんらん岩捕獲岩について SEM-EBSD を用いた
かんらん石の結晶方位解析と亜結晶粒回転軸解析の 2 つの手
法からかんらん石のすべり系を推定した結果について報告す
る．
秋田県男鹿半島一の目潟火山かんらん岩捕獲岩
東北日本は典型的な島弧であり，太平洋プレートがユーラ
シアプレートの下に 10 cm/yr の速さで沈み込んでいる
（Hasegawa et al., 1991）
．秋田県男鹿半島に位置する目潟火
山は，北から一の目潟，二の目潟，三の目潟という噴火に伴
って形成されたマールで構成され，島弧マグマに捕獲された
Fig. 3 Slip systems in olivine single crystal. The bold arrows show
slip direction, while the gray rectangles show slip planes.（a）
（010）
［100］
（
. b）
｛0kl｝
［100］
.
背弧側のマントル由来の捕獲岩が噴出した世界でも数少ない
例として有名である．特に一の目潟はかんらん岩捕獲岩の有
名な産地であり，多くの研究者によって様々な研究がなされ
方位配列（CPO）を示す．面構造は水平，線構造は東西方向
ている．
である．試料 I909 は［100］が線構造方向に平行に近く，
一の目潟捕獲岩の岩石群は，かんらん岩，ウェブステライ
［010］が面構造に垂直に近い（Fig. 2.a）ことから，このか
ト，斜方輝岩，斑レイ岩，角閃岩に加えて，花崗岩や変成岩，
んらん石のすべり系は（010）
［100］
（Fig. 3.a）と推定され
さらに堆積物などの浅部の岩石まである（Abe and Arai,
る．その他の試料（TSI03, 07）のかんらん石 CPO は，どち
1998）
．かんらん岩捕獲岩の多くがレルゾライトであり，わ
らも［100］が線構造方向に最も集中し（Fig. 2.b, 2.c），
ずかにハルツバージャイトが含まれている（Abe and Arai,
［010］が面構造に対してガードル状に分布している．したが
1993）
．また，二次的鉱物のパーガス角閃石や金雲母を含む
ってこれらの CPO パターンから，TSI03，07 のかんらん石
ことが知られている（Abe and Arai, 1998）
．かんらん岩捕
のすべり系は，すべり面が（010）から（001）まで分布す
獲岩のほとんどについて，輝石の組成縞やスピネルの配列か
る，
｛0kl｝
［100］
（Fig. 3.b）と推定される．
ら面構造と線構造が確認されている（Michibayashi et al.,
2．かんらん石亜結晶粒回転軸
2006; 道林, 2008; 佐津川・道林, 2008）
．そのため，薄片は全
結晶方位解析を行った試料中のかんらん石には，亜粒界が
て面構造に垂直で線構造に平行な XZ 面で作成した．
観察された（Fig. 4.a）
．そこで，亜結晶粒回転軸に基づく結
1．かんらん石結晶方位配列（CPO）
晶内すべり系の推定を行った．まず，観察された亜粒界が傾
かんらん岩捕獲岩のかんらん石について，静岡大学機器分
角壁，ねじれ壁のいずれかであるかを決定するため，ユニバ
析センター所有の SEM-EBSD システムを用いて結晶方位解
ーサルステージを用いて亜粒界の 3 次元方位を測定した
析を行った．Fig. 2 に代表的なかんらん岩のかんらん石結晶
（Fig. 4.b, 大円で示す）
．次に EBSD を用い，Fig. 4.a の亜粒
290
佐津川貴子・道林克禎
2009―6
Fig. 5 Great circles show subgrain-boundary orientations
obtained by a universal stage. Squares correspond to the orientations of olivine［100］
, which is supposed to the slip direction. Diamonds are the orientations of misorientation axes across subgrain
boundaries. Symbols（color circles）correspond to those in Fig. 2
and Fig. 6.
Fig. 4 The subgrain-rotation axis method.（a）Photomicrograph
of an olivine subgrain boundary in sample I909. Foliation is horizontal and lineation is E-W. Scale bar is 1mm. Crossed-polarized
light. A and B are points where crystallographic orientations were
measured.（b）A great circle indicates the subgrain-boundary orientation obtained by a universal stage. Circles correspond to the orientations of olivine. Diamond is the axis misorientation across the
subgrain boundary. Provided that the slip direction is［100］
, this
subgrain boundary is considered to be a tilt boundary with［100］
edge dislocations, because the subgrain boundary is subnormal to
［100］and subparallel to the misorientation axis.（c）Crystallographic orientation data at the points of A and B. Equal-area, lowerhemisphere projections.（d）The misorientation axis between subgrains A and B plotted on an inverse pole figure.
Fig. 6 Misorientation axes across measured subgrain-boundaries
plotted on inverse pole figures.（a）I909.（b）TSI03.（c）TSI07.
Symbols（color circles）correspond to those in Fig. 2 and Fig. 5.
亜粒子の結晶方位を Fig. 2 に重ねて示す（丸シンボル）
．か
んらん石のすべり方向は全て［100］である（Fig. 5.b, 5.c）
．
亜結晶粒回転軸が［001］から［010］に分布する（Fig. 5.b,
界において両側の亜粒子 A，B の結晶方位を測定した（Fig.
5.c）ことから，TSI03 のすべり面としては｛061｝
，
｛031｝
4.c）
．Fig. 4.b には，この亜粒界について XZ 面を投影した
および｛011｝
，TSI07 は｛061｝
，
｛032｝および｛012｝の可
極点図上に，亜粒界の方位を大円，亜粒子の［100］を丸，
能性が考えられる．以上の結果，これら 2 つの試料のすべり
および亜結晶粒回転軸をダイヤとしてプロットしている．
［100］が亜粒界にほぼ垂直であり，亜結晶粒回転軸が亜粒界
にほぼ平行であるため，この亜粒界はすべり方向が［100］
ならば傾角壁といえる．したがって，亜粒界とすべり方向・
系は，
［100］に垂直な方向に複数のすべり面が活動している
｛0kl｝
［100］
（Fig.3.b）と考えられる．
考察とまとめ
すべり面の関係は Fig. 1 に示した模式図で説明できる．次に
CPO 解析と亜結晶粒回転軸解析の 2 手法から推定された
すべり面を決定するために，この 2 つの亜粒子の回転軸を，
かんらん石すべり系について比較する．I909 については，
逆極点図にプロットした（Fig. 4.d，ソフトウェアは Oxford
CPO パターンは（010）
［100］すべりを示した（Fig. 2.a）
．
Instruments HKL Channel5 を使用）
．逆極点図上で亜結晶
亜結晶粒回転軸は［001］に強い集中があることから（Fig.
粒回転軸は［001］に近いことから（Fig. 4.d）
，この回転軸
6.a）
，優勢すべり面は（010）となる．この試料の傾角壁に
とすべり方向のなす面として定義されるすべり面の法線方向
は［010］に近く，この亜粒界の転位のすべり系は（010）
ほぼ垂直な軸は［100］であるため，すべり系は（010）
［100］と推定される．TSI03，07 については，両手法からこ
［100］
（Fig. 3.a）と考えられる．同様にして，この試料にお
れらの試料のすべり系は｛0kl｝
［100］と推定された（Figs.
ける全ての亜粒界の方位と亜粒子の結晶方位，亜結晶粒界回
2.b, 2.c, 6.b, 6.c）
．したがって，3 試料において両手法によ
転軸を求め（Fig. 5.a）傾角壁であることを検証した後，亜
るすべり系は調和的であった．しかし，亜結晶粒回転軸によ
結晶粒回転軸の方位を求めたところ，回転軸が［001］に集
り推定されるすべり面が，CPO パターンから推定されるも
中する傾向を示した（Fig. 6.a）
．したがって，この試料中の
のと必ずしも一致するとは限らない．それは，CPO パター
かんらん石の卓越すべり系は（010）［100］と考えられる
ンから推定されるすべり系は試料中の優勢なすべり系の活動
（Fig. 3.a）
．その他の試料（TSI03，07）について，亜結晶粒
を反映しているのに対し，亜結晶粒回転軸解析から得られる
回転軸解析に用いた亜粒界の方位を Fig. 5.b，5.c に，亜結
すべり系は，個々の粒子のすべり系であって，必ずしも試料
晶粒回転軸解析結果を Fig. 6.b，6.c に，また解析に用いた
中の優勢なすべり系とは限らないからである．亜結晶粒回転
地質雑 115（ 6 ）
結晶方位配列と亜結晶粒回転軸によるかんらん石すべり系の推定
軸から試料中で優勢なすべり系を推定するには数多くのデー
タが必要であるが，試料座標系が不明な試料において，CPO
パターンの傾向（例えば, 単集中であるか, またはガードル状
であるか）とあわせるなど，2 つの手法を相補的に使用する
ことにより，より信頼性の高いかんらん石すべり系の推定が
可能となる．
謝辞本研究を進めるにあたり，静岡大学理学部地球科学教
室道林研究室の皆様，広島大学片山郁夫博士には温かいご指
導や貴重な意見を頂いた．海洋研究開発機構阿部なつ江博士
には試料を，フランス・モンペリエ大学 David Mainprice 博
士には結晶方位計算プログラムを無償で提供して頂いた．ま
た，査読者の千葉大学金川久一教授，広島大学安東淳一博士，
および編集担当の大阪市立大学奥平敬元博士からは大変丁寧
なご教示を頂き，本稿を改善することができた．本研究には，
静岡大学機器分析センターの SEM（JEOL6300）を使用させ
て頂いた他，財団法人満井就職支援奨学財団の奨学金による
補助（佐津川），および日本学術振興会研究補助金（no.
16340151, no. 19340148）による補助（道林）を受けた．こ
の場を借りて，深く感謝いたします．
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