日本海盆奥尻海嶺玄武岩の岩石学 : 島弧およびプリュームタイプの火成作用 Petrology of the Okushiri Ridge Basalts in the Japan Sea Basin : Arc- and plume-type magma series

奥尻海嶺玄武岩は, 岩石記載, 主要・微量全岩組成, REE組成, 鉱物組成の特徴などに基づき, 5つの岩石群へと分類される。これらはその成因的関係からA (グループ1, 2, 3), B (グループ4とピクライト), C (グループ5) の3つの岩石系列へと区分される。A系列は著しく発泡しMORBに類似した全岩主要元素組成を示すが, インコンパチブル元素は島弧的性格を有する。B系列はMORBとOITとの中間的な全岩組成を有しており, 発泡の程度は低い。インコンパチブル元素やREE組成はOITとしての特徴を示す。C系列はAとBとの中間的な特徴を示す。グループ2は分化しており, 低圧での分別結晶作用によって生じたと見られる。グループ3は最も未分化な組成を有しているが, 単斜輝石が斑晶として出現しており, 高圧下での結晶分化作用を被っているとみられる。単斜輝石のCr量はMg値の低下に伴って急減するが, その急減するMg値はグループ毎に異なっており, 輝石の出現時期が異なっていたことを示す。A系列のクロムスピネルの組成は島弧玄武岩的性格を示す。斜長石のFeO^*とMg値は系列毎に異なった変化を示す。A系列では分化の初期からAn 70付近までFeO^*が増加しMg値も増加するが, それ以後は減少する。こうした組成変化は島弧玄武岩の斜長石と類似している。B系列ではAn 72が最もカルッシクな組成で, FeOはA系列よりも低いがMg値は類似している。斜長石の組成における両系列の違いは, 酸素分圧と水の量, 斜長石の晶出時期の違いによって説明される。奥尻海嶺玄武岩は, 島弧的性格を刻印されたA系列, 海洋島玄武岩的性格をもつB系列, 両者の中間的なC系列からなっており, こうした特徴はODPによって得られた結果とも整合的である。しかし, 一般的な背弧海盆玄武岩はN-MORBとIATとの中間的な性格を有している。こうした違いは, これらの背弧海盆玄武岩はintra-Oceanicな環境で形成されているのにたいし, 日本海の場合は大陸の縁辺部が裂開して形成されたという構造環境の違いを反映しているのかもしれない。

Okushiri Ridge Basalts are classified into five groups based on petrography, major and trace element chemistry, REE chemistry, and mineral chemistry. The five groups and picrite make up three series, A (Groups 1, 2 & 3), B (Group 4 and picrite), and C (Group 5). The series A rocks are highly vesicular, and have MORB-like major element compositions but island arc incompatible trace element characteristics. Series B consists of poorly vesiculated basalts, which are transitional between MORB and OIT. Series C basalts are intermediate between A and B in terms of major element compositions. In compatible element concentrations and REE patterns of series A rocks are similar to IAT, whereas series B resemble OIT, and are intermediate between the two for series C. Group 2 basalts are evolved and probably produced by a low pressure fractional crystallization. Group 3, which have the most primitive compositionin series A, underwent high pressure crystallization as inferred from the early onset of magnesian clinopyroxenes. A rapid decrease in Cr contents at the lowest Mg-values in Group 1 clinopyroxenes may indicate that the liquid was initially subject to olivine fractionation, leading to lower Mg-values. The chemistry of Cr-spinel in series A suggests that magmas have arc signatures. Plagioclase in series A basalts exhibits a rapid increase in FeO^* until An 70 and are characterized by low Mg-value, suggesting high oxygen fugacity and H_2O content of magmas. Plagioclase in series B basalts is comparatively low in FeO^*, and MgO and Mg-values, suggesting low oxygen fugacitiy and H_2O contents of the magma. Low MgO contents are consistent with the later onset of plagioclase vs. clinopyroxene, as inferred from the occurrence of abundant olivine and pyroxene phenocrysts in picrite. Thus, we conclude that the Okushiri Ridge Basalts are composed of three components: OIT (series B), IAI (series A), and OIT-IAT mixture (series C). This combination is also recognized for basaltic rocks recovered from the Japan Sea at ODP Leg 127/128, but is significantly different from common back-arc basin basalts (BABB) which generally have characteristic intermediate between N-MORB and IAT. This discrepancy may be due to the difference in tectonic environments, as most back-arc basins are situated in intra-oceanic environments, whereas the Japan Sea was generated by separation from the western margin of the Eurasian Continent.