一次構造: 岩石・岩体ができると同時に形成された構造
二次構造: 岩体形成後に加えられた構造 Ex. 変成作用deformation、変位運動dislocation
塑性変形 plastic deformation: 高圧・高温条件で起こりやすい – 岩石、圧力、速度により異なる

ss: 走向隔離 strike separation, ns: 垂線隔離 normal separation or offset

断層粘土 fault clay < 断層角礫 fault breccia

種類: 変位の性質を基準とする分類

おし被せ断層 overthrusts: 逆断層中、断層面傾斜が45°より小さい

正断層________逆断層________左横ずれ断層____右横ずれ断層

断層発見に活用

板状節理: 流れ続けようとする溶岩流内部と地面との摩擦で止まろうと外側部で歪みが生じてできた割目

Ex. 固まりかけ → 溶岩変形が追いつかない → 割目形成

柱状節理: 溶岩流冷却面(= 大気接触面)と大地接触面に形成された多角形の収縮割目が、上から下へ、下から上へ移動する冷却等温面に伴い伸びてできた収縮割目

発生機構

褶曲 fold

図. 褶曲

背斜 anticline: 褶曲の波の山部分 ↔ 向斜 syncline: 谷部分
(背斜/向斜)の脚 limb, L: 両側の斜面にあたる部分

→ 沈降角 plunge, or pitch: 褶曲軸が水平面となす角
aa: 背斜軸 axis of anticlines – aat: 背斜軸面交跡 / 向斜軸axis of synclines, sat – 向斜軸面交跡

軸跡 axial trace: 軸面の交跡
頂 apex (pl. apices), A: 褶曲軸の部分
冠 crest, C: 頂が最高点とならない場合の最高点の部分
頂・冠一致 → 水平面上の冠の交跡(冠跡 crestal trace)と軸跡も一致

種類: 形態によるもの – 軸面と脚

正立upright, 傾斜inclined, 横臥recumbent, 逆転overturned

短軸背斜 branchyanticline､短軸向斜 branchysincline: 褶曲軸が延長方向のいずれにおいても短い

→ 極端なもの = ドーム dome、ベイスン basin

機構: 曲げ flexture folding (bending)、剪断shear folding、流れflow foldingの3要素組み合わせで形成

変動帯 mobile belt (造山帯 orogenic belt)

地殻下方に湾曲し、そこへ堆積物供給が長期間に連続的に行われ、周辺に比べ著しく厚い地層が堆積した地域 → 海進も起こる

火山噴出物含むことがある – 海底火山による

スピライト spilite: 塩基性 – 時に枕状構造pillow structure発達
ケラトファイアー keratophyre: 酸性

火山噴出物やチャートを多量に含む

地向斜後期には中軸部に隆起帯が現れ、沈降域が狭まるか内陸化する

+ マグマ成長 → 地向斜中央部から隆起開始 → 山脈形成

→ 海退 = 陸地広がる

砂漠・石炭・氷河・温泉・一部鉱床 - この時期に形成
外側に新しい地向斜 - 新たな造山運動

現在の変動帯

中生代以降活発 – 2つを合わせアルプス変動帯 → 山脈は弧状に曲がる
→ 地塊運動 block movement: 造山運動の後半
2億年

→ 新しい海洋も見つかる → 海底情報必要

アルプス

ヘルベチア帯Helvetia (劣地向斜) ↔ ペンニン帯Pennin (優地向斜)

大陸の構造的説明

海膨、海盆はよく似る

中国: 古生代 = 既に大陸 → 中生代-現在 = 火山、地震(火成岩・玄武岩)
造山運動のみが地球の構造運動の全てではない

アフリカ、ライン川の谷、バイカル湖 → 海洋の動き → 陸地形成に関与

1. 形態的特徴

      糸魚川-静岡構造線↑を境に別れる

西日本/東日本
* 糸魚川-静岡構造線と別

西南日本を南北に分ける
鮮新世(500万年前)の海洋性地層

    島弧  縁海 -
          島弧 + 内帯: 火山
                 外帯: 非火山
          斜面 - (海底平坦面、海底谷)
          海溝 -

1. 北日本をユーラシアプレートに含める
2. 北日本を北米プレートに含める(有力)
3. 独立したオホーツクプレートの存在

2. 構造上の特徴

海溝型地震: スラブが摩擦力で大陸プレート引きずり込む → 歪十分大 → 大陸プレート跳ね上がる

大地震の主な原因

スラブ内地震: スラブ内で生じる地震。震源は上下2面ある
内陸型地震: 内陸プレートの浅い側で起こる
遅速型地震: 数時間から数日かけて動く地震

全現象が島弧に沿い一定傾向で現われる

3. 地震考古学

花綵列島: 島々が弓なりに配列した列島 Ex. 日本列島 = 弧状列島

a) 断層発生

島弧起原 → 内帯落ち込み相対的に外帯上昇。断裂を伝い大量の火山岩(マグマ)が地下から上昇
深部裂隙: 大陸方向に急角度で傾き持たせる → 中-深発地震帯に位置

主な油田地帯、多くの金属鉱床・温泉、火山灰土

造山運動: 岩石が含む輝石・角閃石等の造岩鉱物が熱水により変質

→ 緑泥石(粘土鉱物)に変化

多孔質で軽石片含み火気や湿気に強い
Ex. 大谷石: 新しい時に緑 → 古くなると灰色
Ex. 十和田石(大館市)、伊豆石、笏谷石・滝ケ原石(福井)

主として海底に堆積した酸性-中性火山灰

中新世末-鮮新世: 隆起 - 火山活動

b) 激しい火山岩活動

玄武岩 → 安山岩 → デーサイト(石英安山岩) → [酸性] → リパライト → 鉱床(内帯各所に形成)

Ex. 西黒沢層 – 女川層
地向斜

造山運動 – 山脈・島弧変動 Ex. 支笏-積丹半島への上昇線 – 複数の小沈降部に分離
広く広がった海よりは、入江・潟等の小型なものを形成
黒色泥岩 black shale: 石油の母岩、黒いのは有機物のため

c) 火山岩の活動

→ 約0.01 mm/yrで堆積
(深海底面積が海の比率ではもっとも大きい)

d) 平頂海山(ギョー)

→ 珊瑚礁の厚さ約1400 mm
環礁: 珊瑚生息可能なのは海面下約50 mまで
現代までの海水準変動は約±100 m、海侵作用も100 m程度だが、過去には現在の1000 m下に珊瑚礁が存在 → これらのギョーの成因はジュラ紀-白亜紀海底火山活動によると考えられている

________
__░░░__ )海成層
▓▓▓▓▓▓

e) 海溝

ギャオ(ギョー) gja: アイスランド等に見られる陸地の裂け目

4. 中央海嶺(海洋中軸海嶺 mid-oceanic ridge)

海底山脈 深海底 – 6000 m

頂上部で地殻熱流量が極めて大きい

大西洋中央部に浅海底(当時の説否定) = 回りから見ると比高3000 m

(島弧 – 海溝系) ( - ) ⇔ 海嶺系 ( + )

5. 泥の海

造山輪廻 orogenic cycles (Stille 1924): Bertrand支持

地球形成時は高温
熱収縮説 (Dana, Suess): 地球冷却化 → 収縮 → 各種地殻運動起こる

マントル部分で熱対流が起こり地殻を引き摺り地殻運動起こる

→ 玄武岩質の大洋地殻に転化

→ 内部から物質上昇 → 地溝帯・海嶺形成

1. 海の研究法

→ 海底地形探索(海底地質知る)
Ex. 音響測深法(最も普通)、索測深法、水圧測深法、温度測深法

陸域地殻流熱量 ≈ 海洋地殻流熱量 (予想熱流量: 大陸 = 海洋 × 10)
→ マントルから供給される熱量が海洋の方が遥かに大きい

2. 海底地形

a) 海洋棚

b) 大陸棚斜面 (3-6°)

c) 深海底

→ 大陸の水平移動が予測可能

3. 海洋底運動の歴史

中央海嶺からずれる - 岩石年齢古 (Ex. アゾレス群島、アフリカ沿岸)
中央海嶺: 海底吐出す → 海底が消える(沈み込む)場所がある = 海溝
古地磁気学: 縞紋様 – 海洋底拡大(底質、岩石年齢)

4. プレート構造論 (プレートテクトニクス, plate tectonics)

古生代延長部分に片麻岩・花崗岩 = 古生層が変成 → 大陸内部変動 = 静止したものではない

→ 地殻変動はプレート境界部に集中

硬さ・流動性による地球内部構造区分

• リソスフェア lithosphere: プレート実体 = 地殻とマントル上部含む表面から厚さ70-150 km岩石層
• アセノスフェア asthenosphere: リソスフェア下部にある柔らかい厚さ75 kmの層
• メソスフェア mesosphere: さらに深部にある水平運動乏しい層 → ハワイホットスポット起源領域

• 収束型 convergent: 1方のプレートが他方のプレートに潜り込む = 沈み込み → 沈み込み帯(スラブ: 沈んだプレート)
  → 海溝形成 + 島弧成長 + 地震
• 発散型 divergent: 2プレート遠ざかる運動 → 隙間埋めるようマントル物質上昇
  → [海洋] 海洋プレート成長 [陸上] 沈降生じ(大)地溝帯形成
• 平行型 transform: 2プレートが水平にずれあうよう運動
  → トランスフォーム断層(走向移動断層)
  水平ずれ断層が中央海嶺をずたずたに切る

  Ex. 圧水平ずれ断層で数千km続く

  断裂帯: 海嶺は多数のトランスフォーム断層で区切られる

5. マントル対流説 (1928-33)

    ──┬──┐    ──┐ 大陸, 日本海 ┌─┐
        ├─→│ ⇒     │              │  │
    ──┴──┘    ──┘              │  │

マントル対流(Runcorn 1962): 対流渦の大きさはマントル厚さに影響され易い。核成長につれ渦は小さく数多くなる

6. プレート構造論の特徴と問題点

Cp. 大陸中心とする古典的造山運動(= 上下運動)、地向斜

中生代-古生代に活動があった
                [ 花崗岩 ]      中央構造線
▁▁▂▂▃▃▅▅▆▆▇▇▇▇▇▇▆▆▅▅▅▅▅
                   低温・高圧: 変成岩

高緯度: 南アフリカ-マダガスカル-インド-南米-オーストラリア-南極(30°以内, 地形が組み合わさる)
中緯度: 砂漠(砂層、風化) 羊歯は低くなる
低緯度: ジャングル – 大大陸存在

7. 大陸漂移説(大陸移動説) continental drift theory

パンゲア大陸 Pangea (2.2億年前) ☛ ゴンドワナ大陸

氷河堆積物 - 二畳紀に形成
砂漠______- 三畳紀に形成 ↓ 1000万年のずれ |
羊歯______- 石炭紀に繁栄_______________↓ 6-7000万年のずれ

大陸移動の証拠増 → 大陸分離 → 大陸はつながっていた
ゴンドワナ大陸実在: 分離、沈降 (白亜紀、古第三紀)

動いた証拠 → 極移動曲線(古地磁気) Ex. 北極点移動

古生物学的証拠多: アフリカ・インド・オーストラリア・南米 - 爬虫類、淡水魚共通点 → 海を越え移動不可
現代動植物 Ex. 現生動物: 肺魚-有袋類祖先の共通性

Hess, Dietz (個別に発見): 海底は中央海嶺で生まれ海溝で沈む

深海掘削計画 → 海底基盤年齢が海嶺から遠ざかるほど古いことを実証

大陸: 造山運動 – 大陸、深海底(プレート構造)
激しい変化の場所 – 造山帯
静かな場所 – 大陸、深海底

構造 structure: 露頭で観察される
組織 texture: 岩片の内部に認められる構造

級化 grading: 1枚の単層内部で下方から上方に向かい粒度が小さくなること

層理面 (層面、地層面) bedding plane: 単層と単層の境界面。単層間の堆積休止期間と当時の海底面により特徴づき、極めて不明瞭から、間隙が生じた裂目状まである

流痕 flow marks、生痕 Lebensspuren等がしばしば見られる

葉層 laminae (sg. lamina): 単層内部の粒度か構成物質のほぼ均一な粒子群が作る多数の薄い層

整合 conformity

ダイアステム diastem: 新単層定着まで長い休止期間hiatusあり、単層の一部に削剥がある時の休止期間

不整合 unconformity

平行不整合 parallel unconformity: 不整合面を挟み上下の単層が平行

基底礫岩 basal conglomerate: 普通不整合は、上位地層が礫岩から始まり、その礫岩

傾斜不整合 clino-unconformity: 下位の単層群が上位の単層群に対して傾いている
地床層 field layer
沖積層(堆積物層) alluvial deposit

(Smith W, late 1700s)

生層序(位)学 biostratigraphy

カギ層: 特に特徴のある層(凝灰岩層など)、同一の化石を含む層

生存時代が短い。進化速度が速い。産出範囲が広い。個体数多
⇒ 地層を化石により分ける。化石種組み合わせから序列可能
標準化石による情報蓄積から、その種の生存期間を知ることができる。また、繁栄、衰退が分かる
Ex. アンモナイト: 殻模様変化が世界中で共通なら分類基準として使える
Ex. 有孔虫 Foraminifera: 古生代 – Fusulinida、中生代 – Grobotruncana、新生代 – Globigenia
Ex. 紡錘虫(フズリナ Fusulinids) – 単細胞。生活環: Schizonto ↔ Gamont 石炭紀-二畳紀末

殻構造: (古) 単純・層未分化→3層→4層→薄4層→複雑・2層 (新)

生存期間長い + できれば近縁のものが現存 + 生存条件限られる

生層序連続 biostratigraphical sequence

個体発生と系統発生

Rugosa (脱皮) = Tetracoralla: metamorphosisが起こる
古生物学ではまず、形態的に類似するものが系統的に近いと考えざるをえない

Fig. (1) 単体サンゴと鑑定に必要な薄片作製断面位置。A: 横断面、B: 縦断面、C: 横断面(幼期)。(2) サンゴ体の模式解剖図(復元例)

同じような堆積岩

    D ├───┼────────●──●─
    C ├───┼────────┼──┼─  Range chart
    B ├───┼─────●──●──●─
      │      │          │
    A ├───┤──×──●───────
                        1      2      3      4 ← Zaphrentites

1: Z. delanouei, 2: Z. parallela, 3: Z. constricta, 4: Z. disjuncta

Sciophyllum, Diphystrotion, Thysanophyllum: 幅広い変異
軸のあるサンゴは石炭紀および二畳紀
複雑化 Diburophyllum
_↑__↑
_| Streptelao
_| → Prymitophyllum
_| → Canbrophyllum
軸の発達: brephic → neanic → ephebic

≈ 岩石(岩) rock: 鉱物の大部分は結晶 crystals

鉱脈・鉱層・鉱床

→ 鉱床、鉱石産出する場所

資源: 元素・鉱物・岩石、石油・天然ガス等

● 珪酸塩鉱物 silicates

普通岩石の主体(地殻化学組成の50% = SiO2)

Ex. 雲母族 mica group
白雲母 muscovite: H₂KAl₃(SiO₄)₃
絹雲母 sericite: H₂KAl₃(SiO₄)₃
黒雲母 biotite: (H, K)₂(Mg, Fe)₃·(Al, Fe)₂·(SiO₄)₃
緑簾石 epidote: Ca₂(Al, Fe)₃·OH(SiO₄)₃

紅簾石 piedmontite: 緑簾石のFeがMnに置換(緑簾石変種)

橄欖石 olivine: (Mg, Fe)₂SiO₄
ジルコン zircon: Zn&midot;SiO₄

Ex. 透角閃石 tremolite = Ca2Mg5(Si4O11)2(OH)2

Ex. 輝石族 pyroxene group: 頑火輝石 enstatite → 金属イオンMg⁺⁺

Ex. 苦土橄欖石 forsterite

Ex. 石英 quartz, 鱗珪石 trydimite, クリストバル石 cristobalite
→ Si₄⁺の一部がAlと置換 → 補償的にK⁺ (カリウム長石 pottasium feldspar, KAlSi₃O₈), Na⁺, Ca²⁺ (斜長石 plagioclase, NaAlSi₃O₈~CaAl₂Si₂O₈: 造岩鉱物 rock-forming mineralsで最も普遍)

白榴石 leucite: KAl(SiO₃)₂
霞石 nephelite: Na₈K₂Al₈Si₉O₄
方曹達石 sodalite: 3NaAlSiO₄

海緑石 glauconite: 堆積岩膠結物 - 軟体動物等の遺骸がAl失ったもの

● 酸化鉱物 oxides

水赤鉄鉱 turgite: 2Fe₂O₃·H₂O
針鉄鉱 geothite: Fe₂O₃·H₂O
鱗鉄鉱 lepidocrocite: Fe₂O₃·H₂O
黄褐鉄鉱 xanthosiderite: Fe₂O₃·2H₂O

● 炭酸塩鉱物 carbonates

● 元素鉱物 native elements

● 硫化鉱物 sulphides

ハロゲン化鉱物 halides: F, Cl
炭酸塩鉱物 carbonate: CO₃
硫酸塩鉱物 sulphates: SO₄
リン酸塩鉱物 phosphates: PO₄

Ex. リン灰石 apatite
Ex. リン鉱 rock phosphate: 生物起源のものがある

硝酸塩鉱物 nitrates: -N0₃
ホウ酸塩鉱物Borates: -BO₃
砒酸塩鉱物 arsenate: -AsO₄
タングステン酸塩鉱物 tungstates: -WO₄
モリブデン酸塩鉱物 molybdates: -MoO₄
有機鉱物 organics

固溶体 solid solution

[ 粘土鉱物 ]

長石 feldspar or felspar

正長石 orthoclase, KAlSi₃O₈: 単斜晶系
玻璃長石(サニディン) sanidine, (K, Na)AlSi₃O₈: 単斜晶系
微斜長石(マイクロクリン) microcline, KAlSi₃O₈: 三斜晶系
曹微斜長石(アノーソクレース) anorthoclase, (Na, K)AlSi₃O₈: 三斜晶系

曹長石(ソーダ長石, アルバイト) albite (Ab), NaAlSi₃O₈: Na多
灰長石(アノーサイト) anorthite (An), CaAl₂Si₂O₈: Ca多
固溶体をなす: 曹長石 ↔ 灰長石

固体物理学 (solid physics)

関連分野: 力学、量子力学、電磁気学、統計力学、コンピュータ数学

非金属元素 nonmetal: 金属以外の元素

結晶学

⇒ 結晶格子 crystal lattice
精錬(精製) refining: 鉱石等から交じり物を除去し純度を高める

結晶系 crystal system

→ 結晶面の大きさや形に変化はあるが本質的なものではなく、方向がより本質的性質

軸角 axial angle: 結晶軸の交角。軸率 axial ratio: 軸上の単位の長さ – 結晶毎に異なる

DEG: (1/1, 1/1, 1/1) = (111) = 111
ABFE: (1/1, 1/∞, 1/∞) = (100) = 100

格子 lattice

• 単位格子(単位胞) unit cell: 結晶格子作る際に積み上げられる単位ブロック
  基本単位胞: 格子点を平均1含む単位胞
  慣用単位胞: 対称性良 = 格子点位置関係明瞭 → 一般使用
• 単純立方格子 simple cubic l.: 立方体を重ね作られる立方格子の格子点に原子が位置する
• 体心立方格子 body entered cubic l.: 原子が単位胞の頂点と中心に位置する Ex. 鉄、タングステン = {110}
• 面心立方格子(立方細密格子) face centered cubic l.: 原子が単位胞である立方体の頂点と面の中心に1つずつ配列し、同じ大きさの球を最も密に配列 Ex. Au, Ag, Cu, Al = {111}
• 六方細密格子 hexagonal close packed l.: 面心立方体構造とは別で、六角柱となる。 Ex. Mg, Zn
• ダイヤモンド格子 diamond lattice: 共有結合 Ex. ダイヤモンド、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge) = {111}

  石墨 graphite, C: ダイヤモンドの同質異像 – ベンゼン環構造となる

• 食塩型格子 sodium chloride l.: Na⁺, Cl^-が交互に配列した立方体格子

図1.10 氷結晶格子。○: 酸素原子、●: 水素原子。(a)六方晶氷結晶。(b)各酸素原子は、最近接位置にある他4個の酸素により、ほぼ正四面体的に囲まれる

Ex. シリカ silica (二酸化珪素, SiO₂)結晶 = 石英・鱗珪石・クリストバル石 → 温度により安定領域異なる

高圧 → コーズ石・スティチョフ石(結晶構造独特)に変化

結晶の光屈折

一軸性: 屈折率唯1つ(= 光軸optic axis 1つ)。6方結晶系と正方結晶系
二軸性: 光軸が2つ。単斜晶系、3斜晶系 (光軸角: 2つの光軸の角度)

結晶作用 crystallization

1. 共融系 eutectic system

2. 反応系 reaction system

3成分系平衡図

3. 多成分系

反応系列

Ex. 橄欖石の周りを輝石が覆う → 早期に橄欖石ができ、それの周囲で次の結晶反応が起こった
⇒ 反応縁 reaction rim

分別結晶作用(分別結晶作用) crystallization differentiation

               [ Ca斜長石            Na斜長石       K長石  ]
                    ↑           ↑                  ↑                ↑
橄欖岩    [ 玄武岩  安山岩    石英安山岩    流紋岩 ]
    ↑         [斑糲岩   閃緑岩    花崗閃緑岩    花崗岩 ]
    │              ↓           ↓                  ↓                ↓
    └───  橄欖石 - 輝石 ----- 角閃石 ------- 黒雲母
                                                                  石英

図. 玄武岩質マグマの分化経路と各時期に晶出する鉱物 (Bowen 1922)

雪の結晶 (snow crystal)

氷結晶成長

1. 核生成 = 結晶芽発生
2. 成長機構、成長速度 R(Δμ)
3. 結晶形: 平衡形、成長形
4. 結晶の完全性評価 characterization

結晶成長___環境相の中での__結晶成長の駆動力
の種類_____成長単位の密度_____(Δμ)

融液成長___濃厚*__________過冷却度 ΔT = T_m – T
溶液成長,___希薄__________過飽和度
__気相成長___________________δ = (C – C_e)/C_e, (p – p_e)/p_e
固相成長___濃厚___________歪エネルギー、粒界エネルギー

* Ex. 過冷却の水から氷が成長する場合、成長を担う単位(水分子)の密度が結晶とほとんど差がない

氷核生成

熱力学的安定相が長時間、準安定に保たれる – 過飽和水蒸気中で水滴の核生成が行なわれる頻度

氷結晶成長 crystal growth

特異面: 表面構成原子が密に結合しあっている面
非特異面: 原子の充填が粗で、面内の原子の結合が弱い面

氷結晶成長の律速過程

1. 環境相 → 結晶表面へ向かう分子の補給(拡散)過程
2. 結晶表面で分子が結晶相に組み込まれる過程(表面成長カイネティクス surface kinetics process)
3. 結晶化熱の排除過程

アモルファス(非晶質, 非結晶) amorphous

(amorphous, adj. 無定形の・非結晶の. Ex. amorphous acid axalate)

Si
結晶Si ____⇔____ アモルファスSi
4配位で規則正しく配列_______結合の仕方がランダムで構造が
_________________________幾何学的に均一
特長
1. 磁性高い_______________4. 珪素鋼に比べヒステリシス損失大幅に少ない 2. 磁力小さい________5. 渦電流損少ない
3. 歪みを広範囲で制御できる__6. 電気抵抗大きく、その温度変化少ない

1. 長距離秩序がないため組成比等の物理的定数を連続的に変化できる
2. 均質で粒界がない
3. 構造に乱れがある
4. 熱力学的に非平衡系である

⇒ 太陽電池、TFT、テレビ撮像素子、感光材料等が実用化 + 他分野への応用期待

液晶(液状結晶) liquid crystal

接着(付着) adhesion

火成岩 igneous rocks

橄欖かんらん岩 peridotite: SiO₂成分乏しい超塩基性岩 (深成岩)

橄欖石(主) olivine + 斜方輝石 + 単斜輝石等

苦土橄欖石 Mg₂SiO₄ (Fe/(Mg + Fe) ≈10%) ↔
鉄橄欖石 fayalite, Fe₂SiO₄

変成岩 metamorphic rocks

変成鉱物: 変成鉱物組合せをP-Tで決定 → 変成相 = 地中で形成(地下数10 km)

堆積岩 sedimentary rocks

分析手法

(一般的)分類

1. 岩片単位での構成鉱物の種類を基準

(有)色鉱物(珪長鉱物) dark minerals, or colored minerals

橄欖石族、輝石族、角閃石族、雲母族
(稀)准長石類 feldspathoids Ex. 霞石nepheline、白榴石leucite → アルカリ岩 alkaline (alkalic rocks)
色指数color index = (有色鉱物体積)/(岩石体積) × 100 (%)

無色鉱物(鉄苦土鉱物) light minerals, or colorless minerals:

斜長石(Na-Ca長石)、カリ長石類(正長石等)、石英

深成岩 plutonic rocks____________________↑ 粗粒_____完晶質
半深成岩 hypabyssal rocks________________| 結晶サイズ 品質
火山岩 volcanic rocks (噴出岩 effusive rocks)  ↓ 細粒_____ガラス質

粗面岩trachyte: 火山岩の1種

石基 groundmass + 斑晶 phenocrysts

主成分石英・長石(黒雲母等の有色鉱物1割程度含) - 全体的に白っぽい

2. 岩体単位で野外の産状を基準

玄武岩台地(高原玄武岩) plateau basalt発達 Ex. デカン高原: 50万km²

割目噴火 fissure eruption により陸表が広がったもの

Ex. アルプス造山帯、アンデス山脈 the Andes (andesiteから命名)
→ 大陸地域と対照的 → 安山岩線 the andesite line 提唱

造山帯中心部で産出: 底盤 batholiths、岩株 stocksを構成 → 時に幅数10 km、長さ100 kmに達する
周囲の堆積岩は造山帯特有の厚い地層に褶曲が見られる

御影石: 石材区分 - 花崗岩ではないもの含む Ex. 国会議事堂

採掘地名: 御影石(六甲山山麓御影)、庵治石、稲田石

s.l. 花崗閃緑岩 granodiorite、石英閃緑岩 quartz-diorite含める

運動時貫入 synkinematic intrusion: 周囲褶曲運動と調和し細長い輪郭
後運動時貫入 post-synkinematic intrusion: 周囲構造と不調和で、不規則か円状の輪郭

1. アナテクシス anatexis: 堆積岩等の既存岩石熔融し花崗岩マグマとなる
   地向斜堆積岩中には大量の水が含まれ、融点低下し比較的低温でSiO₂に富むマグマ形成
   → 地向斜深部において堆積岩が花崗岩に変わる
2. 花崗岩化作用 granitization: 堆積岩が熔融することなく変成作用により花崗岩が形成される
3. 超塩基性マントル起源説: 玄武岩質マグマより深部のマントルが起源

暗記言葉 (塾でバイトしてた時に覚えたり)
流流紋岩産 安産安山岩 元玄武岩気な子    囲花崗岩んで 先閃緑岩公 半斑糲岩殺し

石英斑岩 quartz porphyry: 脈岩、斑状組織ある(あとは花崗岩と同じ)
流紋岩 rhyolite = 石英粗面岩: 成分 ≈ 花崗岩  (⊃ 黒曜石 obsidian)
輝緑岩 diabase: 石灰・リン酸含量高
閃緑岩 diorite: 花崗岩に似るがより黒色で緑色帯びる

石英閃緑岩 quartz diorite: 石英含む
閃緑斑岩 diorite porphyry: 鉱物成分 = 閃緑岩。完晶質斑状の岩脈
閃緑玢岩 diorite porphyrite: 斑状となる半深成岩

2001.10.28 北海道様似町 (株)「南組」寄贈    (2017年3月14日早稲田大学)

→ 多くは再結晶作用と変形作用を同時に被る
変質作用 alteration: 地表で起こる変化 (Ex. 風化作用) ⊄ 変成作用

縞状組織: 元の堆積岩粒子配列残る - 固体のまま変成

斑状変晶 porphyroblast: 火成岩の斑晶に相当
マトリックス matrix: 火成岩の石基に相当

→ 共に変成作用受けたもの

(残存斑晶 relic phenocryst: 火成岩中にあった斑晶が残ったもの)

a) 広域変成作用 (regional-)metamorhism

• 岩石: 面状組織 (再結晶の程度) Ex.
• 粘板岩 slate: 極平坦な剥離面 → 偏圧 → 堆積面と原則斜交 肉眼で殆ど新結晶認められない(泥質岩源が普通) Ex. 他の岩石不明瞭
• 千枚岩 phyllite: 粘板岩がさらに変成。剥離面しばしば波状、片理発達。これと平行な石英細脈群(絹雲母・緑泥石等の可視サイズ微小結晶あるが元の鉱物多い)あることも Ex. 泥質岩源 = 明瞭な千枚岩 ↔ その他は不明瞭
• 角閃岩 amphibolite (角閃片岩 amphibolite schist: 長石含まない)
• 結晶片岩 crystalline schist: 剥離と片理明瞭。面上にしばしば線構造 (殆ど全鉱物が新結晶。細-中粒) Ex. 各種岩石が結晶片岩になるが、粗粒岩源ではしばしば片理多
  構成鉱物分類:

  雲母片岩 mica schist
  石英片岩 quartzite schist
  石墨片岩 graphite schist
  緑簾片岩 epidote schist
  緑泥片岩(緑泥石片岩) chlorite schist
  

• 片麻岩 gneiss: 花崗岩変成。縞状組織発達。片理余り明瞭でない(全てが再結晶したもので粗粒) Ex. 原岩様々だが、方向性除き花崗岩に似る

b) 接触変成作用 contact metamorphism

接触変成岩(ホルンフェルス) contact metamorphic rock

パイロープpyrope: X = Mg, アルマンディンalmandine: X = Fe²⁺, スペサルティンspessartine: X = Mn²⁺

緑簾石 epidote: Ca₂(Al, Fe³⁺)₃Si₃O₁₂(OH): 低温変成岩に広く産する。鶯色(緑色)を作る
紅簾石 piedmonite: Ca₂(Al, Fe³⁺, Mn³⁺)₃Si₃O₁₂(OH): 美しい紅-紅紫色。三波川変成岩に産する

ヒューランダイトheulandite: CaAl₂Si₇O₁₈·6H₂O
アナルサイト(方沸石) analcite: NaAlSi₂O·6H₂O
ローモンタイト laumontite: CaAl₂Si₄O₁₂·4H₂O

用語: (独) ortho-: 原岩が火成岩 ↔ para-: 原岩が堆積岩

再結晶作用 reclystallization

変成作用中の物質移動 – 水含む揮発成分が流体として移動するのが主

図. カイアナイト-紅柱石-珪線石の平衡(都城 1965)

ムル石 mullite 3Al₂O₃·2SiO₂

__
図. 翡翠輝石の安定領域(都城 1965)

NaAlSi₂O₆ (翡翠輝石) + SiO₂ (石英) = NaAlSi₃O₈ (曹長石)

相律 phase rule (Gibbs 1874)

C: 成分数, P: 相数, F: 自由度

定温・定圧による変成 → 自由度は2小さい ∴ P = C

分布・産状

(s.s.) 広域変成帯 regional metamorphic belts: 帯状広域変成岩分布域

最も多くの変成岩産出

図. 日本の変成帯

変成帯内部に陥入した花崗岩や蛇紋岩serpentiniteが普通は存在

_____アイソグラッド isograd
___________↓______ ↓
高温_←--------|------------|------------→ 低温
______強変成__低変成__非変成 → 広域変成帯

アイソグラッド: 分帯を区別できる線の部分 – 鉱物成分が大きく変化

→ 変成相系列 metamorphic facies series: 変成帯中の異なる変成相を表す地域の空間的配列

花崗岩類(深成岩) – 最も著しい接触変成作用
火山岩・半深成岩 – 火成岩体から数km離れた所でも殆ど変成しない

→ 変成部から非変成部に急激に移行し分帯区分できないこと多

複変成作用 poly-metamorphism: 同じ岩体に繰返し変成作用加わる

蛇紋岩 serpentinite (蛇紋石 serpentine)

代表的鉱物: いずれもMg₃(Si₂O₅)(OH)₄
アンチゴライト (葉蛇紋石, antigorite): 葉片状
クリソタイル (白石綿/温石綿, chrysolite): 繊維状、電顕下でパイプ状
リザーダイト (lizardite): 塊状

形状: 塊状、葉片状、粘土状、角礫状等

• 統合環境調査法実習 (Field training on integrated environmental research) (出現種リスト)

[生態学集中実習 (1996年8月29日天塩)]

蛇紋岩帯 (serpentine belt)

図11.10 蛇紋岩分布 (久城他編 1989加筆)

☛ 土壌形成作用

1. 風化 weathering

2. 移動migration

流水移動

主な粘土鉱物
カオリナイト族: 代表はカオリナイト kaolinite、化学組成はAl₄Si₄O₁₀(OH)₈
モンモリロナイト族: 代表はモンモリロナイト montmorillonite、化学組成はAl₄Si₈O₁₀(OH₄)·nH₂O
イライト族: 白雲母に似るが、よりK少なくH₂O多い。代表はイライト illite Ex. (OH₄)K_y(Al₄·Fe₄·Mg₄·Mg₆)Si_8-y·Al_yO₂₀

3. 沈殿 deposition

イオンが蒸発時に塩類として沈殿(特にNa, Mg, Ca)

続成作用: 長時間(> 1万年)かけ粒子が化学的に結びつき固岩石に変化

結晶作用が低温で行われる → 鉱物組成・化学組成単純
単鉱物岩 monomineralic rock: 1種類の鉱物からなる

≈ 土壌 + 黄土 + テフラ + その他風化物

堆積物

淘汰 sorting の程度(粒度の揃い方) – 2種以上ある時は成因複数
成熟度 maturity: 堆積岩中で安定な成分(石英等)が占める比率

礫岩: 円礫岩 conglomerate、角礫岩 breccia、細礫岩 granulestone等
砂岩: アルコース砂岩 (石英に富む)、硬砂岩 greywacke (長石に富む)
シルト岩、粘土岩 (泥岩: シルト・粘土が固まったもの)

頁岩 shale: 粘土質物質主成分の葉片状岩石
(珪岩 quartzite/粘板岩 clayslate: 頁岩変性硬化 - 変成岩)

化学的・生物的の中間的過程もある – しばしば区別困難

岩塩 halite, NaCl
石膏 gypsum: 水硫酸カルシウムCaSO₄·2H₂O [細結晶洞窟生成物 → 石膏洞(窟) gypsum cave: 溶食]

硬石膏 anhydrite, CaSO₄

石灰岩 limestone: 方解石主構成物。雨水等の弱酸性溶液に対しても溶解。洞窟は石灰岩中に最多
生物遺骸(サンゴ､ウミユリ､貝殻等)堆積しできた堆積岩 ☛ 珊瑚石灰岩

白雲岩(ドロマイト) dolomite: Mg多く含む石灰岩 [Ca, Mg]CO₃
トラバーチンtravertine: 湧泉の回りや石灰岩中にできた固い方解石から成る石灰岩
大理石(結晶質石灰岩) marble: 石灰岩が地殻の熱・圧力により変成し生じた結晶の大きな岩石

チャート chert: SiO₂

アンソダイト(石花) anthodites: 方解石棒状結晶が放射状に伸びる
ストロー straw stalactite: ストロー位の大きさで中心に小孔あり薄方解石殻でできた鍾乳石の1種

珊瑚石灰岩 coral limestone: 生物遺骸(Ex. サンゴ礁・貝殻)が集合
白亜(チョーク) chalk: 主に円石藻化石 → 未固結な泥質石灰岩
石炭 coal: C, H, N, O(植物起源)
石油 petroleum: 生物起源炭化水素
(鉄鋼層 – 鉄バクテリアにより沈殿した酸化鉄の堆積)

分布・地層

特徴に応じ、岩相 lithofacies、生物相 biofacies 等を分けることもある

a. 大陸地域

砕屑岩はよく淘汰され、成熟度高く、砂岩は石英砂岩が普通。火山灰・チャートは含まれない
層相は広範囲(時に数100 km)に安定

海成層 marine deposits: 海で堆積 – 化石多い
陸成層 continental deposits: 陸で堆積 – しばしば蒸発岩含む

b. 変動帯

砕屑岩は、低成熟度グレイワッケ型砂岩・泥岩主体。火山灰・チャート含
層相は時間的・空間的に変化しやすい

c. 大洋地域

未固結部存在 → 軟泥oozeや赤色粘土red clayからなる

晶洞群 (しょうどうぐん)

がま: 岩石中の空洞に鉱物結晶が密集しているもの (弥山山頂近く 14-03-21)

凝灰岩 tuff

生成条件 → 堆積岩(火山砕屑岩)に分類
輝緑凝灰岩 schalstein: 凝灰岩がさらに固結 (アズキ色/緑色)

珪藻土 diatomite or diatomaceous earth