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フィリピン海の海盆形成とマグマティズム

石 塚　 治＊，＊＊ 小 原　泰 彦＊＊，＊＊＊ 湯 浅　真 人＊

Basin Genesis and Magmatism in the Philippine Sea

Osamu ISHIZUKA＊，＊＊, Yasuhiko OHARA＊＊，＊＊＊ and Makoto YUASA＊

［Received 17 January, 2015; Accepted 30 April, 2015］

Abstract　　Characterizating the igneous basement and reconstructing the volcanotectonic history of the Philippine Sea are the major targets of surveys for delineating Japan's continental shelves oper-ated by Ministry of Economy, Technology and Industry. Sampling using R/V Hakurei-maru No. 2 equipped with Deep-sea Boring Machine System （BMS） and arm dredges covers a wide area of the Philippine Sea. The results are summarized of 40Ar/39Ar dating and chemical and isotopic analyses on igneous rock samples from the Philippine Sea, particularly from the West Philippine Basin, and its surrounding area, and Kinan Seamount Chain in the Shikoku Basin. Both regions are characterized by Ocean Island Basalt （OIB）-like magmatism which formed oceanic plateaus （e.g., Urdaneta Plateau, Oki-Daito Rise） and seamounts （e.g., seamounts in Minami Daito Ba-sin, Kinan Seamount Chain）. However, the geochemical characteristics of OIB-like basalts and pattern of spatial and temporal variations of this type of magmatism indicate that sources and processes involved in magmatism in these two areas are clearly distinct.

Key words： continental shelf survey, Philippine Sea, West Philippine Basin, Kinan Seamount

Chain, OIB, back-arc basin

キーワード：大陸棚調査，フィリピン海，西フィリピン海盆，紀南海山列，OIB，背弧海盆

I．は じ め に

　法的な定義に基づいて，大陸棚の限界を画定する上でもっとも重要な点は，該当する海底が「領土の自然延長」を構成するということである。これは地形的に明らかに連続していれば容易に認められるが，そうでない場合は地質学的，地球物理学的根拠に基づいて連続性を証明することも可能である。そのため日本は，周辺海域において精密

海底地形調査・地殻構造探査・基盤岩採取を含む科学的調査を実施した。日本のように島弧地殻が発達している地域では，海底を構成する火山岩の地球化学的特徴（例えばスラブ由来物質の寄与の有無）や地震探査により求めた地殻の地震波速度構造を用いて，島弧としての連続性を証明することにより，延長大陸棚を獲得できる可能性もある。　本稿では，大陸棚限界画定調査の一環として行われたフィリピン海地域での海底基盤岩採取に

地学雑誌 Journal of Geography（Chigaku Zasshi） 124（5）773–786 2015 doi:10.5026/jgeography.124.773

　　＊ 産業技術総合研究所地質調査総合センター　＊＊ 海洋研究開発機構＊＊＊ 海上保安庁海洋情報部　　＊ Geological Survey of Japan, AIST, Tsukuba, 305-8567, Japan　＊＊ Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology, Yokosuka, 237-0061, Japan＊＊＊ Hydrographic and Oceanographic Department, Japan Coast Guard, Tokyo, 135-0064, Japan

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より得られた知見のうち，フィリピン海の海盆形成過程とそれに伴うマグマティズムの時空変遷についての新知見をまとめる。とくに（1）西フィリピン海盆とその周辺地域で得られたいわゆる海洋島玄武岩類似の玄武岩類の活動と西フィリピン海盆形成過程との関連について，玄武岩類の活動の時空変遷と化学的特徴から得られた制約について，（2）背弧海盆拡大形成最末期のマグマプロセスについて，四国海盆について得られたデータと制約，について紹介する。

II．調査および分析手法

　大陸棚限界画定調査では，フィリピン海地域の火山体や，主要な地質構造体から岩石試料を採取した。試料採取は，石油天然ガス・金属鉱物資源機構所有の第 2白嶺丸により実施され，比較的傾斜の緩やかな海底では海底着差式の掘削装置（BMS）よる掘削により，また急斜面ではドレッジにより行われた。　採取試料に関して岩石記載学的および鉱物化学的特徴の把握，40Ar/39Ar法による年代測定，全岩化学組成分析（主要および微量元素分析），Sr，Nd，Pbなどの同位体組成分析を実施した。これらの分析結果を用いて，化学組成上の特徴から，海洋性島弧，海洋島，背弧海盆等，調査対象の地質体を構成する岩石が形成された環境を検討した。また基盤岩を構成する火成岩のマグマ起源物質，マグマ生成とその後のプロセス，火成活動時期とそれに基づくテクトニックセッティングについて検討を行った。

III．背弧海盆拡大とプルーム活動の関連―西フィリピン海盆の拡大史―

　フィリピン海プレートは，主として海洋性島弧（伊豆・小笠原・マリアナ弧），海盆群（西フィリピン海盆等）および白亜紀以前の古島弧群（大東海嶺群）により構成される。近年の伊豆・小笠原・マリアナ弧前弧域での調査に基づけば，フィリピン海プレート縁辺部では，伊豆・小笠原・マリアナ弧を形成するプレートの沈み込みが約5200万年前に開始されたと考えることができる

（Ishizuka et al., 2006a, 2011a, 2014; Reagan et

al., 2008, 2010）。沈み込み開始後，700–800万年後には安定的な沈み込みとそれに伴う島弧火山活動が確立されたと考えられる（Ishizuka et al.,

2011a）。その後伊豆・小笠原・マリアナ弧の背弧海盆として，フィリピン海プレート内で四国海盆およびパレスベラ海盆の形成，拡大が約 2500

万年前までに開始された（図 1：Ishizuka et al.,

2011b）。これにより，現在の九州パラオ海嶺が伊豆・小笠原・マリアナ弧より分離され，古島弧として四国海盆およびパレスベラ海盆の西縁をなすこととなった（図 1，図 2）。　一方同時期に西フィリピン海盆は伊豆・小笠原・マリアナ弧のさらに背弧側の地域で拡大を続けていたと考えられる（Fujioka et al., 1999; De-

schamps and Lallemand, 2002; Okino and Fu-

jioka, 2003; Sasaki et al., 2014）。フィリピン海プレート上で西フィリピン海盆拡大以前から存在していたのは，大東海嶺群のみと考えられる。伊豆・小笠原・マリアナ弧での沈み込み開始以降，伊豆・小笠原・マリアナ弧および白亜紀の古島弧である大東海嶺群に隣接する地域あるいは大東海嶺群内で西フィリピン海盆の拡大が起きていたと考えられる。　西フィリピン海盆の拡大は，おおむね約 3400

万年前ごろまでに終了，その後超低速で約 2800

万年前ごろまで継続していたと考えられる。その間，拡大方向の反時計回りの回転，拡大速度の変化が起きたことが指摘されてきた（例えば,

Deschamps and Lallemand, 2002）。　1）フィリピン海地域の海洋島玄武岩類似の玄

武岩類　西フィリピン海盆内のベンハムライズと呼ばれる海台や，大東海嶺群内の南大東海盆からは，ソレアイト系列あるいはアルカリ岩系列の海洋島玄武岩（OIB）類似の化学的特徴をもつ玄武岩類が Hickey-Vargas （1991, 1998a,b）等により報告されていた（図 2）。図 3はこれら玄武岩の N-

MORB（中央海嶺玄武岩）規格化パターンであるが，MORBに比べて液相濃集元素に富み，コンパイルされた OIBのパターン（Sun and Mc-

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Donough, 1989）に類似しており，化学的特徴がOIBに近いことを示している。これら 2地域の玄武岩類からは 40Ar/39Ar年代が報告されており，ベンハムライズから 35.6，36.2 Ma，南大東海盆から 42.8，51.3 Maの年代が得られている（Hickey-Vargas, 1998a）。この年代は，西フィリ

ピン海盆の拡大形成期とオーバーラップしていると考えられる。しかしこれら海台，海盆でのマグマ活動の時空変遷や成因，さらに西フィリピン海盆形成過程との関連は明らかになっていなかった。　2）大陸棚限界画定調査　大陸棚限界画定調査では，西フィリピン海盆と

図 1　フィリピン海地域の代表的な地質体とテクトニクス復元（Ishizuka et al., 2011b を改変）． a）35 Ma以前，b）現在．

Fig. 1　 Schematic cartoon depicting the volcanotectonic evolution of the Kyushu-Palau Ridge and the surrounding Philippine Sea Plate （modified after Ishizuka et al., 2011b）. a） before 35 Ma, b）present.

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その周辺の地質体のうち，これまで採取試料がきわめて限られていた西フィリピン海盆内に分布するウルダネタ海台およびその北東に位置し，沖大東海嶺に接続する沖大東ライズと呼ばれる海台，沖大東海嶺群上に分布する小火山体で試料採取が行われた（図 2）。このほかに南大東海盆中の海山や西フィリピン海盆底からも試料が採取された（図 2）。調査本来の目的に加えて，研究上でのテーマとして，西フィリピン海盆の拡大と OIB

類似玄武岩の活動時期の時間的関係，フィリピン海プレートの海洋地殻を形成したMORBタイプのアセノスフェリックマントルと OIB類似玄武岩のソースの関係，西フィリピン海盆の海底拡大に伴うマントルの時空変遷，OIBの活動と海底

拡大開始との成因的関係を検討した。　3）採取試料の化学的特徴と噴出年代　まず全岩化学組成により採取された岩石の化学的特徴について検討した。図 4は全岩化学組成に関する SiO2–アルカリ（Na2O＋K2O）重量％のプロットである。図 4aにウルダネタ海台や沖大東ライズから採取された岩石，図 4bに西フィリピン海盆底から採取された岩石のデータを示している。海台から採取された玄武岩類は，海盆底の玄武岩に比べてアルカリに富み，とくにトラキティックで非常にアルカリに富むものがあることが特徴である。　次に微量成分組成の特徴をみる。いずれも N-

MORB規格化パターンを示す（図 5）。ウルダネタ海台，沖大東ライズといった海台の試料は，ベンハムライズや南大東海盆から報告されているOIB類似の玄武岩類と同様，MORBに比べてきわめて液相濃集元素に富み，代表的な OIBのパターンに類似する。　南大東海盆，沖大東海嶺上の小火山体から採取された試料については，OIB的な特徴を示すも

図 2　西フィリピン海周辺の海底地形と試料採取位置（Ishizuka et al., 2013 を改変）．シンボルは，図 6，図 7，図 9 と同様．OIB 類似玄武岩の分布と古島弧に相当する地域をあわせて示す．

Fig. 2　 Bathymetric map of the NW Philippine Sea showing sample locations （symbols are as used in Figures 6, 7, and 9）. Distribution of OIB mag-matism and remnant arc are indicated as shaded bathymetry. （Modified after Ishizuka et al., 2013）. Bathymetric data are from Hy drographic and Oceanographic Department of Japan.

図 3　ベンハムライズと南大東海盆から報告されている OIB 類似の玄武岩の化学組成の中央海嶺玄武岩規格化パターン．データは Hickey-Vargas （1998a），Sun and McDonough （1989）による．

Fig. 3　 Selected MORB-normalized whole rock com-positions of volcanics from Benham Rise and Minami-Daito Basin （DSDP Site 446）. Data are normalized to N-MORB; Sun and McDonough （1989）. Data source: Hickey-Vargas, 1998a; Sun and McDonough （1989）.

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のと，LIL（large-ion lithophile）元素に富むがHFS（high field strength）元素に乏しいいわゆる島弧的な特徴をもつ 2種類が存在する。　さらに西フィリピン海盆については，おおむね

N-あるいは E-MORBの化学的特徴を示すが，一部により液相濃集元素に富んだ試料も存在する。　次に OIB類似火山岩にみられるエンリッチした組成の特徴についてもう少し詳しく検討する。

図 4　大陸棚限界画定調査で得られた西フィリピン海周辺の火山岩類の SiO2–アルカリプロット（データはIshizuka et al., 2013 による）．火山岩組成区分は Le Maitre（1989）および Rickwood（1989）による．異なるシンボルは採取地点が異なっていることを示す．a）沖大東ライズおよびウルダネタ海台のデータ．b）西フィリピン海盆のデータ．

Fig. 4　 A） SiO2–K2O plot of volcanic rocks from the area studied. Rock subdivision is adopted from Le Maitre （1989） and Rickwood （1989）. Data are from Ishizuka et al. （2013）. a） data from Oki-Daito Rise and Urdaneta Plateau; b） data from West Philipppine Basin.

図 5　大陸棚限界画定調査で得られた西フィリピン海周辺の火山岩類の中央海嶺玄武岩規格化パターン（データは Ishizuka et al., 2013による）．

Fig. 5　 MORB-normalized whole rock compositions of volcanics from the area studied. Data are from Ishizuka et al. （2013）.

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図 6に示す Nb/Y–Zr/Yプロットは，Fitton et al.

（1997）によりアイスランドの玄武岩におけるプルームの影響を評価するために使用されたものである。今回海台等から採取された OIB的な試料は，いずれもMORBあるいはフィリピン海の海盆底（すなわち背弧海盆の上部海洋地殻）から採取された玄武岩類（Philippine Sea MORB）より高い Nb/Zrをもつ領域にプロットされ，MORBソースに比べて液相濃集元素により富んでいるプルームの影響を受けていることを強く示唆する。この高Nb/Zrを示すマントルのコンポーネントを検討するため，次に Nbのエンリッチの程度を示すΔNbと Pb同位体比の関係について検討する（図 6）。今回採取された OIB類似の玄武岩試料は，フィリピン海の海盆底の玄武岩類に比べて 206Pb/204PbおよびΔNbが高いという特徴をもつ。このことからこれら玄武岩のソースに寄与したエンリッチしたマントルは，MORBソースより高い 206Pb/204Pb，Nb/Zrをもち，ベンハムライズや南大東海盆の玄武岩に寄与しているものと同様の特徴をもつと考えられる。　次に OIB 類似玄武岩の Pb 同位体組成の時

間変化を検討する。図 7a，bは，206Pb/204PbとΔ208Pb（Hart, 1984）すなわち Pb同位体プロット 206Pb/204Pb–208Pb/204Pb上でデータが NHRL

（Northern Hemisphere Reference Lines: Hart,

1984）からどのくらい離れているか，の指標をプロットしたものである。ウルダネタ海台，沖大東ライズは，フィリピン海の海盆底の玄武岩類（Philippine Sea MORB）に比べて高Δ208Pb，高 206Pb/204Pbを示し，ベンハムライズからの報告値にも似る。一方，南大東海盆や沖大東海嶺上の小火山体の玄武岩類は，より低いΔ208Pbおよび 206Pb/204Pbをもち，Philippine Sea MORBより低いΔ208Pbを示す。この特徴は，周辺の大東海嶺群等の古島弧の同位体的特徴に類似する。　さらにΔ208Pbを噴出年代とともにプロットすると，より若い玄武岩ほど高いΔ208Pbを示し，Δ208Pbは時代とともに上昇していったとみることができる（図 7c）。先ほどみたように，低いΔ208Pbを示す OIBは同位体的に古島弧の組成に類似している。島弧の Pb同位体組成はおもにスラブ由来物質の寄与によりコントロールされていると考えられる。このため，もっとも初期に噴出

図 6　a）西フィリピン海周辺の火山岩類の Zr/Y–Nb/Y プロット．データは Ishizuka et al. （2013）による．フィリピン海 MORB のデータは，Hickey-Vargas（1998a），Ishizuka et al. （2009, 2010）による．2 本の実線は，Fitton et al.（1997）によるアイスランド溶岩における，MORB タイプの溶岩とプリュームの影響を受けた溶岩の組成範囲のリミット．b）206Pb/204Pb–ΔNb プロット．ΔNb＝ 1.74＋ log（Nb/Y）－1.92 log（Zr/Y）: Fitton et al. （1997）．シンボルは図 2と同様．

Fig. 6　 a） Zr/Y–Nb/Y relationship of studied samples. Philippine Sea MORB: Hickey-Vargas （1998a）, Ishizuka et al. （2009, 2010）. Two solid lines: reference lines mark the limits of Icelandic basalt data by Fitton et al. （1997）, effectively showing OIB field. b） 206Pb/204Pb–ΔNb plot of studied samples. ΔNb＝ 1.74＋ log （Nb/Y）－1.92 log（Zr/Y）: Fitton et al., 1997）. Symbols are as used in Figure 2.

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した OIB類似マグマは，以前のプレート沈み込みに伴い放出されたスラブ由来物質に汚染されたリソスフェリックマントル，あるいは地殻物質の影響をもっとも強く受けたと考えることができる。西フィリピン海盆の拡大に伴い，EM2の特徴（例えば高い 206Pb/204Pb，Δ208Pb）をもったアセノスフェリックマントルが上昇，次第に生産されるマグマに対するリソスフェリックマントル，あるいは地殻物質の影響が小さくなっていったと考えられる。　次に OIB類似玄武岩の 40Ar/39Ar年代，すなわち噴出年代を図 8に示す。海台を形成した玄武岩マグマの活動は 35.8–44.4 Maに起きた。ウル

ダネタ海台からは 35.8–41.6 Ma，一方沖大東ライズからは 40.5–44.4 Maの年代が得られた。さらに沖大東海嶺上の小火山体や南大東海盆中の海山の OIB類似玄武岩から 44–48.4 Maともっとも古い年代が得られた。　OIB類似玄武岩の活動域の時間変化を検討するために，玄武岩の噴出年代と，西フィリピン海盆のかつての拡大軸，すなわち CBFリフトからの距離をプロットしたのが図 9である。玄武岩の噴出年代は，拡大軸からの距離が大きくなるに従い古くなることが明らかになった。もし拡大軸上の特定の地域，すなわち現在の地理的関係で拡大軸の北西部に小規模なプルームが固定され，

図 7　 a，b）西フィリピン海周辺の火山岩の 206Pb/204Pb–Δ208Pb（Hart, 1984），c）40Ar/39Ar age–Δ208Pbプロット．フィリピン海MORB，ベンハムライズ，南大東海盆DSDP Site 446，九州・パラオ海嶺，中生代古島弧のデータは，Hickey-Vargas（1991, 1998a）; Savov et al. （2006）; Ishizuka et al. （2009, 2010, 2011b）による．シンボルは図 2と同様．年代データのある試料のみプロットしている．

Fig. 7　 a, b） 206Pb/204Pb–Δ208Pb （Hart, 1984）, c） 40Ar/39Ar age–Δ208Pb plots for Oki-Daito Province and West Philippine Basin magmatism. Additional data from: Hickey-Vargas （1991, 1998a）; Savov et al. （2006）; Ishizuka et al. （2009, 2010, 2011b）. Symbols are as used in Figure 2. Samples with age data are plotted in Fig. 7c.

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OIB類似マグマが継続して生産されたと考えれば，この玄武岩の活動域の時空変遷を説明できる。この仮定は，拡大軸をはさんでほぼ対象の位

置にあるウルダネタ海台とベンハムライズがほぼ同じ活動年代を与えていることとも調和的である。この仮定に基づけば，西フィリピン海盆の片側拡大速度は，35.8–44.3 Maの間で 5.5 cm/yであると見積もることができる。この見積もりは，海底地磁気異常の解釈から見積もられた拡大速度4.4 cm/y（Deschamps and Lallemand, 2002）よりやや大きいが，海底地磁気異常の解釈については，信頼できる海洋地殻の放射年代と対比できる点がほとんどなく不確定性が大きいことを考えるとおおむね一致しているということもできる。　4）海台の形成と西フィリピン海盆の拡大　以上のデータに基づく西フィリピン海盆とOIB類似玄武岩マグマの活動史を含んだフィリピン海プレートの復元モデルを図 10に示す。約52 Maに伊豆・小笠原・マリアナ弧の形成にいたるプレートの沈み込みが開始された。この際上盤側のプレートは大東海嶺群とその間の海盆群により構成されていた。約 45 Maまでに，EM2の同位体的特徴をもつマントルプルームが上昇，OIB類似マグマの形成が開始された。当初，このマグマティズムは大東海嶺群–海盆系の広い範囲で起き，これらの古島弧地殻上に小規模な火山

図 8　西フィリピン海周辺の火山岩から得られた40Ar/39Ar年代（Ishizuka et al., 2013による）．イタリックで示した年代値は OIB 類似でない玄武岩から得られた年代．

Fig. 8　 Distribution of 40Ar/39Ar ages （in Ma） obtained for volcanic rocks from the area studied. Ages in italic indicate the data of OIB-unlike basalts.

図 9　OIB 類似玄武岩の年代とかつての西フィリピン海盆の拡大軸からの距離との関係（Ishizuka et al., 2013 に よる）．シンボルは図 2と同様．DSDP Site 292および Site 446のデータは Hickey-Vargas（1998a）による．

Fig. 9　 40Ar/39Ar age–distance relationship of Oki-Daito volcanism from extinct spreading center of West Philippine Basin （CBF Rift）. Data from DSDP Site 292 at Benham Rise and Site 446 in Minami-Daito Basin are from Hickey-Vargas （1998a）. Modified after Ishizuka et al. （2013）. Symbols are as used in Figure 2.

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体を多数形成した。　西フィリピン海盆の成因については，大洋底がとり込まれたもの（trapped basin）とする説（例えば, Uyeda and Ben-Avraham, 1972; Jolivet

et al., 1989）と背弧海盆とする説（例えば, Lewis

et al., 1982）が提唱されたが，現在では海底地形と磁気異常パターンから背弧海盆起源であるとする考えが有力視されている（例えば, Okino and

Fujioka, 2003）。本研究の結果は，OIB類似マグマの活動が，時間的，空間的に西フィリピン海盆の拡大開始時期および開始地域にきわめて近いことを示しており，マントルプルームの上昇が背弧海盆拡大開始のきっかけとなった可能性が十分あると考える。このプルームの位置は，拡大軸の特定の位置に固定され，少なくとも約 35 Maまで活動し，海台の年代と噴出年代に正の相関がある海台（列）を形成した。　プルームの上昇とリフティングおよび海底拡大の関連は，大陸分裂と洪水玄武岩の関連において議論されてきた（例えば, Courtillot et al., 1999;

Buiter and Torsvik, 2014; Burov and Gerya,

2014）。Buiter and Torsvik（2014）は，マントルプルームの上昇が地殻のリフティングと玄武岩の噴出を引き起こす場合と，リフティングは他の要因で開始され，そこにプルームがトラップされる場合があるとした。西フィリピン海盆で

は，OIB類似マグマの活動が海盆内に限られず，海盆拡大開始の場となったと考えられる大東海嶺群にも広く分布していることから，前者に相当すると考える。この場合，西フィリピン海盆を形成するリフティングと海底拡大の開始時期は，OIB

類似玄武岩マグマの活動開始時期とほぼ同時期とみなせることになる。すなわち，本研究の結果からは西フィリピン海盆拡大開始時期は，約50 Ma

前後と考えられる。

IV．背弧海盆拡大最末期から停止期のマグマティズム ―紀南海山列―

　フィリピン海地域では，西フィリピン海盆以外でも OIB類似の特徴をもつ玄武岩質マグマの活動が起きていた例がある。それは，四国海盆のかつての拡大軸付近に存在する紀南海山列である（図 11）。　伊豆・小笠原弧の背弧域には，火山フロントから背弧リフト帯をはさんで西南西方向に伸びるいわゆる背弧海山列，四国海盆東半部に分布する海山群，そして四国海盆のかつての拡大軸付近に，おおむね拡大軸の伸びの方向に配列した海山列（紀南海山列）といった顕著な火山体が分布する（図 11）。これまでの調査により，背弧海山列，四国海盆東半部に分布する海山群については，伊豆・小笠原弧の火山フロント背後での中新世か

図 10　西フィリピン海盆周辺地域のテクトニクス復元（Ishizuka et al., 2013 による）．西フィリピン海盆とその周辺の地質体の相対的な位置関係の復元であり，プレート全体の回転等の運動は含んでいない．

Fig. 10　 Schematic tectonic history of the West Philippine Basin area （modified after Ishizuka et al., 2013）. Rotation of Philippine Sea plate is not considered in this figure.

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ら鮮新世の島弧火山活動により形成されたことが明らかになっている（例えば, Ishizuka et al.,

1998, 2003a, b, 2006b, 2009; Hochstaedter et al.,

2000, 2001）。紀南海山列については，Sato et al.

（2002）により一部の海山から化学組成が報告されていたが，火山活動時期や活動したマグマの特徴の全体像は明らかになっていなかった。大陸棚限界画定に関する調査で，この海山列のほとんどの海山から試料が採取され，その活動時期と活動したマグマの化学的特徴が明らかになった（Ishi-

zuka et al., 2009）。　図 12は紀南海山列から採取された玄武岩試料の全岩化学組成を N-MORBに規格化したパターンである。四国海盆の上部海洋地殻を構成する玄武岩や，伊豆・小笠原弧の背弧域の火山を構成する火山岩の組成もあわせて示している。紀南海山列の玄武岩類が，四国海盆海洋地殻の玄武岩より

液相濃集元素に顕著に富む特徴をもつことが明らかである。また伊豆・小笠原背弧の島弧火山と比較すると Nb，Zr等の HFS元素の枯渇がみられない点や，沈み込むスラブから放出される流体に分配されやすい元素（fluid-mobile elements; Ba,

Pb等）がそれ以外の液相濃集元素に対して顕著に富んでいない，といった点で明確に異なる。　次に同位体組成の特徴をみる（図 13）。Sr-Pb

および Pb-Nd同位体組成プロットでみると，紀南海山列の玄武岩類は四国海盆を含むフィリピン海の上部海洋地殻を構成する玄武岩（Philippine

Sea MORB）に比べてほぼ同じか若干高い 206Pb/ 204Pb，87Sr/86Srと低い 143Nd/144Ndにより特徴づけられる。これは紀南海山列玄武岩類の液相濃集元素に富む特徴に寄与するマントルの組成が，西フィリピン海盆地域の OIB 類似玄武岩に寄与してしたものと異なることを示している。ここでみられるマントルの組成は，比較的低い206Pb/204Pb，低い 143Nd/144Nd，高い 87Sr/86Srをもつ，いわゆる EM1相当のものが推定される。　次に，紀南海山列の玄武岩類の活動時期を示す（図 11）。紀南海山列の玄武岩類からは 7.73–

図 11　四国海盆周辺の海底地形と紀南海山列から得られた 40Ar/39Ar 年代（Ishizuka et al., 2009による）．地形データは海上保安庁海洋情報部による．

Fig. 11　 Bathymetric map of Izu-Bonin back-arc and Shikoku Basin and distribution of 40Ar/39Ar ages （in Ma） obtained for volcanic rocks from Kinan Seamount Chain. Bathymetric data are from Hydrographic and Oceanographic Department of Japan. 40Ar/39Ar age: Ishizuka et al. （2009）.

図 12　紀南海山列火山岩類の中央海嶺玄武岩規格化パターン（データは Ishizuka et al., 2009 による）．四国海盆，伊豆弧背弧海山列のデータもあわせて示す．規格化に用いた N-MORB組成は，Sun and McDonough（1989）による．

Fig. 12　 Selected MORB-normalized whole rock com-positions of volcanics from back-arc area of Izu-Bonin arc and Shikoku Basin area （normalized to N-MORB; Sun and McDonough, 1989）. Data source: Ishizuka et al. （2009）.

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15.48 Maの 40Ar/39Ar年代が得られた。玄武岩の活動年代に系統的な地域による違いは認められない。この年代は，四国海盆の拡大がほぼ停止したと考えられる約 15 Ma（Okino et al., 1999）とほぼ同時期か若い年代である。この結果は，紀南海山列における火山活動が，四国海盆の主要な拡大停止後，約 800万年間に起きていたことを示している。　ここで，紀南海山列玄武岩類の化学組成，同位体組成の時間変化について検討してみる。図 14

は，微量元素濃度比や Nd同位体比の時間変化を示したものである。時代とともに Nb/Zr，La/Sm

は上昇，一方 143Nd/144Ndが減少するという非常に明瞭な化学組成，同位体組成の時間変化が明らかになった。La/Smの上昇はマントルの部分溶融度の低下で説明できるが，Nb/Zr，143Nd/144Nd

の変動は寄与したマントルの組成も変化していることを示している。時間とともにマントルの部分溶融度が低下し，それとともに融解しやすい単斜輝石に富む部分のマントルが選択的に溶融した，と考えることで説明可能である。　この現象は，四国海盆の主たる拡大がほぼ15 Maまでに停止し，その後拡大軸での熱の供給やマントルの対流，上昇が次第に衰えていった過程を示しているのではないか，と考えている（図 15）。背弧海盆における主要な海底拡大期の終了後の火山活動は，日本海，南シナ海でも報告されている（Kaneoka et al., 1990; Tu et al.,

1992）。このため，紀南海山列を形成するような玄武岩マグマの活動は，四国海盆特有の現象ではなく，背弧海盆においてかなり普遍的に起きる現象であると考える。

図 13　紀南海山列火山岩類の同位体組成プロット（Ishizuka et al., 2009 を改変）．a）Sr-Pb，b）Nd-Pb 同位体プロット．伊豆弧背弧海山列およびフィリピン海 MORBの組成をあわせて示した．c），d）紀南海山列の同位体組成とともに西フィリピン海盆周辺の OIB類似玄武岩の組成範囲をあわせて示した．

Fig. 13　 Pb, Sr, and Nd isotope co-variation for Izu-Bonin back-arc area after Ishizuka et al. （2009）. a） Sr-Pb, b）Nd-Pb isotopic plots. c）, d） Isotopic composition of OIB-like magma from West Philippine Basin area are shown for comparison with basalts from Kinan Seamount Chain.

784—　　—

V．ま と め

　（1）OIB類似の玄武岩マグマの活動が西フィリピン海盆内の海台および周辺の中生代古島弧–海盆上で確認された。　（2）OIB類似玄武岩の噴出年代は，西フィリピン海盆の拡大軸から遠い地点ほど古い。EM2

タイプのマントル組成を含む小規模なマントルプルームにより拡大軸上の固定された地点でこのマグマが生産されたと考えればその分布は説明可能である。　（3）四国海盆紀南海山列では，四国海盆の主要な拡大停止後，約 800万年の間にMORBに比べて液相濃集元素に富む玄武岩マグマの活動が起きていたことが明らかになった。また非常に明瞭な玄武岩の化学組成，同位体組成の時間変化があったことが明らかになった。　（4）紀南海山列でのマグマプロセスは，背弧海盆拡大軸での主たる海底拡大期終了後の熱の供給やマントルの対流の変化を反映していると考えられ，背弧海盆において普遍的な現象であると考えられる。　（5）フィリピン海地域には異なる複数のマントルのエンリッチしたドメインが存在し，その出現するプロセスは異なっている。

図 14　紀南海山列火山岩類化学組成の時間変化（Ishizuka et al., 2009による）．

Fig. 14　 Temporal variation of geochemical charac-teristics of Kinan Seamount Chain lavas （after Ishizuka et al., 2009）.

図 15　四国海盆における火成活動史復元（Ishizuka et al., 2009による）．

Fig. 15　 Schematics cartoons representing two time periods in the evolution of the Shikoku Basin （modified after Ishizuka et al., 2009）.

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謝　辞　本論文に関連する有益な議論の多くを University of

Southamptonの Rex N. Taylor博士と行った。Taylor

博士との議論は，学術振興会科学研究費補助金基盤研究（C）課題番号 22540473（代表：石塚 治），基盤研究（B）課題番号 25287133（代表：石塚 治），および学術振興会二国間共同研究による出張の際行った。ここに記して感謝します。特集号での執筆をすすめて下さいました地学雑誌編集委員会の皆様に御礼申し上げます。

文 献

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