ミグマタイト
エストニア、ナイサール島のミグマタイトの翼状褶曲
エストニア、サーレマー海岸のミグマタイト
ノルウェー、ガイランゲルフィヨルド付近の複雑に折り畳まれたミグマタイト

ミグマタイトは、中程度から高度の変成作用を受けた環境、特に先カンブリア時代のクラトン岩塊に見られる複合岩石です。ミグマタイトは2つ以上の成分から成り、しばしば繰り返し層状に堆積します。一方の層は、後に部分溶融によって再構成された古い変成岩（「パレオソーム」）であり、もう一方の層はペグマタイト、アプリタイト、花崗岩、あるいは一般的に深成岩のような外観をしています（「ネオソーム」）。ミグマタイトは、侵食された山脈の基盤となる変形した変成岩の下に産出することが多いです。[ 1 ]

ミグマタイトは、変成岩パレオソームの部分溶融が起こった、順行変成作用の際の極端な温度および圧力条件下で形成される。 [ 2 ]部分溶融によって溶出する成分はネオソーム（「新しい物体」の意）と呼ばれ、顕微鏡的から巨視的スケールで不均質である場合とそうでない場合がある。ミグマタイトは、密に、かつ不整合に褶曲した鉱脈（プティグマティックフォールド）として現れることが多い。[ 3 ] これらは、メラノソーム（暗色の角閃石および黒雲母に富む環境）内で溶出する明るい色の花崗岩成分であるロイコソームの分離を形成する。存在する場合、ロイコソームとメラノソームの中間の色であるメソソームは、変成岩の母岩パレオソームの多かれ少なかれそのままの残骸を形成する。明るい色の成分は、しばしば溶融して移動したように見える。

エストニア、サーレマー島のミグマタイト岩

続成作用・変成作用の順序

地球の地殻の初期の地質学的断面
ヌナブト準州バフィン島ポンド・インレット付近の深いフィヨルドにある原生代の縞状ミグマタイトの航空写真。

ミグマタイトは、1837 年に Lyell が初めて特定した一連の岩相変化の最後から 2 番目の要素です。[ 4 ] Lyell は、今日でも有効な堆積岩の広域的な続成作用シーケンスについて明確な認識を持っていました。これは、未固結堆積物 (後の変成岩の原岩) の堆積で「A」から始まります。温度と圧力が深度とともに増加すると、原岩は、多孔質の堆積岩から硬化岩と千枚岩「A2」を経て、初期の堆積成分がまだ識別できる変成片岩「C1」へと続成シーケンスを経ます。さらに深部では、片岩は片麻岩「C2」として再構成され、残留鉱物の葉状体と石英長石層が交互になります。部分融解は継続し、少量のロイコソームが合体してネオソーム内の明確な層を形成し、ミグマタイト「D1」として識別される。ストロマティックミグマタイト中のロイコソーム層は、パレオソームからの不連続な反応系列において、依然として水とガス[ 5 ]を保持している。この超臨界状態のH 2 OとCO 2含有量は、ロイコソームを極めて流動的にする。

Bowen 1922, p184 [ 6 ]は、このプロセスを「一部は…岩石の既に結晶化した鉱物成分と、まだ溶融状態にあるマグマとの反応によるものであり、また一部は、選択的な凍結によって、通常「鉱化剤」と呼ばれる揮発性の高いガス（その中でも水が重要な役割を果たしている）が濃縮された、最終段階の高濃度「母液」間の平衡調整による反応によるものである」と説明している。JJ Sederholm (1926) [ 7 ]は、明らかに混合起源であるこの種の岩石をミグマタイトと表現した。彼は、花崗岩化作用のある「イコール」は、水溶液と非常に希釈されたマグマの中間の性質を持ち、その大部分は気体状態にあると説明した。

部分溶融、アナテクシス、そして水の役割

部分溶融の役割は、実験的証拠と現地での証拠によって求められています。岩石は、十分に高い温度（650℃以上）と圧力（34MPa以上）の組み合わせに達すると、部分溶融し始めます。岩石によっては、特定の温度で他の岩石よりも多くの溶融物を生成する組成を持つものがあり、この岩石の特性は肥沃度と呼ばれます。ある鉱物は他の鉱物よりも多くの溶融物を生成しますが、ある鉱物はより高い温度に達するまで溶融しません。[ 6 ]到達温度が固相線をわずかに超える場合、ミグマタイトには最も肥沃な岩石の中に点在する小さな溶融物の塊がいくつか含まれることになります。Holmquist（1916）は、変成岩がグラニュライトに変化するプロセスを「アナテクシス」と呼びました。[ 8 ]

変成作用の歴史の前進過程（温度 > 固相線）における溶融体の分離には、溶融体と残留物の分離が伴い、残留物は比重が大きいため低い位置に蓄積される。その後のアテクティック溶融体の移動は、結晶化がほとんどまたは全く起こらない状態で、局所的な圧力勾配に沿って流れる。この段階で溶融体が移動したチャネルのネットワークは、メラノソームの圧縮によって失われ、孤立したロイコソームのレンズが残る可能性がある。溶融体は下層のチャネルに集まり、そこで分化を受ける。伝導は大陸地殻における熱伝達の主要なメカニズムである。浅い層が急速に隆起または埋没した場合、地熱勾配に対応する変曲点が生じる。地表露出による冷却はより深い岩石に非常にゆっくりと伝導されるため、より深い地殻は加熱も冷却も遅い。地殻加熱の数値モデル[ 9 ]は 、深部地殻での冷却が遅いことを裏付けている。そのため、一旦形成されると、アテクティックメルトは中部および下部地殻に非常に長期間存在することができる。それは横方向に圧縮され、深さ約10～20 kmで、移動性グラニュライトのシル、ラコリシック、ロポリシック構造を形成する。今日の露頭では、このプロセスは初期の急速な隆起中に停止した段階のみが観察される。結果として生じた分別グラニュライトが地殻内で急激に上昇する場所では、水が超臨界状態から抜け出し、グラニュライトは結晶化し始め、まず分別メルトと結晶になり、その後、8 kmを超える温度と圧力条件下で固体岩石となる。水、二酸化炭素、二酸化硫黄、その他の元素は、メルトが超臨界状態から抜け出す際に、大きな圧力によって溶出する。これらの成分は急速に地表に向かって上昇し、鉱床、火山、泥火山、間欠泉、温泉の形成に寄与する。[ 10 ]

色の縞模様のあるミグマタイト

ミグマタイトの中で最も明るい色の部分はロイコソームです。[ 3 ]メラノソームはより暗い部分で、2つのロイコソームの間に存在します。または、多かれ少なかれ変化していない母岩（メソソーム）の残骸がまだ残っている場合は、これらの残骸の周りに縁取りされて配置されています。[ 3 ]存在する場合、メソソームはロイコソームとメラノソームの中間の色です。[ 3 ]

メラノソームは、ミグマタイト中に形成される暗色の塩基性鉱物の帯で、ユータキサイト組織へと溶融し、しばしば花崗岩の形成につながります。メラノソームはロイコソームと帯状に形成され、その文脈ではシュリーレン（色の縞模様）またはミグマタイト状と表現されることがあります。

ミグマタイト組織

ミグマタイト組織は変成岩の熱軟化によって生じます。シュリーレン組織はミグマタイトにおける花崗岩の形成において特に一般的な例であり、レスタイト捕獲岩やS型花崗岩の縁辺部 によく見られます

プティグマティック褶曲は、片麻岩の縞状構造の高度な塑性延性変形によって形成されるため、ほとんどの通常の褶曲とは異なり、明確な葉理構造とはほとんど、あるいは全く関係がありません。プティグマティック褶曲は、ミグマタイトの構成帯に限定されて発生する場合があり、例えば、細粒の頁岩原岩と粗粒のグラノブラスチック砂質原岩では、その違いが顕著です。

岩石が部分溶融すると、一部の鉱物は溶融し（ネオソーム、すなわち新しく形成された鉱物）、他の鉱物は固体のまま残ります（パレオソーム、すなわちより古い地層）。ネオソームは、淡色の領域（ロイコソーム）と暗い色の領域（メラノソーム）で構成されています。ロイコソームは層の中心に位置し、主に石英と長石で構成されています。メラノソームは菫青石、角閃石、黒雲母で構成され、ネオソームの壁層を形成しています。[ 2 ]

ミグマタイト調査の初期の歴史

ほぼ垂直に傾斜する、褶曲したミグマタイトの断崖断面。アイルランド、ドニゴール州ティーリン南部のダルラディアン層。

1795年、ジェームズ・ハットンは片麻岩と花崗岩の関係について、最も初期のコメントをいくつか残しています。「もし花崗岩が真に層状であり、その層が地球の他の層と繋がっているならば、花崗岩は独創性を持つはずがありません。そして、近年自然哲学者が盛んに用いている原始的な山という概念は、地球の作用をより広範囲に捉えれば消え去るはずです。しかし、花崗岩、あるいは同種の石材がこのように層状に存在していることは確かです。これはソシュール氏の「granit feuilletée（花崗岩の塊）」であり、私の誤りでなければ、ドイツ語で「gneis（片麻岩）」と呼ばれるものです。」[ 11 ]接触変成作用によって変質した片麻岩、片岩、堆積性堆積物が微細に貫入し、片理面に沿って花崗岩質物質と交互に現れる現象は、ミシェル・レヴィが1887年の論文『原始結晶質地殻の起源について』で述べている。彼は次のように述べている。「私が最初に注目したのは、片麻岩と片岩の片理面に沿った噴火性花崗岩質岩石と顆粒岩質岩石の『lit par lit』という密接な貫入現象である。…だが、その間、噴火性岩石のすぐ上の接触帯では、石英と長石が雲母質頁岩の層の間に層ごとに入り込んでいる。これは砕屑性頁岩から始まり、現在では明らかに最近の片麻岩に変化しており、古代の片麻岩と区別するのは非常に難しい」。[ 12 ]

片理と層理の一致から、静的変成作用あるいは荷重変成作用という説が1889年にジョン・ジャッドらによって提唱された。[ 13 ] 1894年にL・ミルヒは、上にある荷重の重さによる垂直圧力が変成作用の支配因子であることを認識した。[ 14 ] 1896年にホームとグリーンリーは、花崗岩の貫入が変成作用と密接に関係しているという点で合意した。「花崗岩の導入をもたらした原因は、これらの高度で特異なタイプの結晶化ももたらした」。[ 15 ]エドワード・グリーンリーの1903年の後の論文では、固体拡散による花崗岩質片麻岩の形成について説明し、 lit-par-litの発生メカニズムも同じプロセスによるものとした。グリーンリーは、注入された物質の薄くて規則的な層に注目し、これらの作用が熱い岩石で起こったことを示また、母岩の撹乱されていない隔壁にも影響が及んでおり、これはマグマの表出が強制的な注入ではなく静かな拡散によって起こったことを示唆している。[ 16 ] 1907年、ゼーデルホルムはミグマタイト形成プロセスをパリンジェネシスと名付けた。そして（具体的には部分的な溶融と溶解も含まれているが）、マグマの注入とそれに伴う脈状岩石や角礫岩が、このプロセスの基礎であると考えた。[ 17 ]中央ヨーロッパのウルゲビルゲにおける片麻岩、片岩、千枚岩の上方遷移は、 1910年にウルリッヒ・グルーベンマンが変成作用の3つの深度帯を定式化するのに影響を与えた。[ 18 ]

ミグマタイトとグラニュライトの関係に関するアナテクシス解釈とパリンジェネシス解釈の比較

ホルムキストは、花崗岩質の小さな斑点や脈を多数含む高品位の片麻岩を発見した。付近には花崗岩が存在しなかったため、彼はこれらの斑点や脈は、母岩である片麻岩の雲母を多く含む部分から滲み出た部分溶融物の集積地であると解釈した。[ 19 ] ホルムキストは、これらのミグマタイトの内部起源を強調し、ゼーデルホルムの「動脈岩」と区別するために、「静脈岩」と名付けた。動脈岩にも注入物質の脈が含まれていた。ゼーデルホルムは後に、ミグマタイトの形成における同化作用と流体の作用をより重視し、「イコール」という言葉で表現した。

ゼーデルホルムは、ミグマタイト化と露頭の花崗岩との密接な関係に納得し、ミグマタイトを火成岩と変成岩の中間的なものと考えた。[ 20 ] [ 21 ]彼は、縞状片麻岩の花崗岩の分離は、近くの花崗岩から生じた溶融物または雲状流体であるイコールのいずれかによって発生したと考えた。ホルムキストによって提唱された反対の見解は、花崗岩質物質は花崗岩ではなく隣接する母岩から来て、流体輸送によって分離されたというものである。ホルムキストは、そのような置換性ミグマタイトは比較的低変成度での変成作用中に生成され、部分溶融は高変成度でのみ介在すると信じた。このように、ミグマタイトに関する現代の見解は、ホルムクイストの超変成作用の概念や、ゼーデルホルムのアナテクシスの概念と密接に対応しているが、パリンジェネシスの概念、あるいは花崗岩化論争の際に提案された様々なメタソマティックプロセスやサブソリダスプロセスとは大きく異なる。[ 22 ]リードは、広域変成岩は、花崗岩化の中心核からメタソマティック溶液の波や前面が通過して生じたものであり、その上に変成帯が生じると考えた。[ 23 ]

アグマタイト

アイルランド、ドニゴール州ゴラドゥーの貫入角礫岩岩脈

この現象の本来の名称は、ゼーデルホルム（1923）[ 24 ]によって「花崗岩によって固められた古い岩石の破片」を含む岩石と定義され、彼はこれをミグマタイトの一種とみなした。ミグマタイトは、閃緑岩や花崗岩の貫入岩に隣接する片岩や千枚岩中の「爆発角礫岩」の発生と密接な関連がある。この説明に一致する岩石は、低品位または未変成の母岩中の火成岩貫入岩体周辺にも見られる。ブラウン（1973）は、アグマタイトはミグマタイトではなく、「貫入角礫岩」または「噴出孔集塊岩」と呼ぶべきだと主張した。レイノルズ（1951）[ 25 ]は、 「アグマタイト」という用語の使用は廃止すべきだと考えた。

ミグマタイト溶融物は堆積性アイソスタシーに浮力を与える

グラニュライト相変成岩地帯における最近の地質年代学的研究（例えば、Willigers et al. 2001）[ 26 ]は、変成温度が3000万年から5000万年前の間、花崗岩のソリダス温度よりも高い温度に保たれていたことを示している。これは、一度形成されたアテクティックメルトが、中部地殻および下部地殻において非常に長期間存在し得ることを示唆している。生成されたグラニュライトは、圧力勾配によって決定される方向に、表土の弱点に沿って横方向[ 27 ]および上方へ自由に移動する。

堆積盆地が深くなっている地域では、グラニュライトメルトの一部は、アナテクシスの混合段階にまだ達していない、以前に変成された岩石の基底の下で横方向に移動する傾向があります。そして、圧力が低い地域に集まります。メルトは、温度と圧力が超臨界水相境界よりも低いレベルに達すると、揮発性成分を失います。メルトはそのレベルで結晶化し、後続のメルトがそのレベルに到達するのを阻止します。これは、後続のマグマの圧力が持続的に表土を押し上げるまで続きます。

その他のミグマタイト仮説

西南極、フォスディック山脈、マイゲッターピークのミグマタイト

ミグマタイト化した粘土質岩石の場合、部分溶融または分別溶融により、まず揮発性元素および不適合元素に富む、花崗岩組成の豊富な部分溶融物が生成されます。堆積岩の原岩に由来するこのような花崗岩はS型花崗岩と呼ばれ、典型的にはカリウムを含み、時に白榴石を含み、アダメリ石、花崗岩、閃長岩と呼ばれます。火山岩の同等物は流紋岩と流紋デイサイトです。

ミグマタイト化した火成岩または下部地殻岩石は溶融して、同様の花崗岩質I型花崗岩溶融物を形成しますが、地球化学的特徴は異なり、典型的には斜長石を主とする鉱物組成を有し、モンゾニ岩、トーナル岩、花崗閃緑岩を形成します。火山岩ではデイサイトと粗面岩がそれにあたります。

塩基性変成岩は下部マントル以外では溶融が困難であるため、そのような岩石にミグマタイト組織が見られることは稀です。しかし、エクロジャイトとグラニュライトはほぼ同等の塩基性岩石です。

語源

フィンランドの岩石学者ヤコブ・ゼーデルホルムは、 1907年にフィンランド南部のスカンジナビアクラトン内の岩石について初めてこの用語を使用しました。この用語は、混合物を意味する ギリシャ語のμιγμα：migmaに由来しています

参照

参考文献

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