岩脈（地質学）
イスラエルのマクテシュ・ラモンにある、堆積岩の水平層を横切るマグマ岩脈（垂直）

地質学において、岩脈（いんせき）とは、既存の岩体の断裂部に形成される岩盤のことです。岩脈はマグマ起源または堆積起源のいずれかです。マグマ起源の岩脈は、マグマが亀裂に流れ込み、岩石層を横切るか連続した岩塊を貫くシート状の貫入岩として固化することで形成されます。砕屑岩起源の岩脈は、堆積物が既存の亀裂を埋めることで形成されます。 [ 1 ]

マグマ岩脈

ニューメキシコ州シップロック火山岩柱の近くにあるランプロファイアの岩脈。この岩脈はもともと貫入していた柔らかい岩の一部を侵食して除去したが、この侵食に抵抗してきた。

マグマ岩脈とは、古い岩盤を横切る火成岩の層です。マグマが古い岩盤の亀裂を埋め、その後冷えて固まることで形成されます。[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]岩脈を構成する岩石は通常、周囲の岩石よりも風化に強いため、侵食によって岩脈が自然の壁や尾根として露出します。[ 3 ]岩脈の名前の由来は、こうした自然の壁にあります。[ 5 ]

岩脈は、苦鉄質マグマ（シリカ含有量の少ない流動性マグマ）の大部分が地表に到達する際に通る亀裂の記録を保存している。 [ 4 ]地質学者は、岩脈を火山の配管系に関する手がかりとして研究している。[ 6 ]また、岩脈は地殻の伸張の太古の記録も保持している。これは、地殻が地殻変動によって引き裂かれる際に、多数の岩脈（岩脈群）が形成されるためである。岩脈は最大伸張方向に対して直角に形成されるため、伸張方向を示している。[ 7 ] [ 8 ]

説明

岩脈の厚さは他の2つの次元よりもはるかに薄く[ 9 ]、向かい合った壁はほぼ平行であるため、岩脈の厚さはほぼ一定です。岩脈の厚さは数ミリメートルから数百メートルまで様々ですが、最も一般的には1メートルから数十メートルです。横方向の広がりは数十キロメートルに及ぶこともあり、数十メートル以上の厚さの岩脈は一般的に100キロメートル以上伸びています。ほとんどの岩脈は急傾斜、つまりほぼ垂直に伸びています。その後の地殻変動により、岩脈が伝播する地層の順序が回転し、岩脈が水平になることがあります[ 10 ] 。

米国アリゾナ州ジャグドロックに形成された雁行岩脈の簡略図。岩脈の全長は約1.45kmである。[ 8 ]

数キロメートルの長さの岩脈が雁行状に連なるのがよく見られる。このパターンは、ニューイングランドのヒガナム岩脈群に見られる。この岩脈群は、通常、地表で長さ4キロメートル、幅最大60メートルの個々の岩脈から構成される。これらの短いセグメントは、約10キロメートルに及ぶ長いグループを形成する。岩脈群全体は、250キロメートルに及ぶ線を形成する。個々のセグメントは重なり合い、重なり合う部分は薄くなるため、2つの重なり合った部分の厚さを合わせた厚さは、単一のセグメントの厚さとほぼ同じになる。雁行状の岩脈の他の例としては、米国カリフォルニア州ロングバレーのインヨー岩脈[ 11 ] 、米国アリゾナ州のジャグドロックス岩塊[ 8 ] 、海洋拡大中心の岩脈が挙げられる。[ 11 ]

岩脈の組成は玄武岩質から流紋岩質まで様々であるが、大部分は玄武岩質である。その組織は一般に地表で噴出した玄武岩よりもやや粗く、輝緑岩と呼ばれる岩石タイプを形成する。粒度は岩脈全体で系統的に変化し、最も粗い粒は通常岩脈の中心部にある。[ 12 ]浅い深さで形成された岩脈は、一般に厚さ1～5cmのガラス質または細粒の冷却縁部を持つ。これはマグマが周囲の冷たい岩石と接触して急速に冷却された箇所に形成される。浅い岩脈は通常、縁部に垂直な柱状節理も示す。ここでは岩脈の岩石は冷えて収縮するにつれて柱状に割れる。これらは通常5～6面体であるが、3～4面体の柱状も一般的である。これらの柱状構造は、一つの岩脈内ではほぼ均一な大きさですが、岩脈によって幅は数センチメートルから0.3メートルを超えるものまで様々で、岩脈の幅が広いほど厚みが増す傾向があります。柱状構造が大きいのは、冷却が遅いことが原因であると考えられます。[ 13 ]

岩脈岩は通常、緻密で、気泡（凍結した気泡）はほとんど見られませんが、岩脈の最も浅い部分では気泡が見られることがあります。気泡が存在する場合、それらは岩壁に平行な帯状を形成し、流れの方向に伸長する傾向があります。[ 13 ]同様に、岩脈の縁にある斑晶（より大きな結晶）は、流れの方向に整列しています。[ 12 ]

岩脈が層状の岩石の層を横切って形成されるのに対し、岩床は層の中に層と平行に形成されるシート状の貫入岩である。[ 5 ]

形成

苦鉄質マグマ（シリカ含有量の少ない流動性マグマ）は通常、割れ目を通して地表に達し、岩脈を形成します。[ 4 ]

最も浅い深度では、マグマが既存の亀裂に上昇することで岩脈が形成されます。[ 13 ] [ 3 ]ハワイ諸島の若く浅い岩脈には、マグマが強制的に貫入した兆候は見られません。例えば、岩脈の壁が多孔質の火山性クリンカーで構成されている場合でも、マグマは壁面にほとんど浸透せず、壁面の物質が溶融マグマにほとんど浸透しません。これらの亀裂は、地殻深部からマグマが満たされているマグマ溜まりの上部の岩盤が隆起した結果として開口すると考えられます。[ 13 ]

しかし、開いた亀裂は地表近くにしか存在できません。地殻深部のマグマは岩石を突き破らなければならず、常に最小主応力に垂直な面に沿って経路を開きます。これは地殻の圧縮が最も弱い方向であり、したがって亀裂を生じさせるのに最も少ない労力しか要しません。浅い深さでは岩石が脆いため、加圧されたマグマは上方へ前進するにつれて次第に岩石を破壊します。周囲の岩石と比較してマグマがわずかに加圧されているだけでも、伝播する亀裂の先端に莫大な応力が集中します。実際、マグマは水圧破砕と呼ばれるプロセスで脆い岩石をくさびで押し分けます。より深いところでは岩石はより高温で脆くないため、マグマは岩脈の側面に対して 35 度の方向を向いた脆い剪断面に沿って岩石を押しのけます。このブルドーザーのような作用により、より鈍い岩脈の先端が生成されます。最も深いところでは、剪断面は延性断層となり、岩脈の側面から45度の角度で傾斜する。岩石が完全に塑性化する深度では、岩脈の代わりにダイアピル（上昇するマグマの塊）が形成される。[ 14 ]

岩脈の壁はしばしばぴったりと元通りになり、亀裂の膨張によって形成されたことを強く示唆する。しかし、米国メイン州の厚さ120メートルのメドフォード岩脈や、グリーンランドの厚さ500メートルのガーダー岩脈など、いくつかの大きな岩脈には膨張が見られない。これらは、マグマが岩石をこじ開けるのではなく、前進する先端で岩石を破砕・分解するストーピングによって形成された可能性がある。他の岩脈は、狭い亀裂に沿って移動する流体が亀裂に最も近い岩石の化学組成を変化させるメタソマティズムによって形成された可能性がある。 [ 12 ]

堤防の幅と最大範囲の間には、おおよそ次の式で表される関係があります。[ 11 ]

2わ2b＝2.25Pe×ρhostVP2{\displaystyle {\frac {2w}{2b}}={\frac {2.25P_{ex}}{\rho _{host}V_{P}^{2}}}}

ここで、 は岩脈の厚さ、は横方向の広がり、は母岩に対するマグマ内の過剰圧力、 は母岩の密度、 は母岩のP 波速度（基本的には岩石内の音速）です。 この式は、岩脈が地表から深くなるほど長く幅が狭くなることを予測します。 厚さと長さの比は地表近くでは約 0.01 ～ 0.001 ですが、深部では 0.001 ～ 0.0001 の範囲になります。 厚さ 10 メートルの表層の岩脈は約 3 km に及びますが、深部での同様の厚さの岩脈は約 30 km に及びます。 貫入するマグマが浅い深さでより短い亀裂を形成するというこの傾向は、雁行状の岩脈の説明として提唱されてきました。[ 11 ]しかし、雁行岩脈は、マグマが地殻の深部から浅部へ上昇するにつれて、最小主応力の方向が変化することの結果として説明されることもある。[ 8 ]わ{\displaystyle w}b{\displaystyle b}Pe×{\displaystyle P_{ex}}ρhost{\displaystyle \rho _{host}}VP{\displaystyle V_{P}}

雁行岩脈群は、以前は別々だったセグメントを橋で繋ぎ、かつてセグメントが重なり合っていたことを示すホーン（角）を持つ単一の岩脈へと進化することがあります。変形した岩石中の古代の岩脈では、地質学者はこれらの橋とホーンを用いてマグマの流れの方向を特定します。[ 7 ]

溶融マグマが亀裂を急速に流れる場合、マグマは壁岩を溶かしたり、壁岩の破片を引き剥がしたりすることで壁を侵食する傾向があります。これにより亀裂が広がり、流量が増加します。流量が遅い場所では、マグマが壁のすぐ近くで固まり、亀裂が狭まり流量が減少することがあります。これにより、流量がいくつかの点に集中します。[ 15 ]ハワイでは、噴火はしばしば火のカーテンで始まり、数キロメートルに及ぶ亀裂の全長にわたって溶岩が噴出します。しかし、噴出する亀裂の長さは時間の経過とともに短くなり、0.5キロメートル未満の短い区間に集中します。[ 16 ]岩脈の最小幅は、マグマの動きと冷却のバランスによって決まります。[ 15 ]

多重および複合岩脈

スコットランドのオークニー諸島にある複合岩脈。ボストナイトの縁とキャンプトンナイトの中心を持つ。

特定の割れ目には、マグマが複数回注入されることがあります。複数の注入がすべて同様の組成である場合、その岩脈は多重岩脈と呼ばれます。しかし、後続の注入が組成が大きく異なる場合もあり、その場合は複合岩脈と呼ばれます。複合岩脈の組成範囲は、スコットランドや北アイルランドのいくつかの岩脈に見られるように、輝緑岩から花崗岩まで多岐にわたります。[ 12 ]

岩脈が最初に形成された後、その後のマグマの注入は、岩脈の中心に沿って起こる可能性が最も高い。以前の岩脈の岩石が著しく冷却されている場合、その後の注入は、古い岩脈の岩石の破砕と、新しい注入部に冷却された縁の形成によって特徴付けられる。[ 12 ]

岩脈群

マッケンジー岩脈群

岩脈は群をなして現れることもあり、[ 3 ]単一の貫入イベント中にほぼ同時に形成された数個から数百個の岩脈からなる。岩脈群はほぼ常に輝緑岩で構成され、大規模な火成岩地域の洪水玄武岩と関連している場合が最も多い。[ 17 ]これらは発散型プレート境界の特徴である。たとえば、ニューイングランドのジュラ紀の岩脈群や、スコットランド西部からイングランド北部まで広がる古第三紀の岩脈群は、大西洋が初期に開いたことを記録している。現在、アイスランドを通る発散型プレート境界に沿って岩脈群が形成されつつある。[ 7 ]岩脈群は累積的な厚さが非常に大きい場合が多い。アイスランドの岩脈の平均幅は3～5メートルだが、53キロメートルの海岸線には合計厚さ3キロメートルの岩脈が約1000個ある。[ 18 ]世界最大の岩脈群は、カナダのノースウェスト準州にあるマッケンジー岩脈群である。[ 19 ]

岩脈群（岩脈複合体とも呼ばれる）は、ハワイの火山の侵食されたリフトゾーンで露出しています。他のほとんどのマグマ岩脈と同様に、これらは溶岩が地表に達した割れ目でした。群の幅は通常2.5～5 kmで、個々の岩脈の幅は約1メートルです。岩脈群は火山の山頂から放射状に広がり、火山シールドの長軸と平行になっています。複合体には、岩床と岩床が時折見られます。これらは山頂カルデラの縁で急激に切断されています。通常、リフトゾーンの中心部には1キロメートルあたり約50～100本の岩脈がありますが、密度は1キロメートルあたり500本にも達することがあり、その場合は岩脈が岩石の体積の半分を占めます。リフトゾーンの中心から離れると、密度は1キロメートルあたり5～50本に低下し、その後急激に岩脈の数は極めて少なくなります。岩脈の数は深さとともに増加し、海底レベルでは1キロメートルあたり300～350本に達すると考えられます。いくつかの点で、これらの岩脈群は、大西洋の開裂に先立つ洪水噴火に関連するスコットランド西部の岩脈群と類似しています。[ 20 ]

岩脈は、中心となる火山や貫入岩から放射状に連なる群発岩として形成されることが多い。[ 3 ]岩脈は中心となる貫入岩に起源を持つように見えるが、貫入岩とは異なる年代や組成を持つことが多い。これらの放射状群発岩は、貫入岩の上に形成され、後に上昇するマグマによって切断された可能性もある。あるいは、地殻が既に地域的な緊張状態にあり、貫入岩が亀裂の形成を引き起こした可能性もある。[ 7 ]

シート状岩脈複合体

イングランド、コーンウォール、リザード複合岩のシート状岩脈

海洋地殻の岩石では、海底に噴出した枕状溶岩の下には、中央海嶺からマグマが海底に到達した経路を保存するシート状の岩脈複合体が分布している。これらのシート状の岩脈は、片側のみに冷却縁が見られるのが特徴であり、これは各岩脈がその後のマグマ噴火によって半分に分断されたことを示している。[ 12 ]

環状岩脈と円錐状岩盤

アメリカ合衆国ニューメキシコ州クエスタカルデラの環状岩脈

環状岩脈とコーンシートは、カルデラ火山活動に関連する特殊な岩脈で、浅いマグマだまりの周囲に分布しています。コーンシートは、マグマが浅いマグマだまりに注入され、その上部の岩盤が隆起して破砕されるときに形成されます。[ 21 ]破砕は、マグマだまりに比較的浅い角度で陥没する同心円状の円錐の集合体の形をとります。[ 3 ] [ 13 ]その後、爆発的な火山活動によってカルデラが空になると、マグマだまりの天井が環状の破砕帯に囲まれた岩石の塊として崩壊します。この環状の破砕帯に上昇するマグマが環状岩脈を形成します。[ 21 ] [ 22 ]環状岩脈とコーンシートの好例は、スコットランドのアードナムルカン半島で見られます。[ 3 ]

その他の特殊タイプ

フィーダーダイクとは、マグマ溜まりから局所的な貫入岩へとマグマを移動させるための導管として機能する岩脈のことである。例えば、カナダ北極圏のムスコックス貫入岩は、厚さ150メートルにも及ぶ巨大な岩脈によってマグマが供給されていた。[ 10 ]

単独注入とは、逆断層面に沿って注入された岩脈のことであり、岩盤が破砕され、より若い岩盤の上に押し上げられた場所である。[ 23 ]

砕屑岩脈

ユタ州キャニオンランズ国立公園のチンル層の砕屑岩脈（ノートの左側）

砕屑岩脈（堆積岩脈とも呼ばれる）は、他の岩石層を分断する堆積岩の垂直な岩塊です。以下の2つの方法で形成されます。

参照

  • バソリス – 大きな火成岩の貫入
  • 割れ目火口 – 溶岩が噴出する線状の火口
  • ラコリス – マグマから形成された火成岩の塊
  • ルナモ – スウェーデンにある割れたドレライト岩脈。ルーン文字の碑文と考えられている。

参考文献

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