ROSE リポジトリいばらき ( 茨城大学学術情報リポジトリ ) Title ガーナ南西部原生代 Birimian 超層群の地質 1 : 原生代前期の海洋底層序 Author(s) 清川, 昌一 / 伊藤, 孝 Citation 茨城大学教育学部紀要. 自然科学 (58): Issue

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しおりいのら
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1 ROSE リポジトリいばらき ( 茨城大学学術情報リポジトリ ) Title ガーナ南西部原生代 Birimian 超層群の地質 1 : 原生代前期の海洋底層序 Author(s) 清川, 昌一 / 伊藤, 孝 Citation 茨城大学教育学部紀要. 自然科学 (58): Issue Date URL Rights このリポジトリに収録されているコンテンツの著作権はそれぞれの著作権者に帰属します引用転載複製等される場合は著作権法を遵守してくださいお問合せ先茨城大学学術企画部学術情報課 ( 図書館 ) 情報支援係

2 茨城大学教育学部紀要自然科学 58 号ガーナ南西部原生代 Birimian 超層群の地質 1 原生代前期の海洋底層序清川昌一 * 伊藤孝 ** 2008 年 11 月 30 日受理 Geology of the Birimian supergroup, Southwestern Ghana, Part 1 -Paleoproterozoic oceanic sedimentary sequenceshoichi KIYOKAWA*, and Takashi ITO** Received November 30, 2008 Abstrac Paleoproterozoic mid to deep oceanic sedimentary sequence occurred in the Southwestern Ghana was preliminary researched. The sedimentary sequence in the Birimian supergroup composed of pillow lava and alternation of organic rich mudstone and sandstone layers. This sequence was affected by amphibolite faces metamorphism. The sedimentary structures, such as graded bedding, cross bedding, lamination and road cast, are very common in black shale-volcaniclastic sequence. Study of mid to deep oceanic sequences showing variable sedimentary structures is a key to understand the whole surficial environment during the early continental stabilized period in earth. １. はじめに地球史において原生代前期は太古代に形成した初期大陸が集積し超大陸の離合集散が始まる時代でありまた酸化的表層地球環境への移行と雪玉地球環境などの暴走地球環境が出現するという意味において大きな変動の時代と言える原生代前期の地質帯のうち浅海の堆積相はカナダ南部オーストラリア西部北欧などに分布が知られている Windley 1995 しかし深海堆積物の報告はほとんどない深海堆積物は大陸衝突部により付加された原生代グリーンストーン帯に存在すると考えられており原生代オフィオライト帯といわれるカナダケベック州の Cape Smith 帯やカナダマニトバ州の Flin Flon 帯オーストラリアの Mount Isa 帯西アフリカの Birimian 帯 *九州大学理学府地球惑星科学専攻福岡市東区箱崎 Department of Earth and Planetary Sciences, Faculty of Sciences, Kyushu University, Hakozaki, Fukuoka, , Japan **茨城大学教育学部地学研究室水戸市文京 Geosciences Laboratory, College of Education, Ibaraki University, Mito, Ibaraki, Japan

3 26 茨城大学教育学部紀要 ( 自然科学 )58 号 (2009) からの報告がある (Windley 1995) 特に Birimian 帯は, 大西洋の海岸線にグリーンストーン帯が露出しており, 詳細な層序復元が可能であると考えられるガーナに分布する代表的な原生代前期の地質帯は Birimian 超層群であり, 古くから金やマンガンの産出が知られ, 主に鉱床分布域の周辺においては様々な観点からの調査が進んでいる ( 例えば, Bates 1958; Junner 1935; Kesse 1976; Kleinschrot et al. 1994; Leube et al. 1990; Nyame et al. 2002; Nyame 2007 など ) しかしその一方, 純粋に地史地殻発達史の復元を目的とした研究はわずかであり, 特に有用な金属鉱床が分布していない南西部の海岸地域は, 地層の露出が連続的であるにも関わらず, 詳細な調査は行われていない本研究では, 原生代前期の深海底堆積物を明らかにするために,Birimian 超層群がガーナ西部海岸線に連続的に分布している Dixcove グリーンストーン帯, 特に Cape Thee Point-Akodaa と Buter 周辺に焦点をあて, 予察的な調査を行ったここでは, その成果を簡潔に紹介する 2. ガーナ南西部の地質ギニア湾に面したガーナ南西部には, およそ億年前の原生代前期に形成され, 約 19 億年前に西アフリカと中央アフリカ大陸の衝突の影響を被った地質帯が分布しているここでは, 本地域の地質について総括的に論じられている Loh and Hirds (1999) を中心に, これまでの研究成果を概説するこの地域の原生代前期の地質帯は, 岩相と年代から下部より Birimian 超層群,Tarkwaian 層群に分類されている (Fig. 1) Birimian 超層群は枕状溶岩を含む海底火山岩類を中心とする地質体と堆積岩を中心とする地質体に大別され, 当時の海底火山活動とその周辺における堆積作用の記録であると考えられる特に海岸線にはオフィオライト層序の分布が報告されている (Attoh et al. 2006) ジルコン U-Pb 法による年代決定により,22.6 億年前の火成活動と堆積作用,21.6 億年前頃の広域花崗岩類の貫入が認識されている Tarkwaian 層群はレキ岩や砂岩などの粗粒な砕屑性堆積岩からなるこれらの堆積物は変成変形を被っているが, 大型斜交層理や円磨度の高く淘汰のよいレキ岩層など浅海から河川堆積物と考えられており, 不整合で Birimian 超層群の火山岩上に重なる分布は北東南西方向の軸をもつ褶曲により,Birimian 超層群も含めた基盤巻き込み型褶曲が発達し, 地層が繰り返し露出している Tarkwaian 層群の年代は Birimian 超層群よりもわずかに若く 21.3 億年前であるガーナ南西部における Birimian-Tarkwaian 地質帯の地質構造は,NE-SW 方向に連続し, 南東から北西方向へ向けて,Kibi 帯,Cape Coast basin,ashanti 帯,Kumasi basin,sefwi 帯と分類されている Cape Coast basin および Kumash basin では主に Birimian 超層群の堆積岩が分布し, Sefwi 帯では主に Birimian 超層群の火成岩部分と花崗岩類が分布する Kibi 帯および Ashanti 帯では Tarkwaian 層群が広く分布しており, 特に Ashanti 帯では最も Tarkwaian 層群の分布範囲が広い Kibi 帯および Cape Coast basin の南半分のほとんどの地域は貫入した花崗岩類が分布しており, 周囲の地層は熱変成を被っている今回調査した Dixcove グリーンストーン帯は,Ashanti 帯に属し, ギニア湾沿いの Cape Three Point 地域に露出する海洋地殻起源物質と花崗岩類からな

清川伊藤ガーナ南西部原生代 Birimian 超層群の地質 1 原生代前期の海洋底層序 27 る地質帯であるまた金属鉱床特に堆積性金鉱床およびマンガン鉱床の産出という点で Ashanti 帯の Tarkwaian 層群は際立っているまた近年 Birimian 超層群中からも高品位の金鉱床が発見されているこれらの堆積系および熱水系鉱床の関連性についても

4 清川伊藤ガーナ南西部原生代 Birimian 超層群の地質 1 原生代前期の海洋底層序 27 る地質帯であるまた金属鉱床特に堆積性金鉱床およびマンガン鉱床の産出という点で Ashanti 帯の Tarkwaian 層群は際立っているまた近年 Birimian 超層群中からも高品位の金鉱床が発見されているこれらの堆積系および熱水系鉱床の関連性についてもガーナの他の地域のグリーンストーン帯との比較調査が進んでいる Fig. 1 a) Location map of the Ghana Republic at the West Africa by Google Earth image, b) Geologic map of Ghana (modified from Nabila 2001), c) Geologic map of Southwest Ghana (modified from Loh and Hirdes 1999).

Southwestern Ghana (Modified from Loh and Hirdes 1999) Fig.

5 28 茨城大学教育学部紀要自然科学 58 号 2009 Fig. 2 Geologic map of Dixcove greenstone belt at the Three Point area, Southwestern Ghana (Modified from Loh and Hirdes 1999) Fig. 3 Topographic map at the Cape Three Point area. ３. Dixcove グリーンストーン帯の地質概説 Dixcove グリーンストーン帯は超塩基性岩沈積岩はんれい岩塩基性シルや玄武岩を含

6 清川伊藤ガーナ南西部原生代 Birimian 超層群の地質 1 原生代前期の海洋底層序 29 む原生代では非常に稀なオフィオライト層序をもつ岩体と花崗岩類からなる Fig. 2; Attoh et al Aketakyi 集落にオフィオライト最下部境界があり Cape Three Point 西域にオフィオライト本体が東に進むほど玄武岩や堆積物などのより海底表層に近い部分が分布する Fig. 3 東部の Butre 地域では枕状溶岩が報告されておりその成分は中央海嶺 MORB もしくは海洋島玄武岩 OIB と言われている Loh and Hirdes 1999; Attoh et al 岩石は片理が発達し北東南西方向に比較的強い片理面を持ち北東方向に緩く傾斜する線構造をもつ最大変成作用は角閃岩相になり kbar に達する John et al U-Pb ジルコン年代によると Dixcove granitoid 複合岩中のトーナル岩が ± 1.6 Ma Hirdes et al. 1992, 片理の発達する花崗閃緑岩 2159 ± 9 Ma Opare-Addo et al. 1993, 片岩を切る花崗岩質岩脈は 2104 ± 3 Ma Loh et al 西部の Prince s Town 地域の花崗岩類は複ジルコン年代は 2159 ± 4 Ma である Attoh et al またグリーンストーン帯中部の felsic pyroclastic unit の石英アレナイトから砕屑性ジルコン年代として 2266 ± 2 Ma が報告されており堆積年代と考えられている Loh et al その他チタン石の変成年代が 2092 ± 3 Ma であり若干花崗岩類の貫入後に変成作用のピークを向かえている Loh et al つまり Dixcove グリーンストーン帯中に残される海底堆積物は約 22.6 億年前の火山活動に伴う砕屑物がほぼ同時期に堆積億年前に付加衝突とそれに続く花崗岩の貫入その後約 21 億年前の変成作用を受けたと考えられている Fig. 4 Schematic stratigraphic columns at Kutike Cape and Akodaa area in the east Three Point coast area.

30 茨城大学教育学部紀要自然科学 58 号 2009 4. 地層の特徴本研究では Dixcove グリーンストーン帯における堆積物の岩相と層序について Butre 地域 Akodaa 地域 Kutike Cape 地域の 3 地域で予察的調査を行った概要は以下の通りであるまた模式的な柱状図は Fig.

7 30 茨城大学教育学部紀要自然科学 58 号地層の特徴本研究では Dixcove グリーンストーン帯における堆積物の岩相と層序について Butre 地域 Akodaa 地域 Kutike Cape 地域の 3 地域で予察的調査を行った概要は以下の通りであるまた模式的な柱状図は Fig. 4 に示す Butre 地域では変形の少ない枕状溶岩および塊状溶岩が分布している Fig.5a ただし本地域では露出の連続性が悪くそれぞれの岩相境界は見られない Akodaa 地域では全層厚約 20-30m の連続した地層の露出が見られ塊状火山岩に挟まれて 10cm 程度の波高の斜交層理を持つ火山砕屑性砂岩と有機物を含む黒色頁岩が互層する Figs. 4, 6a, 6b, 6c 黒色頁岩は薄い白色凝灰岩層を頻繁に挟むまた黒色頁岩から白色凝灰質岩に徐々に変わる級化層理も見られる Fig. 6d Fig. 5 Volcanic rocks at the coastal area in the Birimian supergroup (Number shows location point from route map.) a) Well preserved pillow basalt at the Butre coast. Younging to lower left. b) Highly deformed pillow basalt at the Kutike cape. c) Close up view of the pillow basalt. Rounded white layer shows child margin of the pillow lava. Highly foliated deformation is formed putgmatic folding at the Kutike cape. d) Close-up view of the foliated pillow basalt with deformed child margin at the Kutike cape.

清川伊藤ガーナ南西部原生代 Birimian 超層群の地質 1 原生代前期の海洋底層序 31 Fig. 6 Sedimentary sequence at the Akodaa west site. a) Overview of the well bedded black shale and massive metasandstone.

8 清川伊藤ガーナ南西部原生代 Birimian 超層群の地質 1 原生代前期の海洋底層序 31 Fig. 6 Sedimentary sequence at the Akodaa west site. a) Overview of the well bedded black shale and massive metasandstone. b) Cross lamination in thick sandstone. Younging to down. c) Well preserved cross lamination in the bedded black shale. Coarse vlocaniclastics formed cross beds. d) Graded bed in the bedded black shale. Kutike Cape 地域は急冷層を伴う枕状溶岩 Fig. 5b, 5c, 5d 塊状暗緑色火山岩類火山砕屑岩類黒色頁岩からなる Figs. 7a, 7c 連続層序は Kutike Cape west B サイトにて見られ約 20-40m の層厚からなるまた Kutike Cape west A サイトでは火山砕屑岩中に黒色頁岩の偽レキを含みラミナや上方細粒化する Bouma シーケンスを持つことより乱泥流堆積物であると思われる Figs. 7b, 7d 本地域の岩石は劈開もしくは片理が発達しておりそれに伴うパラステック褶曲が地層や枕状溶岩の急冷層に見られる Figs. 5c, 5d, 6c ５. まとめ今回の調査によってガーナ南西部の海岸沿いに枕状溶岩から砂泥互層へとつながる海洋底層序が確認された地層は劈開片理が発達し地層の繰り返しが見られるために逆断層やそれに伴う大規模褶曲構造があると考えられるこれらの地質帯は kbar の変成作用を被っているが露頭では地層層序堆積構造を残しているそのため地層の構造解析を行うことで当時の海洋底層序を復元ができると考えられる今のところ顕生代で見られるような付加体特有のメランジェ状に変形した地層は見いだせず層理面を残した堆積層と火山岩類の整合的な関係が観察された

32 茨城大学教育学部紀要自然科学 58 号 2009 Fig. 7 Organic rich black shale or schist at the Kutike cape. a) Well bedded black shale gray shale. b) Close-up view of the black schist-fine metasandstone bed.

9 32 茨城大学教育学部紀要自然科学 58 号 2009 Fig. 7 Organic rich black shale or schist at the Kutike cape. a) Well bedded black shale gray shale. b) Close-up view of the black schist-fine metasandstone bed. There are rip-up crust preserved in the fine metasandstone bed. c) Overview of the black schist. Highly foliation preserved in the schist. d) Well bedded black schist with white tuff bed. 世界的に見ても原生代前期に形成された波浪限界以深の情報を残す地質体は極めて稀であるそのため当時の中深層域の海洋環境復元や海洋底の付加作用の解明する上で本地域の詳細な調査研究の成果は貴重な情報となるであろうさらにその成果は Birimian 超層群の内陸部に分布する金属鉱床特に堆積性鉱床であるマンガン鉱床の成因を理解する上でも極めて有益であると考える謝辞本研究は科学研究費補助金基盤研究 A 海外学術課題番号により行われたまた本調査に当たってはガーナ大学の Frank K. Nyame 教授および George M. Tete 氏に全面的に大変お世話になったここに記して感謝する

10 清川伊藤ガーナ南西部原生代 Birimian 超層群の地質 1 原生代前期の海洋底層序 33 引用文献 Attoh K., M.J. Evans, M.E. Bickford, Geochemistry of an ultramafic-rodingite rock association in the Paleoproterozoic Dixcove greenstone belt, south western Ghana. Journal of African Earth Sciences, 45, Bates, D.A., The origin of manganese ore in Ghana. Dir. Geol. Surv. Rep., 3-4. Hirdes, W., D.W. Davis and B.N. Eisenlohr, Reassessment of Proterozoic granitoid ages in Ghana on the basis of U Pb zircon and monazite dating. Precambrian Research, 56, John T., R. Klemd, W. Hirdes, G. Loh, The metamorphic evolution of the Paleoproterozoic (Birimian) volcanic Ashanti brlt (Ghana, West Africa). Precambrian Research, 98, Junner, N.R., Gold in the Gold Coast. Gold Coast Geological Survey Memoir, 4, 52p. Kesse, G.O., The manganese ore deposits of Ghana. Ghana Geological Survey Bulletin, 44, 97p. Kleinschrot, D., R. Klemd, M. Brocker, M. Okrusch, L. Franz, K. Schmidt, 1994, Protores and country rocks of the Nsuta manganese deposit (Ghana). Neues Jahrbuch Fur Mineralogie, 168, Leube, A., W. Hirdes, R. Mauer, G.O. Kesse, 1990, The early proterozoic Birimian Supergroup of Ghana and some aspects of its associated gold mineralization. Precambrian Research, 46, Loh, G., W. Hirdes and C. Anani, Geological map of Ghana; Axim and Sekondi Sheets. Geological Survey of Ghana/ BGR, Pub., Hanover. Loh, G. and H. Wolfgang, Explanatory Notes for the Geological Map of Southwest Ghana 1:10,000. Ghana Geological Survey Bulletin, 49, 149p. Nabila, J.S., Senior Secondary Atlas, Unimax Macmillan, 128p. Nyame, F.K., N.J. Beukes, K. Kase, M. Yamamoto., Compositional variations in manganese carbonate micronodules from the Lower Proterozoic Nsuta deposit, Ghana: product of authigenic precipitation or post-formational diagenesis? Sedimentary Geology, 154, Nyame, F.K., Petrography and geochemistry of intraclastic manganese carbonates from the 2.2 Ga Nsuta deposit of Ghana: Significance for manganese sedimentation in the Palaeoproterozoic of West Africa. Journal of African Earth Sciences, 50, Opare-Addo E., B.E. John, S.B. Musasa, P. Browning, Field and geochronologic (U-Pb) constraints on the age and generation of granitoids and migmatites in southern Ghana. EOS Transactions of Amerian Geophysical Union, 74, S301. Windley, B.F., The Evolving Continents. John Wiley & Sons, 526p.

ROSE リポジトリいばらき ( 茨城大学学術情報リポジトリ ) Title 南西ガーナBirimian 帯 Kumasi 層群における砂岩層砕屑ジルコンU-Pb 年代 Author(s) 吉丸, 慧 ; 清川, 昌一 ; 伊藤, 孝 ; 堤, 之恭 Citation 茨城大学教育学部紀要. 自然科

ROSE リポジトリいばらき ( 茨城大学学術情報リポジトリ ) Title 南西ガーナBirimian 帯 Kumasi 層群における砂岩層砕屑ジルコンU-Pb 年代 Author(s) 吉丸, 慧 ; 清川, 昌一 ; 伊藤, 孝 ; 堤, 之恭 Citation 茨城大学教育学部紀要. 自然科学, 64: 51-60 Issue Date 2015 URL http://hdl.handle.net/10109/12586

ROSE リポジトリいばらき ( 茨城大学学術情報リポジトリ ) Title ガーナ南西部 原生代 Birimian 超層群の地質 1 : 原生代前期の海洋底層序 Author(s) 清川, 昌一 / 伊藤, 孝 Citation 茨城大学教育学部紀要. 自然科学 (58): Issue

ROSE リポジトリいばらき ( 茨城大学学術情報リポジトリ ) Title ガーナ南西部原生代 Birimian 超層群の地質 1 : 原生代前期の海洋底層序 Author(s) 清川, 昌一 / 伊藤, 孝 Citation 茨城大学教育学部紀要. 自然科学 (58): Issue