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地質学において、基盤岩および結晶基盤岩は、マントルの上、他のすべての岩石および堆積物の下にある結晶質の岩石です。これらは地表に露出している場合もありますが、多くの場合、何マイルにも及ぶ岩石および堆積物の下に埋もれています。[ 1 ]基盤岩は、堆積台地または被覆層の下、あるいはより一般的には、変成岩または火成岩起源の堆積岩または堆積盆地の下にある岩石の下に位置しています。同様に、基盤岩の上にある堆積物または堆積岩は、「被覆層」または「堆積被覆層」と呼ばれることがあります。
基盤岩は、変形、変成作用、堆積作用、部分溶融作用、マグマ活動などの地殻変動によって何度も変質した大陸地殻岩石から構成されている。[ 1 ]
基盤岩は、大陸の地殻を形成する、古くて最も古い変成岩と火成岩からなる厚い土台であり、多くの場合花崗岩の形をしています。[ 2 ]基盤岩は、大陸が形成された後に基盤岩の上に堆積した砂岩や石灰岩などの堆積岩とは対照的です。基盤岩の上に堆積する可能性のある堆積岩は通常、比較的薄い表層を形成しますが、厚さが5 キロメートル (3マイル)を超えることもあります。地殻の基盤岩は、厚さが32 ～ 48 キロメートル (20 ～ 30マイル)以上になることもあります。基盤岩は、堆積岩の層の下に位置している場合もあれば、地表に露出している場合もあります。
例えばグランドキャニオンの底では、基盤岩が目視できます。これは17億年から20億年前の花崗岩（ゾロアスター花崗岩）と片岩（ヴィシュヌ片岩）から構成されています。ヴィシュヌ片岩は、火山噴火によって堆積した玄武岩、泥、粘土からなる高度に変成した火成岩と頁岩であると考えられており、花崗岩はヴィシュヌ片岩へのマグマの貫入によって形成されたものです。また、長い年月をかけてその上に堆積した堆積岩の広範囲にわたる断面も見ることができます。
大陸地殻の基盤岩は、海洋地殻よりもはるかに古い傾向があります。[ 3 ]海洋地殻の 年齢は0～3億4000万年で、平均年齢は6400 万年です。[ 4 ]大陸地殻が古いのは、大陸地殻は軽くて厚みがあるため沈み込まないのに対し、海洋地殻は沈み込み帯や海洋リフト帯で周期的に沈み込み、置き換えられるためです。
基盤岩はしばしば高度に変成しており複雑で、通常は結晶質である。[ 5 ]それらは、火山岩、貫入火成岩、変成岩など、さまざまな種類の岩石で構成されている可能性がある。また、大陸の縁にテレーンが付加されたときにプレート間に挟まった海洋地殻の断片であるオフィオライトを含む場合もある。これらの物質はいずれも褶曲、再褶曲、変成している可能性がある。新しい火成岩は、地殻の下から新たに貫入するか、地殻の下面に新しい火成岩が層を形成するアンダープレーティングを形成する可能性がある。地球上の大陸地殻の大部分は約10億～30億年前のものであり、先カンブリア時代には少なくとも1回の急速な拡大と大陸への付加があったと理論づけられている。
アメリカ東海岸は、基盤岩地質学の好例を示している。
米国東海岸の下にある結晶質の基盤は、アフリカ大陸（ゴンドワナ大陸）が北アメリカ大陸（ローレンシア大陸）と衝突してパンゲア大陸を形成した古生代後期の造山運動中に主に形成された。これはアレゲニー造山運動（約3億2500万年前～2億6000万年前）で最高潮に達し、変成岩と火成岩の地層がアパラチア山脈の核に融合した。これにより、現在フロリダからニューヨークまでの沿岸平野の大部分の下に埋まっている、深くて強固な北アメリカ大陸の基盤が形成された。[ 6 ]
南部では、地質年代学によれば、フロリダの基盤岩の一部はゴンドワナ大陸（アフリカ大陸）起源であり、パンゲア大陸の形成期に北アメリカ大陸に接合されたことが示されている。堆積層の下の基盤岩試料から得られた砕屑性および火成岩性ジルコンのU-Pb年代は、新原生代～古生代の岩石を示しており、アフリカ起源と一致する。これは、フロリダが中生代以前にローレンシア大陸に接合された異地性テレーンであることを裏付けている。[ 7 ]
後期三畳紀から前期ジュラ紀にかけて、パンゲア大陸の分裂に伴う地溝形成により、現在の東海岸沿いに多数の細長い地溝盆地（ニューアーク超層群）が形成された。これは、大西洋の開裂に先行する大陸伸張の記録である。これらの地溝形成期の盆地には、厚い河川・湖沼堆積物と前期ジュラ紀の玄武岩溶岩流があり、アパラチア山脈沿いの発散型大陸縁辺から受動型大陸縁辺への移行を示している。[ 8 ]
ジュラ紀前期に海底拡大が始まると、大陸縁辺部（後の米国東海岸）は受動型大陸縁辺部へと変化した。ジュラ紀後期から白亜紀、新生代にかけて、埋没した基盤岩の上に、海に向かって厚くなる砂、シルト、粘土、炭酸塩からなる堆積楔が堆積した。これらは主にアパラチア山脈の侵食によって形成され、沿岸平野と大陸棚に堆積したものである。大西洋中部地域では、隆起した沿岸平野の堆積物は大西洋岸から内陸に向かって薄くなる。基盤岩上の堆積物は、ノースカロライナ州ハッテラス岬付近で深さ10,000フィート（約3km）に達することがある。ボルチモア海溝沖合には、さらに厚い堆積層が見られる。[ 9 ]
堆積性の沿岸平野と結晶質岩の境界は、フォールラインとして知られています。ここは、河川が硬い変成岩のピードモント基盤から、より柔らかく新しい沿岸平野の堆積物に流れ落ちる場所です。地質学的には、フォールラインは、地表に露出している結晶質基盤岩のおおよその端です。さらに南東方向には、掘削コアや地球物理学的調査で示されているように、同じ結晶質基盤が沿岸平野と大陸棚の下に続いています。 [ 10 ]ジョージア州からマサチューセッツ州までの沿岸平野沿いの複数のボーリング孔と地球物理学的サンプルは、堆積層の下に白亜紀以前の基盤があることを直接的に証明しています。これは、アパラチアの結晶質ユニットが沿岸平野の下に存在し、沖合の大西洋に続いていることを裏付けています。[ 11 ]
ボルチモア峡谷北部と近隣の沿岸平野の岩層の研究によると、白亜紀には海面変動と大西洋縁辺部の緩やかな沈降が堆積物の堆積方法を左右していたことが示されている。これは陸上の岩層とヒンジゾーン（地殻が傾斜し、堆積層が海に向かって厚くなる沖合の屈曲部）を挟んだ沖合の岩層とも一致する。[ 12 ]
海洋地殻プレートが上盤の海洋地殻プレートの下に沈み込むと、沈み込んだ地殻が溶融し、マグマの上昇流が発生し、上盤プレートの沈み込み前線に沿って火山活動を引き起こすことがあります。これにより、日本のような海洋火山弧が形成されます。この火山活動は変成作用を引き起こし、火成岩の貫入をもたらし、火山から噴出した火成岩の層を追加で堆積させることで地殻を厚くします。これにより地殻は厚くなり密度が低くなる傾向があり、沈み込みの影響を受けにくくなります。[ 13 ]
海洋地殻は沈み込むことができるが、大陸地殻は沈み込むことができない。やがて、沈み込む海洋地殻によって火山弧が大陸に近づき、衝突する可能性がある。衝突が起こると、火山弧は沈み込むのではなく、大陸の縁に付加されて大陸の一部となる。沈み込む海洋プレートの薄い帯状片や断片が大陸の縁に付着したまま残ることもあり、収束するプレートの間に挟まれて傾き、オフィオライトを形成する。このようにして、大陸は新しいテレーンが縁に付加されることで時間とともに成長し、様々な年代のテレーンが複雑に組み合わさった構造となる。
そのため、基盤岩は大陸の縁に近づくにつれて若くなる傾向があります。ただし、異地性テレーンなどの例外もあります。異地性テレーンとは、元の母大陸から分離して別の大陸に付加された、他の大陸の断片のことです。
大陸は、複数の大陸クラトン（大陸の核を中心に形成された地殻の塊）から構成され、新たに形成されたテレーンがその縁に付加されるにつれて徐々に成長・拡大していった。例えば、パンゲア大陸は、地球上のほとんどの大陸が集積してできた巨大な超大陸である。アジア、アフリカ、ヨーロッパなど、多くの大陸は、多数の小さな大陸が集積して形成されたため、複数の大陸クラトンから構成されている。
ヨーロッパアルプスの地質学において、基盤岩とは一般的にバリスカン造山運動よりも古い岩石を指します。この古い基盤岩の上に、ペルム紀の蒸発岩と中生代の石灰岩が堆積しました。蒸発岩は脆弱な層を形成し、その上に硬い（より強固な）石灰岩の被覆層が移動することで、基盤岩と被覆層の区別がより明確になりました。
アンデス地質学では、基盤とは、南アメリカプレートの西縁に沿った沈み込みの開始後に形成された後期中生代および新生代のアンデス層序の基盤となる、原生代、古生代、および初期中生代（三畳紀からジュラ紀）の岩石ユニットを指します。[ 14 ]
メキシコのトランスメキシコ火山帯について議論する場合、基盤岩には、オアハキア、ミシュテコ、ゲレロの各テレーンについて、それぞれ原生代、古生代、中生代の岩石が含まれる。[ 15 ]
基盤という用語は、主に盆地地質学、堆積学、石油地質学などの地質学の分野で使用されます。これらの分野では、（典型的には先カンブリア時代の）結晶質基盤は、石油や天然ガスをほとんど含まないため、関心の対象とはなりません。[ 16 ]また、経済的に関心のない被覆層のより深い部分を説明するために、経済的基盤という用語も使用されます。[ 17 ]
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