岩脈（地質学）

地質学では、岩脈または岩脈は、既存の岩体の亀裂で形成された岩のシートです。岩脈は、マグマ起源または堆積起源のいずれかです。マグマ岩脈は、マグマが亀裂に流れ込み、岩の層を横切るか連続した岩塊を貫いてシート状の貫入として固化するときに形成されます。砕屑岩脈は、堆積物が既存の亀裂を埋めたときに形成されます。 ^[1]

マグマ岩脈は、古い岩床を横切る火成岩のシートです。マグマが古い岩床の亀裂を埋め、その後冷えて固まることで形成されます。^{[2] [3] [4]}岩脈の岩石は通常、周囲の岩石よりも風化に強いため、浸食により岩脈が自然の壁または尾根として露出します。^[3]岩脈の名前は、これらの自然の壁から付けられています。^[5]

岩脈は、苦鉄質マグマ（シリカの少ない流動性マグマ）の大部分が地表に到達する亀裂の記録を保存している。 ^[4]岩脈は、火山の配管システムに関する手がかりを提供するために地質学者によって研究されている。^[6]また、岩脈は、地殻が地殻変動によって引き離されるときに多数の岩脈（岩脈群）が形成されるため、地殻が伸びた太古の出来事を記録している。岩脈は最大伸張方向に対して直角に形成されるため、伸張の方向を示している。^{[7] [8]}

岩脈の厚さは他の 2 つの寸法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、岩脈の厚さは多かれ少なかれ一定です。岩脈の厚さは数ミリメートルから数百メートルまでさまざまですが、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みを持つ岩脈は 100 キロメートル以上伸びていることが一般的です。ほとんどの岩脈は急傾斜です。言い換えれば、岩脈はほぼ垂直に向いています。その後の地殻変動により、岩脈が広が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]

数キロメートルの長さの岩脈が一群になって雁行状に連なっているのが一般的です。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ます。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で構成されています。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します。岩脈群全体は、250 キロメートルに及ぶ線を形成します。個々のセグメントは重なり合っており、重なり合う部分はより薄くなっているため、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です。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 コンプレックス^{[8] 、}海洋拡大中心の岩脈などがあります。^[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、通常、地表で噴出した玄武岩よりもわずかに粗く、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、通常、厚さ1～5cmのガラス質または細粒の冷却縁部を持ち、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場所に形成される。浅い岩脈は、通常、縁部に対して垂直な柱状節理も示す。ここでは、岩脈の岩石は、冷却および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面体の柱も一般的である。これらは、1つの岩脈内ではサイズがほぼ均一であるが、異なる岩脈では直径が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あり、幅の広い岩脈では厚くなる傾向がある。より大きな柱は、より遅い冷却の結果である可能性が高い。^[13]

岩脈の岩石は通常は緻密で、気泡（凍った泡）はほとんど見られませんが、岩脈の最も浅い部分に気泡が見られることがあります。気泡が存在する場合、それらは壁と平行な帯状になり、流れの方向に伸びます。^[13]同様に、岩脈の縁にある斑晶（より大きな結晶）は流れの方向に並んでいます。^[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、岩床は層の内部に平行に形成されるシート状の貫入岩である。^[5]

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、割れ目を通って地表に達し、岩脈を形成します。^[4]

最も浅いところでは、既存の亀裂にマグマが上昇すると岩脈が形成される。^{[13] [3]}ハワイ諸島の若く浅い岩脈では、マグマが強制的に侵入した形跡はない。例えば、岩脈の壁が非常に多孔質の火山性クリンカーで構成されていても、マグマが壁まで浸透することはほとんどなく、壁の物質が溶融マグマに崩れ落ちることもほとんどない。これらの亀裂は、地殻の深部からマグマが満たされているマグマ溜まりの上の岩床が膨らんだ結果として開くものと考えられる。^[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抜けなければならず、常に最小主応力に垂直な平面に沿って経路を開きます。これは地殻が最も弱い圧縮を受けている方向であり、したがって亀裂を生じさせるのに最も少ない労力で済みます。浅い深さでは岩石が脆く、加圧されたマグマは上方に進むにつれて次第に岩石を破壊します。マグマが周囲の岩石に比べて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多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広げます。より深い深さでは岩石はより高温で脆くないため、マグマは岩石をドックの側面に対して 35 度の方向にある脆い剪断面に沿って押しのけます。このブルドーザーのような動作により、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、せん断面は延性断層となり、岩脈の側面から45度の角度をなす。岩石が完全に塑性である深度では、岩脈の代わりにダイアピル（上昇するマグマの栓）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るので、岩脈が亀裂の膨張によって形成されたという強い証拠となる。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メートルのガルダー岩脈など、いくつかの大きな岩脈では膨張は見られない。これらは、マグマが岩をこじ開けるのではなく、前進する先端で岩を破砕して崩壊させるストッ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え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 ^]

堤防の幅とその最大範囲の間には、次の式で表されるおおよその関係があります。^[11]

${\displaystyle {\frac {2w}{2b}}={\frac {2.25P_{ex}}{\rho _{host}V_{P}^{2}}}}$

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狭くなることを予測します。厚さと長さの比率は地表近くでは約 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 メートルの地表の岩脈は約 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。侵入した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]${\displaystyle w}$${\displaystyle b}$${\displaystyle P_{ex}}$${\displaystyle \rho _{host}}$${\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つないだ単一の岩脈に進化したり、セグメントが重なり合っていたことを示す角状構造を呈したりすることがある。変形した岩石中の古代の岩脈では、橋と角状構造は地質学者がマグマの流れの方向を判断するために利用される。^[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、壁岩の破片を剥がしたりして壁を侵食する傾向がある。これにより亀裂が広がり、流量が増加する。流量がそれほど速くない場合、マグマは壁の隣で固まり、亀裂が狭まり流量が減少する可能性がある。これにより、流量がいくつかの点に集中する。^[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する。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する。^[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る。^[15]

特定の割れ目に沿って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。ただし、後続の注入は組成がまったく異なる場合があり、その場合は複合岩脈と呼ばれます。複合岩脈の組成の範囲は、スコットランドと北アイルランドのいくつかの岩脈で見られるように、輝緑岩から花崗岩まで及ぶことがあります。^[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た場合、その後の注入は古い岩脈の岩石の破砕と新しい注入の冷却された縁の形成によって特徴付けられる可能性がある。^[12]

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多かれ少なかれ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ことが最も多い。^{[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北イングランドまで流れ込む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、岩脈群はアイスランドを通る発散型プレート境界に沿って形成されつつある。^[7]岩脈群は累積的に大きな厚さになることが多い。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約1000個の岩脈があり、総厚さは3キロメートルである。^[18]世界最大の岩脈群はカナダのノースウエ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、ハワイの火山の浸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到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、火山盾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存在します。これらは山頂カルデラの縁で急に切断されています。通常、リフトゾーンの中心部には 1 km あたり約 50 ～ 100 の岩脈がありますが、密度は 1 km あたり 500 にも達することがあり、その場合は岩脈が岩の体積の半分を占めます。岩脈の密度は、リフトゾーンの中心から1キロメートルあたり5～50本に低下し、その後、突然、岩脈の数が非常に少なくなります。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、大西洋が開く前の洪水噴火に関連するスコットランド西部の岩脈群に似ています。^[20]

岩脈は、中心の火山や貫入岩から放射状に形成されることが多い。^[3]岩脈は中心の貫入岩から発生したように見えるが、貫入岩とは年代や組成が異なる場合が多い。これらの放射状の岩脈は貫入岩の上に形成され、その後上昇するマグマによって切断されたか、または地殻がすでに地域的な緊張を経験していて貫入岩が亀裂の形成を引き起こした可能性がある。^[7]

海洋地殻の岩石では、海底に噴出した枕状溶岩の下には、海嶺でマグマが海底に到達した導管を保存するシート状の岩脈複合体がある。これらのシート状の岩脈は、特徴的に片側だけに冷却された縁を示しており、各岩脈がその後のマグマの噴出によって半分に分割されたことを示している。^[12]

環状岩脈と円錐シートは、カルデラ火山活動に関連する特殊な岩脈である。これらは浅いマグマ溜まりの周囲に分布している。円錐シートは、マグマが浅いマグマ溜まりに注入され、その上にある岩床が持ち上がり、割れるときに形成される。^[21]割れ目は、マグマ溜まりに比較的浅い角度で沈む同心円状の円錐の形をとる。^{[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、マグマ溜まりの天井が、リング状の割れ目に囲まれた岩の塊として崩壊する。リング状の割れ目にマグマが上昇すると、リング状の岩脈が形成される。^{[21] [22]}環状岩脈と円錐シートの好例は、スコットランドのアードナムルカン半島に見られる。^[3]

フィーダー岩脈は、マグマがマグマ溜まりから局所的な貫入岩まで移動する導管として機能した岩脈である。例えば、カナダ北極圏のムスコックス貫入岩脈は、厚さ150メートルの大きな岩脈によってマグマが供給された。^[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、岩床が破砕され、より若い岩床の上に押し上げられた場所である。^[23]

砕屑岩脈（堆積岩脈とも呼ばれる）は、他の岩層を遮断する堆積岩の垂直な塊です。砕屑岩脈は、次の 2 つの方法で形成されます。

• 浅い未固結堆積物が粗粒粘土層と不浸透性 粘土層が交互に重なって構成されている場合、岩石の静的覆土により粗い層内の流体圧力が臨界値に達することがあります。流体圧力によって堆積物は上部の層を突き破り、岩脈を形成します。
• 土壌が永久凍土の状態にある場合、間隙水は完全に凍結します。このような岩石に亀裂が生じると、上から流れ込む堆積物で亀裂が埋まることがあります。その結果、水平層を貫く垂直の堆積物、つまり岩脈が形成されます。

• 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 – ルーン文字の碑文であると考えられていたスウェーデンの割れたドレライト岩脈

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