アリゾナの地質

アリゾナの地質は先カンブリア代に形成され始めた。火成岩および変成結晶質基盤岩はそれよりかなり古いものであった可能性があるが、原生代のヤバパイ造山運動とマザツァル造山運動で上書きされた。東のグレンヴィル造山運動により、アリゾナは堆積物で満たされ、浅い海に流れ出た。海で形成された石灰岩は、苦鉄質貫入岩によって変成された。大不整合は地層記録における有名なギャップであり、アリゾナは孤立した盆地を除いて9億年間陸上状態を経験した。この地域は古生代に陸上状態と浅い海状態の間を往復し、多細胞生物が一般的になり、北アメリカが超大陸 パンゲアの一部になる前に、東の3つの主要な造山運動により堆積物が流れ出た。パンゲアの分裂はファラロンプレートの沈み込みを伴い、これが中生代のネバダ造山運動とセビア造山運動の火山活動を引き起こし、アリゾナの大部分を火山の残骸と堆積物で覆った。中期第三紀のイグニンブライト噴火により、新生代に大規模な灰と溶岩を伴う小規模な山脈が形成され、その後、過去1400万年にわたってファラロンスラブがマントル内に沈み込み、ベイスン・アンド・レンジ・ポリンが形成されました。アリゾナ州は熱水流体による鉱脈が広範囲に存在し、銅金斑岩、鉛、亜鉛、銅の濃縮から形成される希少鉱物、蒸発岩などの資源で有名です。^{[1] [2]}

アリゾナ州で最も古い岩石は、おそらく始生代後期または原生代前期のものであるが、それ以前の地質学的証拠は、18億年から16億年前の大規模な造山運動であるヤヴァパイ造山運動とマザツァル造山運動の間に上書きされている。原生代のこの時期には、激しい変成作用によりヤヴァパイ、ピナル、ヴィシュヌ片岩が形成され、花崗岩が侵入した。これらの古代の変形した岩石は、グランドキャニオンの麓、ソルトリバーキャニオン、および州全体の山脈で発見されている。

アリゾナ州で最も古い岩石は、玄武岩や流紋岩、関連する堆積岩など、変成火山岩で、現在グランドキャニオンの底を構成しており、18億年前に形成されました。ヤバパイ郡ジェロームのヴェルデ地区にもこの時代の岩石が保存されています。そこでは、古代の海底熱水噴出孔が硫化物を古代の海底に直接沈殿させ、大量の銅と亜鉛の鉱石硫化物鉱床を形成しました。

マザツァル造山運動は17 億年前から 16 億 1 千万年前に起こりました。この運動の間、以前の岩石よりも石英に富んだ火成岩がマザツァル山脈とニューリバー地域を形成しました。ピナル片岩もこの時期に形成され、花崗岩と花崗閃緑岩が貫入しました。最古の原生代変成岩と火成岩は、14 億 5 千万年前から 14 億年前の間に花崗岩とペグマタイトに貫入されました。ツーソン近郊のオラクル花崗岩、レイ・スペリオル地域に近いルイン花崗岩、グランドキャニオンの麓にあるゾロアスター花崗岩は、いずれも長さ 1 ～ 2 インチのピンク色の正長石結晶を含んでいます。造山運動によって、テキサスからカリフォルニアにかけて北西方向に伸びる、岩石の断裂、亀裂、断層の領域であるテキサス地帯が形成されました。アリゾナ州では、これらの鉱脈にはベリリウムやタンタルなどの珍しい鉱物や、リチウム、ビスマス、ウラン、タングステンなどの元素がよく含まれています。これらの鉱物は、岩石の弱い部分を移動する熱い熱水によって堆積しました。

原北アメリカ大陸の東部で起こった大規模なグレンヴィル造山運動は、西はアリゾナ州にまで影響を及ぼし、12億年から10億年前に大規模な地溝帯を形成した。地溝帯は構造的にミシガン州の銅鉱床やキーウィーナワン玄武岩の亀裂の形成と関連しており、地域的にはアリゾナ州の厚い堆積層で満たされた盆地と関連している。グランドキャニオンの底近くにあるアパッチ群には、ソルトリバーキャニオンで露出している河川頁岩や砂岩、浅い海の石灰岩が含まれる。石灰岩にはストロマトライトの残骸、藍藻の塊が含まれている。アパッチ群には10億5000万年前から11億4000万年前に玄武岩と輝緑岩が侵入した。メスカル石灰岩は変成してアスベストを形成し、過熱した輝緑岩マグマが石灰岩を「焼き」大理石にした。グランドキャニオンには、 10億7千万年前のアンカー層群の石灰岩、頁岩、珪岩、砂岩、玄武岩も見られます。

グランドキャニオンの中原生代層の上には、8億​​5千万年前の新原生代 チュアー層群とシックスティマイル層の堆積岩が覆っています。大不整合は、グランドキャニオンの地層記録における、原生代の花崗岩とカンブリア紀の海洋堆積物の間の9億年にわたる有名なギャップです。原生代の残りの3億5千万年間、アリゾナ州は広範囲にわたる浸食を受け、堆積物が堆積したのは、下降した盆地のわずかな地域だけでした。

古生代を通じて多細胞生物が一般的になるにつれ、アリゾナ州は北アメリカの受動的な西縁を形成した。この地域は地殻変動的に静かで火山活動や火成岩の貫入はなかったが、東部で一連の大きな造山運動の影響を受けた。4億9000万年から4億4500万年前のタコニック造山運動、 4億1000万年から3億8000万年前のアカディア造山運動、3億2500万年から2億2000万年前のアレガニアン造山運動により、そびえ立つ山脈が形成された。これらの山脈の大規模な浸食により、堆積物が西のアリゾナ州の浅い海に流れ込んだ。浅い海で形成された石灰岩には、州の多くの洞窟、重要な鉱床、ウルフェナイトなどの高品質の鉱物標本が含まれている。無脊椎動物の化石は、この時代の海洋堆積物によく見られる。

5億2000万年前から4億8800万年前の中期カンブリア紀には、海岸が東に移動し、海岸に似た砂岩が堆積しました。これらは、沿岸条件で堆積した砂岩、シルト岩、頁岩で覆われ、5億1500万年前から4億8800万年前には、ワームボーリング孔で追跡できる石灰岩や、礫岩の薄い層で覆われました。地層の記録には、 三葉虫と腕足動物の化石が見られます。

タコニック造山運動中の隆起により、海は後退し、アリゾナ州はオルドビス紀とシルル紀に大陸性の状態に戻り、これらの時代の岩石はほとんど残っていません。デボン紀の間、アリゾナ州は海洋性と大陸性を交互に繰り返し、沈み込み帯と火山島弧がネバダ州付近に出現しました。アリゾナ州南部のマーティン層には、後期デボン紀に堆積した石灰岩、砂岩、頁岩、チャートが含まれており、魚類や無脊椎動物の化石が豊富に含まれています。石炭紀のミシシッピ紀の造山運動間の小休止により、大規模な海進と厚い石灰岩の形成が起こりました。グランドキャニオンのレッドウォール石灰岩とアリゾナ州南部のエサブロサ石灰岩は、どちらもこの時代のもので、サンゴ、腕足動物、ウミユリの化石が含まれています。その後の浸食により、コチース郡のカーチェナー洞窟やグランドキャニオンのビージーズパラダイス など、石灰岩に大きな洞窟が形成されました。

ペンシルベニア紀からペルム紀にかけて、アパラチア山脈が最終的にヒマラヤ山脈の標高に集まり、アレゲニア造山運動と超大陸 パンゲアの形成が起こった。南半球の氷河作用によりアリゾナ州の海面が上下し、グランドキャニオン、セドナ、モニュメントバレーでよく見られる、シルト岩、石灰岩、砂岩、ドロマイト、頁岩が交互に重なる岩棚と斜面の地形が形成された。カイバブ石灰岩はこの時代の有名な地層で、アリゾナ州北部の大部分を覆っている。^[3]

中生代には、超大陸パンゲアが中心部で分裂し始め、大西洋が形成されました。北アメリカ西部の地下へのファラロンプレートの沈み込みは、地震学やコンピューター断層撮影法による新しいモデリングによって解明されつつありますが、いまだに解明されていない出来事です。海洋プレートが北アメリカの下に沈み込むと、部分的に溶融する状態が生まれ、カリフォルニアとアリゾナの地表に火山が形成されました。

アリゾナ州西部では約2億500万年前に火山活動が始まり、ネバダ造山運動が始まりました。この運動は1億4500万年前まで続き、三畳紀からジュラ紀にかけて続きました。1億9000万年前の花崗岩の貫入により、多くの鉱脈に鉱物が豊富になり、銅斑岩金鉱床が形成されました。ツーソンの南東92マイルにあるアリゾナ州ビスビーでは、二次酸化と濃縮が起こり、高品質のマラカイトとアズライトが形成されました。

アリゾナ州南部は隆起して火山噴火を経験し、北部に高シリカ灰が堆積してチンル層を形成し、ペトリファイド・フォレスト国立公園の化石林を形成しました。ジュラ紀を通じて、アリゾナ州北部からユタ州にかけて、現代のサハラ砂漠やナミブ砂漠に似た広大な沿岸砂漠が広がっていました。火山物質は、ツーソンの南にあるサンタ・リタ山脈の砂丘砂岩と交互に層をなし、アリゾナ州北部からザイオン国立公園に広がるアステカ砂岩やナバハ砂岩と相関しています。

白亜紀には、セビア造山運動がカリフォルニアのさらに西で1億4000万年前から8900万年前に起こり、これもファラロンプレートの沈み込みと関係がありました。しかし、ネバダ造山運動とは異なり、アリゾナ州では鉱脈に関連した重要な鉱物形成はありませんでした。この地域は海洋状態に後退し、二枚貝がビスビー周辺に石灰岩の鉱床を形成しました。過去とは異なり、海洋進入は西部内陸海路の南東と東で始まりました。東からの海面上昇と海面下降により頁岩と砂岩が堆積し、セビア造山運動からの堆積物が東に流れ落ちました。石炭鉱床は沼地の沿岸環境で形成されました。

古い造山運動による影響の多くは、8900万年から4300万年前のララミデ造山運動によって重ね合わされ、再鉱化されてロッキー山脈が形成された。火山活動、マグマ活動、鉱化作用は東のアリゾナ州に移動した。小規模な貫入岩と火山中心は、7600万年から6700万年前の南アリゾナにおけるララミデ造山運動の第一段階を記録している。銅金斑岩鉱化はアリゾナ州西部と隣接するニューメキシコ州に出現した。7900万年から6700万年前のララミデ主要段階では、巨大な火山中心が形成され、大量の安山岩と流紋岩の灰が噴出した。これらのカルデラは崩壊し、ツーソン西部のキャットマウンテン流紋岩などの名残を残した。家ほどの大きさの丸石や巨大な玉石が、火山物質の基質の中で堆積岩を形成している。岩石中の放射状および環状の亀裂内の熱水溶液から堆積した銀、鉛、亜鉛。^[4]

新生代始新世の5400万年から4300万年前のララミデ造山運動の最終段階での平坦な沈み込みにより、花崗岩とペグマタイトが地表から23キロメートル下の深いところまで侵入しました。花崗岩質のプルトンは、よく発達した破砕帯の近くで形成される傾向があり、ザクロ石-白雲母花崗岩とペグマタイト岩脈の中にタングステンと石英を豊富に含む鉱脈を持つことがよくあります。ツーソンの北と北東にあるサンタカタリナ山脈には、地表から14マイル下の侵入として形成されたウィルダネス花崗岩があります。コロラド高原は、始新世の間に隆起し、浸食され始めました。

始新世、漸新世、中新世には、ファラロンプレートに関連した造山運動である中期第三紀のイグニンブライト噴火により、大量の火山灰が噴出した。アリゾナ州西部の多くの小さな山脈、スーパースティション山脈、ガリウロ山脈、チリカワ山脈、トゥマカコリ山脈は、主にこれらの噴火による火山灰流凝灰岩で構成されている。

噴火は、マントルへのスラブの急峻な沈み込みの増加と、東から西へのマグマ活動の移行が鉱物学と岩石タイプの変化をもたらしたことが一因であると考えられています。小さな盆地に火山の残骸、礫岩、湖沼の石膏、粘土、炭酸塩が蓄積しました。溶岩流と花崗岩の貫入により、ガリウロ山脈とチリカワ山脈が形成されました。金と銅の鉱脈が岩脈群で鉱化し、続いてカルデラ関連のバソリスと銀鉛亜鉛スカルンが形成しました。低角度の法線断層と剥離断層により、イベントの最終段階で堆積岩と火山岩が変形しました。

中新世、鮮新世、更新世、そして現在の完新世の最後の1400万年間に、沈み込むファラロンプレートは、サンアンドレアス断層の横ずれ運動とトランスフォーム境界によって切り離されました。プレートは下降を続けていますが、それを駆動する力は弱まっています。その結果、急峻な正断層がベイスン・アンド・レンジ地区の地溝地形を形成しました。玄武岩が盆地に侵入し、フェニックスの下の塩、ボウイ地域の粘土と沸石、サンペドロ渓谷とベルデ渓谷の両渓谷の石膏 など、蒸発岩やその他の堆積物が蓄積しました。

カサ・グランデの西にあるセンチネル火山地帯とフラッグスタッフの北にあるサンフランシスコ火山地帯は、どちらも盆地で形成され、過去500万年の間に押し出されました。さらに、南東部のサン・バーナーディーノ火山地帯では、玄武岩の流れによって深部のペリドタイトが地表に運ばれました。 ^[5]

乾燥した気候と人口の多さから、アリゾナ州では水が極めて重要である。飲料水のほとんどは、開拓局のダムやセントラル アリゾナ プロジェクトの分水路を含む表層水源から取水されている。この表層水の多くはコロラド川から来ている。地下水は表層水を補う役割を果たしている。1915 年から 1983 年の間に、ソルト川、ベルデ川、アグア フリア川からの表層水を補うために、フェニックス周辺で推定 8,100 万エーカー フィートの地下水が汲み上げられた。都市部では、地下水は主に過剰な灌漑、都市表面流出、運河の浸透、および平均以上の降雨量の年によって補充されている。1978 年、米国地質調査所は地下水位が 350 フィート低下したことを発見した。^[6]

USGSは1997年に、フラッグスタッフとコロラド高原南部の下にあるペンシルベニア紀とペルム紀の砂岩、石灰岩、シルト岩を調査した研究を発表した。これらは、地下水の流れがあまり解明されていない複雑な地域帯水層を形成している。 ^[7] 2016年に行われたその後の詳細な研究では、州の北中部にあるココニノ郡とヤバパイ郡が調査された。この地域は、C帯水層とレッドウォール-ムアヴ帯水層の下に広がっている。C帯水層は地下水面の帯水層で、深さは地下水面から最大1500フィートで、上部の含水地帯を除いて西部は乾燥している。その下にはレッドウォール-ムアヴ帯水層があり、地表から最大3200フィート下に閉じ込められている。トリチウムと炭素14の分析によると、地下水はC帯水層では最大7000年前、レッドウォール・ムアブ帯水層では最大22,000年前のものである。これらの帯水層の水は大部分が高品質だが、一部の井戸ではヒ素、バリウム、ウラン、鉛のEPA推奨値を超えている。1975年以降、両帯水層とも汲み上げ量が大幅に増加している。^[8]

サンタ リタ山脈とトゥームストーン ヒルズには、ララミデ造山運動中に亀裂内の熱水流体によって形成された銀と鉛が含まれています。アリゾナ州は、米国の銅の年間 3 分の 2 を生産するため、「銅の州」として知られています。ララミデ銅斑岩鉱床はツーソン周辺に多く、ツイン ビュート、シェリタ エスペランサ、ローズモント、シルバー ベル、ミッション ピマの鉱山、および西側の歴史的なアホ鉱山が含まれます。レイ、マイアミ、ピント バレー、モレンシー、サフォード、カルロタ、スーペリア、およびレゾリューションの鉱山は、アリゾナ州東中央部の銅の露天掘り採掘現場の例です。

これらの鉱床は、通常、中心部の銅と亜鉛から周辺部の亜鉛、鉛、銀、金、外縁部の銀とマンガンまで、ブルズアイ型の鉱化パターンを呈しています。

二次的な銅の濃縮と酸化により、黄銅鉱、黄銅鉱、藍銅鉱、孔雀石、クリソコラなど、さらに銅の濃度が高い鉱物が生成された。さらに、スカルン鉱床はプルトンの近くでよく見られ、そこでは花崗岩のマグマとの接触変成作用によりガーネットやケイ酸カルシウムが生成される。アラバパイ、キャッスルドーム、カリフォルニア、ミドルパス、スイスヘルム、アッシュピークの鉱山地区はすべて、中期第三紀の山脈形成イベントによって形成された。^[9]