火成岩の貫入

地質学において、火成岩貫入（または貫入体^[1]あるいは単に貫入^{[2] ）は、}地球の表面下でゆっくりと冷却したマグマの結晶化によって形成される貫入 火成岩の体である。貫入には多種多様な形や組成があり、ニューヨーク州とニュージャージー州のパリセーズ・シル^[3]、ユタ州のヘンリー山脈[ ^4]、南アフリカのブッシュフェルト火成岩複合体^[5]、ニューメキシコ州のシップロック^[6 ] 、スコットランドのアードナマーチャン貫入^[7]、カリフォルニア州のシエラネバダ・バソリス^[8]などがその例である。

マグマが貫入する母岩は優れた絶縁体であるため、マグマの冷却は非常に遅く、貫入火成岩は粗粒（斑晶質）である。貫入火成岩は、一般的に鉱物含有量に基づいて、噴出火成岩とは別に分類される。貫入火成岩を分類する際には、石英、アルカリ長石、斜長石、および類長石の相対量が特に重要である。^{[9] [10]}

侵入岩は既存の母岩を移動させて、侵入のための場所を確保する必要がある。これがどのように起こるかという問題は「空間問題」と呼ばれ、多くの種類の侵入岩について活発に研究されている。^[11]

プルトンという用語は明確に定義されていないが、^[12]非常に深いところにある貫入岩を表すために使われてきた。^[13]すべての火成岩貫入岩の同義語として、^[14]大きさや特徴がよくわからない貫入岩のゴミ箱カテゴリーとして、 ^[15]非常に大きな貫入岩の名前として、または結晶化したマグマ溜まりの名前として使われてきた。^{[17]貫入して}テレーンと隣接する岩石の接触面を覆い隠しているプルトンはステッチングプルトンと呼ばれる。

貫入岩は、母岩の既存の構造を横切る不調和貫入岩と、既存の地層や岩石組織と平行に貫入する調和貫入岩に大別される。^[18]これらは、大きさ、明らかな起源、板状であるかどうかなどの基準に従ってさらに分類される。^{[1] [2]}

侵入スイートとは、時間と空間的に関連した侵入のグループです。^{[19] [20] [21]}

岩脈は板状の不規則な貫入岩で、既存の岩盤を横切るシート状の形をしています。^[22]侵食に抵抗する傾向があるため、風景の中で自然の壁として目立ちます。厚さは数ミリメートルのフィルムから300メートル（980フィート）を超えるものまでさまざまで、個々のシートの面積は12,000平方キロメートル（4,600平方マイル）に及ぶこともあります。また、構成も多岐にわたります。岩脈は、圧力を受けたマグマによって母岩が水圧破砕されることによって形成され、^[23]地殻張力のある地域でより一般的です。^[24]

環状岩脈^{[25]と円錐岩脈は}カルデラの形成に関連する特殊な形状の岩脈である。^[26]

火山頸は、侵食によって露出した火山への給水管です。表面露出部は通常円筒形ですが、貫入部は深部では楕円形やクローバーリーフ型になることがよくあります。岩脈は火山頸から放射状に広がることが多く、これは、マグマの通過が最も妨げられない岩脈の交差点に火山頸が形成される傾向があることを示唆しています。^[11]

ダイアトリームと角礫岩パイプは、特定の種類の爆発的な噴火によって形成された角礫岩のパイプ状の物体です。^[27]これらは地表に到達しているので実際には噴出物ですが、噴出していない物質は貫入物であり、実際には侵食のために、マグマ/溶岩のときに地表に到達しなかった貫入物と区別することが難しい場合があります。ダイアトリームの根元の物質は、近くに貫入物質がある場合、形成されたときに地表に到達しなかった物質と同一です。

ストックとは、露出面積が100平方キロメートル（39平方マイル）未満の、表に現れない不整合な貫入岩である。特に露出面積がより大きな貫入岩の先端に過ぎない可能性があるため、この分類は恣意的に思えるが、深さによって面積があまり変化せず、独特の起源と定置様式を示唆する他の特徴を持つ岩体の場合、この分類は意味がある。^[28]

バソリスは不調和な貫入岩で、露出面積が100平方キロメートル（39平方マイル）を超える。中には非常に巨大なものもあり、下部の接触面が露出することは非常にまれである。例えば、ペルーの海岸バソリスは長さ1,100キロメートル（680マイル）、幅50キロメートル（31マイル）である。バソリスは通常、シリカを豊富に含むマグマから形成され、斑れい岩や苦鉄質鉱物を豊富に含む他の岩石から形成されることは決してないが、一部のバソリスはほぼ完全に斜長岩で構成されている。^[29]

シルは、典型的には堆積層と平行なシート状の形状をとる、平板状の一致した貫入岩である。それ以外は岩脈に似ている。ほとんどは塩基性岩で、シリカ含有量が比較的低く、堆積層の間に浸透するのに必要な低粘度となっている。^[23]

ラコリスは平らな底部とドーム状の天井を持つ調和のとれた貫入岩である。ラコリスは典型的には3キロメートル（1.9マイル）未満の浅い深さで形成され、^[30]地殻の圧縮領域で形成される。^[24]

ロポリスは、皿のような形をした調和のとれた貫入岩で、逆さまのラコリスに似ていますが、はるかに大きく、異なるプロセスで形成されることもあります。その巨大なサイズにより、非常にゆっくりとした冷却が促進され、層状貫入と呼ばれる異常に完全な鉱物分離が生成されます。^[31]

マグマの最終的な発生源は、上部マントルと下部地殻の岩石の部分溶融である。これにより、その起源となる岩石よりも密度の低いマグマが生成される。例えば、シリカを多く含む花崗岩マグマの密度は 2.4 Mg/m ^{3で、高品位変成岩の 2.8 Mg/m 3}よりはるかに低い。これによりマグマは極めて大きな浮力を得るため、十分な量のマグマが蓄積されると、マグマの上昇は避けられなくなる。しかし、大量のマグマが母岩を押しのけて空間を作ることができるかどうか（空間問題）は、まだ研究が続いている。^[11]

マグマと母岩の組成、および母岩に作用する応力は、発生する貫入の種類に強く影響します。たとえば、地殻が伸張している場所では、マグマは上部地殻の張力亀裂に容易に上昇して岩脈を形成します。^[11]地殻が圧縮されている場所では、浅い深さのマグマは代わりにラコリスを形成する傾向があり、マグマは頁岩層などの最も適さない層に浸透します。^[24] リング岩脈とコーンシートは、上部の母岩のプラグが上昇または下降できる浅い深さでのみ形成されます。^[32]バソリスに含まれる膨大な量のマグマが上方に押し上げられるのは、マグマが高度に珪質で浮力がある場合のみであり、延性深部地殻ではダイアピルとして、脆性上部地殻では他のさまざまなメカニズムを通じてそうする可能性があります。^[33]

火成岩の貫入は、単一のマグマイベントまたは複数の増分イベントから形成されることがあります。最近の証拠は、大規模な貫入では増分形成がより一般的であることを示唆しています。^{[34] [35]}たとえば、パリセーズ・シルは、厚さ300メートル（980フィート）の単一のマグマ体ではなく、複数のマグマの注入によって形成されました。^[36]貫入体は、同様の組成のマグマが繰り返し注入されて形成された場合は多重体と説明され、異なる組成のマグマが繰り返し注入されて形成された場合は複合体と説明されます。複合岩脈には、グラノファイアとダイアベースのような異なる岩石が含まれることがあります。^[37]

現場では複数回の注入の視覚的証拠はほとんど見られないことが多いが、地球化学的証拠は存在する。^[38] ジルコンのゾーニングは、単一のマグマイベントによるものなのか、それとも一連の注入によるものなのかを判断するための重要な証拠となる。

大規模な珪長質貫入岩は、上部マントルからの苦鉄質マグマの貫入によって加熱された下部地殻の溶融から形成される可能性が高い。珪長質マグマと苦鉄質マグマの密度の違いにより混合が制限され、その結果、珪長質マグマは苦鉄質マグマの上に浮かぶ。このような限られた混合により、花崗岩や花崗閃緑岩によく見られる苦鉄質岩の小さな包有物が生じる。^[39]

マグマの貫入は熱伝導によって周囲の母岩に熱を奪われる。高温物質と低温物質の接触部付近では、高温物質が当初は均一な温度であれば、接触部全体の温度プロファイルは次の関係で与えられる。

$${\displaystyle T/T_{0}={\frac {1}{2}}+{\frac {1}{2}}\operatorname {erf} ({\frac {x}{2{\sqrt {kt}}}})}$$

ここで、は高温物質の初期温度、kは熱拡散率（ほとんどの地質物質で通常 10 ⁻⁶ m ² s ⁻¹に近い）、x は接触からの距離、t は貫入後の時間です。この式は、接触に近いマグマは急速に冷却され、接触に近い母岩は急速に加熱されるのに対し、接触から遠い物質は冷却または加熱がはるかに遅いことを示唆しています。^[40]そのため、冷却縁は接触の貫入側に見られることが多く、^[41]接触オーレオールは母岩側に見られます。冷却縁はほとんどの貫入岩よりもはるかに細かい粒子で、組成が異なる可能性があり、分別結晶化、母岩の同化、またはさらなるマグマ注入によって貫入岩の残りの部分の組成が変化する前の、貫入岩の初期組成を反映しています。^[42]等温線（一定温度の面）は平方根の法則に従って境界から広がり、^[40]そのため、マグマの最も外側の1メートルが特定の温度まで冷却するのに10年かかる場合、次の内側の1メートルでは40年、その次の1メートルでは90年かかります。 ${\displaystyle T_{0}}$

これは理想化であり、マグマ対流（接触面近くの冷却されたマグマがマグマ溜まりの底に沈み、より高温のマグマがその代わりを務める）などのプロセスによって冷却プロセスが変化し、冷却された縁の厚さが減少し、貫入岩全体の冷却が早まる可能性があります。^[43]しかし、薄い岩脈は大きな貫入岩よりもはるかに速く冷却されることは明らかであり、これが地表近くの小さな貫入岩（母岩が最初は冷たい場所）が火山岩とほぼ同じくらい細粒であることが多い理由を説明しています。

貫入岩と母岩の接触の構造的特徴は、貫入が起こった状況の手がかりとなる。カタゾーン貫入岩は、貫入体に鋭い縁なく徐々に入り込む厚い変成帯を有し、これは貫入岩と母岩の間でかなりの化学反応が起こっていることを示し、広いミグマタイト帯を持つことが多い。貫入岩と周囲の母岩の葉理はほぼ平行で、母岩に極端な変形の兆候が見られる。このような貫入岩は、かなり深いところで形成されたと解釈される。メソゾーン貫入岩は、接触変成帯の変成度がはるかに低く、母岩と貫入岩の接触が明確に識別できる。ミグマタイトはまれで、母岩の変形は中程度である。このような貫入岩は、中程度の深さで形成されたと解釈される。エピゾーナル貫入岩は母岩と不調和で、冷却された縁と鋭く接触し、接触変成帯での変成作用は限定的であり、脆性破壊を示唆する母岩の捕獲岩片を含むことが多い。このような貫入岩は浅い深さで発生すると解釈され、一般的に火山岩や崩壊構造と関連している。^[44]

貫入岩は一度にすべての鉱物を結晶化させるのではなく、むしろボーエン反応系列に反映される結晶化の順序がある。冷却初期に形成された結晶は、一般に残りのマグマよりも密度が高く、大きな貫入体の底に沈殿することがある。これにより、独特の質感と組成を持つ集積層が形成される。 ^{[45]このような集積層には、貴重な}クロム鉄鉱の鉱床が含まれることがある。^{[46] [47]}南アフリカの広大なブッシュフェルト火成岩複合体には、90% がクロム鉄鉱で構成される珍しい岩石タイプであるクロム鉄鉱の集積層が含まれている^。[48]

• 深成岩説 – 地球の火成岩は溶融物質の凝固によって形成されたという地質学の理論
• 塩ドーム – 塩または岩塩で作られた構造ドーム
• 塩テクトニクス – かなりの厚さの蒸発岩の存在に関連する形状とプロセス

• ベスト、マイロン G. (1982)。『火成岩と変成岩の岩石学』サンフランシスコ: WH フリーマン アンド カンパニー。pp. 119 ff. ISBN 0-7167-1335-7。 
• ヤング、デイビス A. (2003)。 『マグマを超える心：火成岩岩石学の物語』プリンストン大学出版局。ISBN 0-691-10279-1。 

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