階層的侵入

層状貫入岩は、垂直方向の層状構造、または組成や組織の違いを示す、大きな岩床のような火成岩体である。これらの貫入岩は、面積が数キロメートルに及ぶことがあり、約100 km ^{2 (39 平方マイル) から 50,000 km 2} (19,000 平方マイル)以上、厚さが数百メートルから 1 キロメートル (3,300 フィート) 以上になることもある。^[1]層状貫入岩のほとんどは始生代から原生代にかけてのものであるが(例えば、古原生代ブッシュフェルト岩体)、東グリーンランドの新生代スカーガード貫入岩やスコットランドのラム層状貫入岩のように、あらゆる年代のものである可能性がある。^{[1] [2]}ほとんどが超塩基性から塩基性の組成であるが、グリーンランドのイリマウスサック貫入岩体はアルカリ性貫入岩である。^[3]

層状の貫入岩は、典型的には古代のクラトンで発見され、稀ではあるものの世界中に分布しています。貫入岩体には、溶融物からの鉱物の沈殿または浮上による分別結晶化と結晶分離の証拠が見られます。

理想的には、超塩基性-塩基性貫入岩体の地層順序は、基底に向かってクロミタイト層を伴う超塩基性ペリドタイトと輝岩から成り、上層には塩基性ノーライト、斑れい岩、斜長岩が多く含まれる。 ^[4]岩体上部近くに閃緑岩やグラノファイアが含まれるものもある。ニッケル-銅-白金族元素 (Ni-Cu-PGE)、クロマイト、磁鉄鉱、イルメナイトの鉱体は、これらの稀な貫入岩内の卑金属硫化鉱物集合体と関連することが多い。 ^{[5] [6] [7]}しばしば見落とされるが、経済的に重要な Ni-Cu-PGE 鉱床は、層状貫入岩と空間的に関連する母岩に発生する可能性がある。^{[8] [9]}

塩基性・超塩基性層状貫入岩は、地殻内のあらゆるレベルで発生し、深さは 50 km (160,000 フィート) を超えるものから 1.5～5 km (5,000～16,000 フィート) ほどの浅いものまであります。貫入岩が形成される深さは、いくつかの要因によって決まります。

• 溶融物の密度。マグネシウムと鉄の含有量が多いマグマは密度が高く、そのため地表に到達する可能性が低くなります。
• 地殻内の境界面。通常、水平方向の剥離帯、高密度の不浸透性層、あるいは岩相の境界面は、上昇するマグマが利用する水平方向の弱い面となり、シルまたはロポリスを形成します。
• 温度と粘性。上昇するマグマは上昇して冷えると、より厚くなり、粘性が増します。これにより、マグマを押し上げるのにより多くのエネルギーが必要になるため、マグマがそれ以上上昇するのを制限します。しかし、より厚いマグマは壁岩を押し広げるのにもより効率的であり、マグマが満たすことができる体積を作り出します。

巨大な超苦鉄質・苦鉄質貫入岩が地殻内に定着する原因を正確に特定することは困難ですが、プルームマグマ活動とリフト湧昇という2 つの主な仮説があります。

プルーム マグマ活動理論は、ほとんどの大規模な火成岩地域では、同じ時期に、深成岩と表層岩の両方で大規模な苦鉄質マグマ活動が見られるという観察に基づいています。たとえば、ほとんどの始生代クラトンでは、緑色岩帯は、大規模な岩脈の注入と相関関係にあるほか、通常は何らかの形で地殻への大規模な貫入現象と相関しています。これは特に、約 2.8 Ga のイルガーンクラトンにおける一連の超苦鉄質-苦鉄質層状貫入岩と、それに伴うコマチアイト火山活動および広範囲にわたるソレアイト火山活動に当てはまります。

プルームマグマ活動は、貫入岩を数キロメートルの厚さ（最大 13 km または 43,000 フィート以上）に膨張させるために必要な大量のマグマ活動を説明する効果的なメカニズムです。プルームはまた、地殻の歪みを引き起こし、地殻を熱的に弱めてマグマの貫入を容易にし、貫入岩を受け入れる空間を作り出す傾向があります。

地球化学的証拠は、一部の貫入岩がプルーム・マグマ活動によって生じたという仮説を支持している。特に、ノリリスク・タルナフ貫入岩はプルーム・マグマ活動によって形成されたと考えられており、他の大規模な貫入岩はマントル・プルームによって形成されたと示唆されている。しかし、話はそれほど単純ではない。なぜなら、ほとんどの超塩基性-塩基性層状貫入岩はクラトンの縁とも相関関係にあるため、断層運動とそれに続く造山運動によりクラトンの縁でより効率的に露出するためと考えられる。

グリーンランドのスカーガード貫入岩のように、マントルプルームとは関係のない大規模な層状岩体もあります。ここでは、中央海嶺の拡大によって生じた大量のマグマによって、大量の集積岩が堆積します。このような貫入岩のための空間を作り出す問題は、作用している伸張テクトニクスによって簡単に説明できます。深部で作用する伸張断層またはリストリック断層は、ジンバブエのグレートダイクや西オーストラリアのナーンディー・ウィンディムラ岩体などのキール型またはボート型の貫入岩のための三角形の空間を提供します。

また、今日クラトンの縁として見られるものが、大陸の裂け目形成を引き起こしたプルーム現象の作用によって形成された可能性もあります。したがって、ほとんどの大規模な層状複合体のテクトニックな状況は、地球化学とホストシーケンスの性質の観点から慎重に検討する必要があり、場合によっては混合メカニズムによる原因が考えられます。

大規模な超塩基性岩の層状化の原因としては、対流、熱拡散、斑晶の沈降、岩石の同化作用、分別結晶化などが挙げられます。

積成層を形成する主なメカニズムは、もちろん、貫入岩の底または天井に鉱物結晶の層が蓄積することです。まれに、斜長石は、はるかに密度の高いマグマの上部に浮かび上がり、貫入岩の上部の積成層で見つかります。この場合、斜長石は斜長岩層を形成する可能性があります。

堆積は分別結晶化によって結晶が形成されるときに起こり、結晶が十分に密度が高い場合はマグマから沈殿します。対流と沈降が活発な大規模で高温のマグマ溜まりでは、流動帯、段階的層状化、洗掘溝、前縁層などの擬似堆積構造が形成されることがあります。グリーンランドのスカーガード貫入岩は、これらの擬似堆積構造の代表的な例です。

層化の主なプロセスは分別結晶化ですが、層化によって壁岩の同化によってマグマ体が形成されることもあります。これにより溶融物のシリカ含有量が増加する傾向があり、最終的には鉱物がそのマグマ組成の液相線に達するようになります。壁岩の同化にはかなりの熱エネルギーが必要なので、このプロセスはマグマ体の自然冷却と密接に関連しています。多くの場合、同化は詳細な地球化学によってのみ証明できます。

多くの場合、集積層は多鉱物から成り、斑れい岩、ノーライト、その他の岩石タイプを形成します。ただし、集積岩という用語は通常、輝石斜長石集積岩のように個々の層を表すために使用されます。

単一鉱物の集積層は一般的です。これらは経済的に重要である可能性があり、たとえば磁鉄鉱層とイルメナイト層は、ウィンディムラ貫入岩などのチタン、バナジウム鉱床や、タスマニアのサベージ川などの硬岩鉄鉱床を形成することが知られています。クロム鉄鉱層は白金-パラジウム族元素 ( PGE ) 鉱床と関連しており、その中で最も有名なのはブッシュフェルト火成岩複合体のメレンスキー岩礁です。

多くの大型超塩基性岩の貫入岩の中央部または上部は、層状構造が不十分な塊状の斑れい岩です。これは、マグマが分化するにつれて、2 種類または 3 種類の鉱物のみが結晶化する組成に達するためです。また、この段階ではマグマが十分に冷却され、マグマの粘性が増大して効果的な対流が停止する可能性もあります。あるいは、貯留層が薄く平坦になりすぎるため、対流が停止するか、非効率的な小さなセルに分解される可能性もあります。

結晶の蓄積と層化により、堆積層を通って移動する格子間溶融物が排出され、堆積層と反応する可能性がある。^{[10] [11] [12] [13]}

層状貫入岩は、ニッケル-銅-白金族元素（Ni-Cu-PGE）、クロミタイト、イルメナイト（Fe-Ti酸化物）鉱床の発生にとって経済的に重要な潜在性を持っています。^[7]

経済的な Ni-Cu-PGE 鉱物は、貫入複合体の元の方向に関して、貫入の底近くまたは底部にある火成岩に含まれるマグマ性硫化物内の苦鉄質-超苦鉄質岩に発生します。^{[8] [6]}標準的なマグマ性硫化物の組み合わせは、磁硫鉄鉱、ペントランダイト、黄銅鉱で構成され、少量から痕跡量の黄鉄鉱、キューバ鉱、磁鉄鉱が含まれます。銅鉱石とニッケル鉱を構成する鉱物はそれぞれ黄銅鉱とペントランダイトです。^{[8] [6] [5]}白金族元素は、典型的なマグマ性硫化物の組み合わせに関連付けられています。 ^{[5] [14]}これらの白金族鉱物 (PGM) は、硫化物、ヒ化物、合金、および天然金属として発生します。^{[6] [5]}

クロムを豊富に含む層状貫入岩では、クロムを含む鉱物であるクロミタイトが、個別の単一鉱物の集積層を形成することがあります。^{[15]貫入岩群の局所的部分やクロムを欠くシステムでは、卑金属のマグマ性硫化物と関連したクロミタイトのクラストとして発生することがあります。 [5]}クロムの発生と同様に、鉄とチタンを豊富に含むシステムでは、主に磁鉄鉱とイルメナイトで構成される個別の集積層を形成することがあります。^{[7] [16]}南アフリカのブッシュフェルト火成岩複合体は、これらの構造の両方を示すシステムの例です。^[17]

母岩中のNi-Cu-PGE鉱石は、層状複合体と空間的に関連している可能性があり、^{[8] [9]}ニッケル、銅、およびPGMは、層状複合体の麓の硫化物鉱脈に存在します。^{[8] [18] [19]}火成岩と母岩に含まれるマグマ性硫化物の間に直接的な関係があるかどうかはまだ議論されています。^[8]

• ブッシュフェルト火成岩複合体、南アフリカ
• 南極のデュフェック貫入岩^[要出典]
• ダルース コンプレックス、ミネソタ州北東部、アメリカ合衆国
• ジャイルズ複合貫入岩、オーストラリア中部^[要出典]
• グレートダイク、ジンバブエ
• カニチー層状貫入岩体、オンタリオ州、カナダ
• キグラパイトの侵入、ラブラドール、カナダ^[要出典]
• イルク湖火成複合体、オンタリオ州、カナダ
• ジャコウウシの侵入、ノースウェスト準州、カナダ
• ラム酒の侵入、スコットランド
• 東グリーンランドのスカーガード侵食
• スティルウォーター火成岩複合体、モンタナ州南西部、アメリカ合衆国
• トロンプスブルグ複合施設、南アフリカ
• ウィンディムラ侵入、西オーストラリア
• チマルパハド層状複合体、カンマム、テランガーナ、インド^[要出典]

• 岩石の種類の一覧
• 火成岩の分化

• フィンランドの層状侵入の概要
• ロシア、モンチェ・ツンドラ侵食の概要