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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 ] ）とは、地球の表面下でゆっくりと冷却されたマグマの結晶化によって形成される貫入火成岩体のことである。貫入岩は、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ムルカン貫入岩体[ 7 ]、カリフォルニア州のシエラネバダ・バソリス[ 8 ]などの例で示されるように、さまざまな形状と組成を持つ。
マグマが貫入する固い母岩は優れた断熱材であるため、マグマの冷却は非常に遅く、貫入火成岩は粗粒（顕晶質）になります。貫入火成岩は、一般的に鉱物組成に基づいて、噴出火成岩とは別に分類されます。石英、アルカリ長石、斜長石、および準長石の相対量は、貫入火成岩の分類において特に重要です。 [ 9 ] [ 10 ]
貫入岩は、既存の母岩を押し退けて自らのための空間を確保しなければならない。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、多くの種類の貫入岩について活発な研究の対象となっている。[ 11 ]
深成岩体という用語は定義が曖昧ですが、[ 12 ]深部に貫入した岩体を表すのに使われてきました。[ 13 ]すべての火成岩体の同義語として、[ 14 ]大きさや性質がよくわからない岩体の分類として、 [ 15 ]または非常に大きな岩体の名称として、[ 16 ]あるいは結晶化したマグマ溜まりの名称として使われてきました。[ 17 ]地塊と隣接する岩石との接触面を覆い隠すように貫入した深成岩体は、縫合深成岩体と呼ばれます。
貫入岩は、既存の母岩の構造を横切る不整合貫入岩と、既存の層理や組織に平行に貫入する整合貫入岩に大別される。[ 18 ]これらはさらに、大きさ、明らかな起源、板状かどうかなどの基準に従って分類される。[ 1 ] [ 2 ]
侵入群とは、時間的および空間的に関連する侵入群のことである。[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]
岩脈は、既存の岩盤を横切るシート状の板状不整合貫入岩体です。[ 22 ]侵食に抵抗する傾向があるため、景観の中で自然の壁として際立っています。厚さは数ミリメートルの薄い膜から300メートル（980フィート）を超えるものまで様々で、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）にもなります。また、組成も大きく異なります。岩脈は、圧力下のマグマによる母岩の水圧破砕によって形成され、[ 23 ]地殻張力のある地域でより一般的です。[ 24 ]
環状岩脈[ 25 ]と円錐状岩脈は、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のマグマ供給管です。地表の露出部は通常円筒形ですが、深部では貫入部が楕円形やクローバーリーフ形になることがよくあります。岩脈は火山頸から放射状に伸びていることが多く、マグマの通過が最も妨げられない岩脈の交差点で頸が形成される傾向があることを示唆しています。[ 11 ]
ダイアトリームとブレッチャパイプは、特定の種類の爆発的噴火によって形成されるパイプ状のブレッチャ体です。[ 27 ]これらは地表に達しているため、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、侵食のため、マグマ/溶岩が地表に達しなかった貫入物と区別するの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、近くに存在すれば、形成時に地表に達しなかった貫入物質と同一です。
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）未満の非板状の不整合貫入岩体である。露出部分はより大きな貫入岩体の先端に過ぎない場合もあるため、これは恣意的に思えるかもしれないが、この分類は、深さによる面積の変化が少なく、独特の起源と貫入様式を示唆するその他の特徴を持つ岩体に対しては意味がある。[ 28 ]
バソリスは、露出面積が100平方キロメートル（39平方マイル）を超える不整合貫入岩体です。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す。例えば、ペルーの沿岸バソリスは長さ1,100キロメートル（680マイル） 、幅50キロメートル（31マイル）です。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ありませんが、バソリスの中にはほぼ完全に斜長岩で構成されているものもあります。[ 29 ]
岩床は、通常、堆積層に平行なシート状の板状貫入岩体です。それ以外は岩脈に似ています。ほとんどは苦鉄質で、シリカ含有量が比較的低いため、堆積層の間に貫入するのに必要な低い粘性を持っています。[ 23 ]
ラコリスは、平らな底面とドーム状の天井を持つ整合貫入岩体である。ラコリスは通常、 3キロメートル（1.9マイル）未満の浅い深度[ 30 ]、および地殻圧縮領域[ 24 ]で形成される。
ロポリスは、皿状の形状をした整合貫入岩で、逆さにしたラコリスにやや似ているが、はるかに大きく、異なるプロセスで形成されることがある。その巨大なサイズは非常にゆっくりとした冷却を促進し、その結果、層状貫入岩と呼ばれる異常に完全な鉱物分離が生じる。[ 31 ]
マグマの究極的な起源は、上部マントルと下部地殻の岩石の部分溶融です。これにより、起源岩石よりも密度の低いマグマが生成されます。たとえば、シリカを多く含む花崗岩質マグマの密度は 2.4 Mg/m 3であり、高変成岩の 2.8 Mg/m 3よりもはるかに低くなっています。これによりマグマは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ません。しかし、大量のマグマがどのようにして周囲の岩石を押し退けて空間を作ることができるのか（空間問題）という問題は、依然として研究の対象となっています。[ 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大きく影響します。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引張断裂に容易に上昇して岩脈を形成することができます。[ 11 ]地殻が圧縮されている場所では、浅い深度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脆弱な層に貫入します。[ 24 ] 環状岩脈と円錐状岩床は、上部の母岩のプラグが上昇または下降できる浅い深度でのみ形成されます。[ 32 ]バソリスに関与する膨大な量のマグマは、マグマが非常に珪長質で浮力がある場合にのみ上方に押し上げることができ、おそらく延性のある深部地殻ではダイアピルとして、脆い上部地殻ではさまざまな他のメカニズムを通じて上方に押し上げられます。[ 33 ]
火成岩の貫入は、単一のマグマ活動または複数の段階的な活動によって形成される可能性があります。最近の証拠は、大規模な貫入では段階的な形成がより一般的であることを示唆しています。[ 34 ] [ 35 ]例えば、パリセーズ岩床は、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、類似した組成のマグマの繰り返しの注入によって形成された場合は多重型、異なる組成のマグマの繰り返しの注入によって形成された場合は複合型と呼ばれます。複合岩脈には、グラノフィ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 ]
現場では複数の注入の視覚的な証拠はほとんどないことが多いが、地球化学的な証拠はある。[ 38 ]ジルコンのゾーニングは、単一のマグマ活動か一連の注入が定置方法であったかを判断するための重要な証拠を提供する。
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融解によって形成されると考えられる。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、珪長質マグマは苦鉄質マグマの上に浮遊する。このような限定的な混合の結果、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放出する。高温物質と低温物質の接触部付近では、高温物質の初期温度が均一であれば、接触部全体の温度分布は次の関係式で表される。
どこ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は 10 −6 m 2 s −1に近い)、x は接触面からの距離、t は貫入からの経過時間です。この式は、接触面に近いマグマは急速に冷却され、接触面に近い母岩は急速に加熱される一方、接触面から遠い物質は冷却または加熱がはるかに遅くなることを示唆しています。[ 40 ]そのため、接触面の貫入側には冷却縁が見られることが多く、 [ 41 ]母岩側には接触変成帯が見られます。冷却縁は貫入体の大部分よりもはるかに粒度が細かく、組成も異なる場合があり、分別結晶作用、母岩の同化作用、またはさらなるマグマの注入によって貫入体の残りの部分の組成が変化する前の貫入体の初期組成を反映しています。[ 42 ]等温線（一定温度の表面）は、平方根法則に従って境界から離れて伝播します。[ 40 ]そのため、マグマの最外層1メートルが特定の温度まで冷えるのに10年かかる場合、内側の次の1メートルは40年、その次は90年、といった具合になります。
これは理想化であり、マグマ対流（接触面の隣で冷え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場所を占める）などのプロセスによって冷却プロセスが変化し、冷えた縁の厚さが減少する一方で、貫入岩体全体の冷却が加速される可能性がある。[ 43 ]しかし、薄い岩脈はより大きな貫入岩体よりもはるかに速く冷却されることは明らかであり、これが地表付近（母岩が最初は冷たい場所）の小さな貫入岩体が火山岩とほぼ同じくらい細かい粒度である理由を説明している。
貫入岩と母岩との接触部の構造的特徴は、貫入が起こった条件の手がかりとなる。カタゾナル貫入岩は、厚い接触変成帯を持ち、それが明確な境界を持たずに貫入岩体へと移行しており、貫入岩と母岩との間でかなりの化学反応が起こったことを示唆し、しばしば広範囲のミグマタイト帯を伴う。貫入岩と周囲の母岩の葉理はほぼ平行で、母岩に極端な変形が見られる。このような貫入岩は、深部で起こったと解釈される。メソゾナル貫入岩は、接触変成帯の変成度がはるかに低く、母岩と貫入岩との接触部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、中深度で起こったと解釈される。エピゾナル貫入岩は、母岩と不整合で、急冷縁を伴う明確な接触部を持ち、接触変成帯の変成度は限定的で、脆性破壊を示唆する母岩の異質岩片を含むことが多い。このような貫入は浅い深度で発生したと解釈されており、火山岩や崩壊構造と関連していることが多い。[ 44 ]
貫入岩はすべての鉱物を一度に結晶化させるわけではなく、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的に残りのマグマよりも密度が高く、大きな貫入岩体の底に沈むことがある。これにより、独特の組織と組成を持つ累積層が形成される。[ 45 ]このような累積層には、クロム鉄鉱の貴重な鉱床が含まれている可能性がある。[ 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%がクロム鉄鉱である希少な岩石タイプのクロミタイトの累積層が含まれている。[ 48 ]
