Amalgamation of the Ryoke and Sanbagawa metamorphic belts at the subduction interface: New insights from the Kashio mylonite along the Median Tectonic Line, Nagano, Japan

Abstract

We present a detailed petrological, structural and geochronological study of the mylonitic Ryoke metamorphic rocks within the granitic mylonite (Kashio mylonite) and Sanbagawa metamorphic rocks along the Median Tectonic Line (MTL), Japan. Located in the Oshika area of the Chubu District, the Kashio mylonite is one of the few geologic units that can be used to determine detailed pressure-temperature-time-deformation (P-T-t-D) paths during mylonitization because it occurs as many small tectonic blocks of mylonitic metasediment. Detailed petrological analysis coupled with conventional thermobarometry and P-T pseudosection modelling give estimated peak P-T conditions (M1a) of 650-790 C at 4.6-5.6 kbar for the Ryoke metamorphic rocks. The gneissose Ryoke granitoids were emplaced subhorizontally at around 685-710 C and 4.6-5.8 kbar, after peak metamorphism. The Kashio shear zone developed immediately after the last igneous activity at ca. 71 Ma, and two stages of mylonitization (stages D1 and D2) can be identified from microstructural observations. The retrograde P-T conditions (M1b) recorded in the Kashio mylonite exhibit a systematic change in temperature from 710 C to 450 C at 5.2-2.6 kbar with decreasing distance from the MTL. By contrast, highly deformed mylonites with zoned garnets demonstrate a striking increase in pressure from 4.0 to 8.3 kbar with decreasing temperature from 590 C to 450 C after low-P/T-type metamorphism. Such a temperature range indicating isothermal compression is consistent with deformation temperatures of stage D1 determined from quartz microstructures and quartz c-axis fabric openingangle deformation thermometer. Moreover, the timing of the two mylonitization episodes during retrograde metamorphism are estimated to be 69-67 and 66-64 Ma, respectively, with a high cooling rate of $34 C/Ma using the revised time-temperature relationship of the host Ryoke granitoids. The rapid change in tectonic setting with strain localization occurred during the brief period between 69 and 64 Ma. Our field and petrological observations imply that a thick D1 mylonite zone was formed by rapid subsidence

Effect of Low Viscosity Contrast between Quartz and Plagioclase on Creep Behavior of the Mid-Crustal Shear Zone

“…The Kashio shear zone (Figure 1a) lies within the Cretaceous low-P/high-T Ryoke metamorphic complex along the Median Tectonic Line (MTL) that is the largest onshore strike-slip fault (>1000 km) in central Honshu Island, Japan (e.g., [22][23][24][25][26][27][28][29]). Mylonites within the Kashio shear zone (i.e., Kashio mylonite) in central Honshu Island have been deformed by a sinistral strike-slip or subhorizontal mid-crustal (~10 km depth) shearing (e.g., [22,23,27,28,[30][31][32][33]) and have recently been recognized as a remnant of an old tectonic plate boundary [29]. In addition, it has been suggested that the Kashio shear zone along the MTL has been bent by collision with the Izu-Bonin-Mariana arc associated with the opening of the Japan Sea [34,35].…”

“…Because dynamic recrystallization is one of the key mechanisms of grain size reduction in shear zones, quartz is generally thought to approach a steady-state microstructure by such a mechanism, thereby reflecting the flow stresses in dislocation creep (e.g., [49,50]). Therefore, microstructural characterization has been studied extensively in the Kashio shear zone, particularly the average grain size of quartz (e.g., [20,22,[27][28][29]33,[51][52][53]). In the Urakawa area, grain sizes of dynamically recrystallized quartz in mylonites and ultramylonites range within 6.2-14.5 µm and average 8.8 µm (Figure 5a).…”

“…Although this is much smaller than the previous estimate of 37 µm for the steady-state grain size ( [53]), the application of the more recent, sophisticated EBSD method revealed that finer grain sizes of quartz are more common in the Kashio shear zone. For instance, Okudaira and Shigematsu [20] reported mean grain sizes of 2.5-3.1 µm in mylonite and ultramylonite in the Matsusaka-Iitaka area (Mie Prefecture), and Nakamura et al [29] found the mean grain sizes in mylonite and ultramylonites close to the MTL at Ohshika area (Nagano Prefecture) to be in the range 8.6-11.8 µm. The mean grain sizes of quartz aggregates vary laterally along the MTL; this variation could result from various exhumation and erosion levels (e.g., [29]) or a different stress level in the Kashio shear zone.…”

分光学と地質学の融合：光を通じて視る地球内部環境

“…3)． 岩石中に含まれる炭質物のラマンスペクトルから変成温度を算出する手法である 炭質物ラマン温度計は，Beyssac et al (2002)によって初めて提案された．Beyssac et al (2002)は，世界中の温度圧力条件が既知の変成岩を集め，炭質物のラマンスペクトル を検証することで，変成温度との相関が最も顕著な R2[= D1/(G + D1 + D2)Area]という 面積比を温度計の変数として提案した．R2 と変成温度の関係式は直線近似で，温度 計の適用範囲は 330 ℃から 650 ℃，誤差は±50 ℃であった．その後，Aoya et al (2010) と D2-band の半値幅(full width at half maximum; FWHM)が 150 ℃ から 400 ℃の温度領域において直線的に減少することを見出し，その関係式を低温領 域に適用可能な新しい炭質物ラマン温度計として提案した(Kouketsu et al, 2014b)． 炭質物ラマン温度計は岩石の最高被熱温度を簡便に算出できる画期的な手法とし て，現在多くの研究で用いられている．しかし，炭質物ラマンスペクトルの解析手順 A d v a n c e P u b l i c a t i o n は複雑であり，ピーク解析ソフトを用いて一つ一つ手動でフィッティングが行われて いたため，解析者によって異なる結果が得られるパーソナルバイアスの可能性も否定 できなかった．特に，低温領域では複数のピークをフィッティングするため，解析に 時間がかかる上， 解が収束しない場合があるなどの問題が残っていた． そこで， Kaneki and Kouketsu (2022)では python を用いて，短時間で安定した解が得られる自動フィッ ティングプログラムを開発し，1 スペクトルあたり数秒での解析が可能になった．ま た，Kouketsu et al (2014b)ではフィッティングの場合分けが Fitting A から G まで７通 りあり(Fig. 3) ，どのフィッティングを適用するべきかの判断基準があいまいであっ たが，同研究により半値幅を用いた温度計の適用温度範囲内であれば Fitting E で安定 した解が得られることが示された．このように，炭質物ラマン温度計はプログラミン グを用いることで温度の算出も簡便になり，さらに使いやすいツールになっている． V. 炭質物ラマン温度計の応用例 炭質物ラマン温度計は世界中の地質帯の温度構造を調べる手法として広く用いら れている(e.g.,Beyssac et al, 2004;Negro et al, 2006;Nakamura et al, 2022)． Kouketsu et al (2021)では，四国中央部三波川帯汗見川地域において，11 km × 7 km の領域で採 取された 126 Ar 年代データ等と組み合わせることで構造発達史の解明にも寄与している (e.g., Shimura et al, 2021; Yamaoka et al, 2022) ． 堆積岩・変成岩だけでなく断層岩への適用の可能性も模索されている．炭質物は最 高被熱温度を記録するとともに，断層運動による変形や摩擦の影響も受ける． Nakamura et al (2015)や Kouketsu et al (2017)では，断層岩中における炭質物の石墨化 度は周囲のホスト岩に比べて低下していることから，炭質物の機械的破壊を提唱した． Kouketsu et al (2019)では，断層岩だけでなく，薄片作成時の研磨による剪断応力です ら石墨の結晶化度を下げ，TEM 観察によってシート状の石墨結晶構造が乱されてい る事例を示した．炭質物は機械的破壊の影響を受ける一方で，断層運動に伴う摩擦発 熱も記録する．Mori et al (2015)は中央構造線近傍の岩石中に含まれる炭質物は中央構 造線の繰り返しの断層運動によって生じた摩擦熱による温度上昇を記録しているこ とを報告した．Kaneki et al (2018)は，断層運動による摩擦が炭質物の熟成を促進させ ることを回転摩擦実験によって示した． さらに近年では， 地球内部物質にとどまらず， 隕石やサンプルリターンによって回収された微粒子中に含まれる炭質物についてラ マン分光分析を行い，地球外物質に適用可能な炭質物ラマン温度計の提案や小惑星の 形成シナリオについての考察が進められている(e.g.,Homma et al, 2015; Chan et al, の決定(Yasuzuka et al, 2009)や炭酸塩鉱物の化 学組成の半定量的判定(e.g.,Böttcher et al, 1992; Borromeo et al, . and Garzanti, E. (2014): Raman spectroscopy in heavy-mineral studies.…”