IODPで掘削されるピストンコアにおける問題点

はじめに

ODP, IODPで掘削されるAPC(Advanced Piston corer)コアでは,以下に紹介するような問題が起こり得る。とくに,コアの採取時あるいは採取後測定までの間に様々な二次的磁化が獲得されることがあるので,コアを研究に用いるためには注意が必要である。

コア境界の汚染・乱れ

9.5m単位で掘削されるODP, IODPのAPCコアでは、しばしば、その境界部(各コアの最上部 = section 1)の堆積物が物理的に乱されている(写真1)。コアの注意深い観察が必要である。APCコアラーのshoot-pinや, 鉄サビ, コアビットの破片等の異物が混入している場合もある(図1)。強く帯磁した異物が混入している場合,他の層準に比べて極めて強い磁化強度が測定されるため,検出は割合簡単である。

写真1
コア境界部の堆積物の乱れの例(IODP Exp.303, 1302A-4H, http://publications.iodp.org/proceedings/303_306/EXP_REPT/CORES/IMAGES/1302A4H.PDF 参照)
図1
コア境界部における磁気的汚染の例 (Figure 5, Fuller et al., 2006, Phys. Earth Planet. Inter., 156, 242-260 参照)

フローイン(flow-in)

フローインとは,コアキャッチャー直下の堆積物がピストンによる陰圧で吸い込まれたもので(写真2),サンプルとしての価値はない。Suck-inと記載される場合もある。ODP, IODPのAPCコアに限らず、ピストン・コアラーでは普遍的に起こり得る。通常のピストンコアではフローインの下に正常な堆積物が採取されることはないが、ODP/IODPのAPCでは9.5m単位のコアの途中で起きているケースもある(写真3)。

写真2
Flow-in(水平な層より下(右側)の部分。左がコアの上方向)
flow-in.jpg
写真3
コアの途中にFlow-inがはさまっている例 (IODP Exp.303, 1304A-7H, http://publications.iodp.org/proceedings/303_306/EXP_REPT/CORES/IMAGES/1304A7H.PDF 参照)

通常は,鉛直方向の筋状の模様として肉眼で容易に認識できるが,均質な堆積物では認識しづらいこともあるので注意が必要である。残留磁化としては,その上下の正常な堆積物の部分とは整合的でない方位を示し,かつ強度変化が少ない場合が多い。

掘削時二次磁化

大きく分けて、交流消磁で除去可能なIRMと、交流消磁で除去できない二次磁化がある。

交流消磁で除去可能なIRM

ODP, IODPのAPCのカッティング・シューやコア・バレルは,一般にかなり強く帯磁している。これが原因で,コアリング時にサンプルがIRM(等温残留磁化)を獲得してしまうことが起きる。このIRMは鉛直に近い下向き方向の(上向きの場合もある)かなり強いもので、APCで採取される堆積物コアに限らず、ロータリーで掘削される火山岩でも普遍的に認められる。IRMであれば、30mT程度までの交流消磁で除去可能な場合が多い(図2)。

図2
掘削時に獲得された強いIRMの例。
drilling-IRM.png

交流消磁で除去できない二次磁化

ODP,IODPのAPCコアを用いた古地磁気研究で最も深刻な問題は、交流消磁では除去できない二次磁化を獲得している場合があることである。二次磁化が交流消磁で除去できないということは、初生磁化成分(pDRM:堆積後残留磁化)と二次磁化成分の保磁力分布がほとんど同じであり、pDRMを担っていた磁性鉱物が再帯磁されていることを意味している。このような二次磁化に対しては,熱消磁も有効でない。

このような二次磁化は,コアの動径方向(radial)成分を持つことが知られている(図3, 4)。ほとんどの場合は内向きだが,外向きの報告例もある。内向きの場合を考えると,Archive halfのコア表面に垂直方向を+X軸とするIODPの座標系("図5'')において,Archive halfでは0°方向、Working halfでは180°方向に残留磁化方位が集中することになる。つまり、半割りコアの両サイド(Archive halfとWorking half)で磁化方位が一致しない。このような二次磁化を被っていない場合は,残留磁化方位の集中はみられないはずである。なぜなら,APCコアの半割り面は地球座標系では9.5m単位でランダムな方向を向いているはずだからである。

図3
Radial-inwardの二次磁化の概念.
radial_inward.jpg
図4
Radial-inwardの二次磁化の例 (Figure 4, Acton et al., 2002, J. Geophys. Res., 107, doi:10.1029/2001JB000518 参照)
図5
ODP, IODPコアの座標系
coordinate.png

ピストン・コアでは、コアライナーに沿った引きずりにより,端の方では堆積物が大なり小なり変形しているのが普通である(写真4)。Acton et al. (2002)は,堆積物の変形をシアーによる回転でモデル化することにより(図6),掘削時二次磁化を説明できる場合があることを示した。これが成り立つ場合には,全体に対して変形した部分の体積が占める割合の大きい半割コアのパススルー測定では影響が大きいが,ほとんど変形の認められないコアの中心部からu-channelまたはキューブ試料を採取することにより,二次磁化の影響から逃れることができるはずである。しかし,掘削時二次磁化が深刻な場合には,コアの中心からサンプルを採取しても二次磁化から逃れられなかったケースも知られており(例えば ODP Leg 154),すべての場合をこのモデルで説明することはできない。磁化率異方性データに基づく堆積物の変形と,この二次磁化との関係が必ずしも明瞭ではないことも,堆積物の変形だけではこの二次磁化を説明できないことを示している(Bowles, 2007)。

写真4
コアライナーに沿った堆積物試料の変形
core_liner.jpg
図6
シアーによる堆積物の回転モデル (Figure 7, Acton et al., 2002, J. Geophys. Res., 107, doi:10.1029/2001JB000518 参照)

経験的には,炭酸カルシウム含有量の大きい堆積物で,このような二次磁化の影響が深刻な傾向があることが知られている(e.g., Fuller et al, 2006; Bowles, 2007)。

Storage Diagenesis

コア採取から測定までの間に磁化が変化してしまうことを総称して,storage diagenesisと呼ぶ。ODP時代にパススルー磁力計が導入され,船上でコア採取後すぐに残留磁化を測定できるようになってから,このような問題があることが認識されるようになった。強還元環境の堆積物では、コア採取後数日〜数ヶ月の間に、残留磁化強度が10分の1程度になってしまう場合があることが知られている(図7) (e.g., Yamazaki et al., 2000)。強磁性鉱物が酸素に触れることにより起こる現象と推定されるが、その具体的なプロセスはまだ解明されていない。このような堆積物では,堆積物の色も短時間で変化する。写真5は,採取後20ヶ月冷蔵保管されていたコア試料から u-channel 試料を採取した際に撮影された写真で,コア半割面と u-channel 採取後の奥断面の色の違いが確認できる。奥断面は青褐色の部分が残っており,半割面と比べて酸化が進行していないと推測される。

図7
採集後数ヶ月間での磁化の減少の例 (Figures 2 and 3, Yamazaki et al., 2000, Earth Planets Space, 52, 329-336 参照)
写真5
u-channel 採取後に確認されたコアの色の変化(IODP Exp.342 航海で採取されたコアの例)
core_color_change.jpg

執筆者

  • 改訂第四版: 山本 裕二, 2014年8月
  • 改訂第三版: 山本 裕二, 2012年8月
  • 改訂第二版: 山崎 俊嗣, 2010年8月
  • 初版: 山崎 俊嗣, 2008年8月 J-DESCコアスクール・古地磁気コース 講習資料として.

参考文献

  • Acton, G.D., Okada, M., Clement, B.M., Lund, S.P., and Williams, T. (2002) Paleomagnetic overprints in ocean sediment cores and their relationship to shear deformation caused by piston coring. J. Geophys. Res., 107, doi:10.1029/2001JB000518.
  • Bowles, J. (2007) Coring-related deformation of Leg 208 sediments from Walvis Ridge: Implications for paleomagnetic data. Phys. Earth Planet. Inter., 161, 161-169.
  • Fuller, M., Molina-Garza, R., Touchard, Y., and Kidane, T. (2006) Paleomagnetic records from carbonate legs in the Southern Oceans and attendant drilling and coring related effects. Phys. Earth Planet. Inter., 156, 242-260.
  • Yamazaki, T., Solheid, P.A., Frost, G.M. (2000) Rock magnetism of sediments in the Angola-Namibia upwelling system with special reference to loss of magentization after core recovery. Earth Planets Space, 52, 329-336.

添付ファイル: filecore_color_change.jpg 370件 [詳細] fileradial_inward.jpg 399件 [詳細] fileflow-in.jpg 372件 [詳細] filedrilling-IRM.png 358件 [詳細] filecore_liner.jpg 369件 [詳細] filecoordinate.png 373件 [詳細]

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Last-modified: 2014-08-15 (金) 11:53:19 (1917d)