岩石分析における岩石学的分析法
岩石学は、岩石の鉱物組成、組織、内部構造に基づいて岩石を記述・解釈する地質学の一分野です。岩石学的分析法は、特に偏光顕微鏡を用いた直接観察によって岩石形成の歴史を「読み解く」ことができるため、岩石分析において最も重要な手法の一つです。火成岩、堆積岩、変成岩に至るまで、岩石学はマグマの結晶化、堆積、続成作用、変形、変成作用、熱水変質といった地質学的プロセスを理解する上で、地質学者にとって非常に役立ちます。
1.岩石学の基本概念
一般的に、岩石学は肉眼岩石学と顕微鏡岩石学の2つの主要な分野に分けられます。肉眼岩石学は、岩石（手持ち標本）を直接観察することによって行われ、例えば、色、粒度、鉱物の光沢、多孔性、葉理の有無などを調べます。一方、顕微鏡岩石学は、偏光顕微鏡を用いて岩石の薄片を観察し、肉眼では見えない鉱物や組織を特定することによって行われます。
岩石学の強みは、岩石の物理的特性と、その岩石を形成した過程を関連付けることができる点にある。例えば、斑状組織を持つ火成岩はマグマの冷却が2段階に及んだことを示し、強い葉理を持つ変成岩は、卓越した差圧の存在を示している。
2. 岩石学的分析法の段階
岩石分析のための岩石学的分析法は、一般的に、試料採取、薄片作製、顕微鏡観察、解釈、報告といういくつかの主要な段階を経て行われます。各段階において高い精度が求められ、わずかな誤差でも誤った解釈につながる可能性があります。
a. サンプリング
最初の段階は、野外または掘削コアから岩石サンプルを採取することです。理想的には、サンプルは分析対象の岩石を代表するものであり、過度に風化していないものであるべきです。野外地質調査では、通常、サンプリングと同時に、場所、座標、層序関係、周囲の地質構造、変質状況などの詳細な記録が行われます。堆積岩の場合は、層理面と堆積構造の方向を記録することも重要です。変成岩の場合は、微細構造の解釈に関連する可能性があるため、葉理と線構造の方向を記録する必要があります。
b. 薄切片の作製
薄片とは、鉱物内部に光が透過できるように、岩石試料を約30マイクロメートルの厚さに研磨した標本のことです。薄片を作成する工程には、試料の切断、樹脂を用いたスライドガラスへの接着、研磨、鏡面仕上げ、そして場合によってはカバーガラスの挿入が含まれます。
薄片の品質は非常に重要です。厚みが均一でないと、鉱物の干渉色の見え方が変わり、識別が困難になる場合があります。標準的な薄片の他に、反射顕微鏡を用いて不透明鉱物（例えば、黄鉄鉱、磁鉄鉱）を分析するための、研磨切片などの特殊な標本作製法もあります。
c. 偏光顕微鏡による観察
顕微鏡による岩石学的観察は、一般的に偏光顕微鏡を用いて行われ、偏光顕微鏡には平行偏光（平面偏光/PPL）と交差偏光（交差偏光/XPL）という2つの主要なモードがあります。
1. PPLは以下を観察するために使用されます。
– 鉱物色素（色）
・多色性（回転させると色が変わる現象）
– 立体感（鉱物と母岩のコントラスト）
– 結晶形（自形、半自形、他形）
割れ目と亀裂
2. XPLは以下の観察に使用されます。
– 干渉色
―例えば斜長石における双晶形成
– 消光角
– 複屈折（屈折率の差の度合い）
結晶構造と鉱物間の関係
分析において、地質学者は主要鉱物（例：石英、長石、輝石、角閃石、雲母）および副成分鉱物（ジルコン、燐灰石、チタン石）に加え、変質作用によって生じた二次鉱物（絹雲母、緑泥石、緑簾石、方解石）を特定する。
d. テクスチャと構造の分析
鉱物組成に加えて、岩石学では組織（粒子の大きさ、形状、粒子／鉱物間の関係）と構造（より大きく、より組織化された特徴）の分析も重視されます。重要な組織の例：
– 斑状組織：細かい石基の中に大きな斑晶が見られ、火成岩が徐々に冷却された履歴を示している。
– 粒状組織：比較的均一な粒子で構成され、花崗岩や特定の変成岩によく見られる。
– 気泡状構造：ガスによる空洞で、玄武岩によく見られる。
– 砕屑性組織：岩石や鉱物の破片が基質またはセメントによって結合された構造で、堆積岩に典型的なもの。
– 鱗片状組織または線状組織：変成岩中の雲母または角閃石の配向。
– ミロナイト組織：せん断による激しい変形により、微細な結晶粒と強い葉理が形成される。
堆積岩においては、岩石学的分析によって、粒度分布、粒の丸み、セメントの種類（シリカ、方解石、酸化鉄）、および多孔性を明らかにすることができる。変成岩においては、岩石学的分析によって、ガーネット、スタウロライト、カヤナイト、シリマナイトなどの変成指標鉱物を特定することができ、これらは変成度を判断する上で有用である。
e. 定量化：点計数と分類
客観性を高めるため、岩石学はしばしば点計数法などの定量的手法によって補完される。この手法では、観察者は薄片中の多数の系統的な観察点に基づいて鉱物の割合を計算する。その結果は、例えば以下のような分類に用いられる。
– 深成火成岩（石英-アルカリ長石-斜長石-準長石）のQAPF図
– TAS図（化学組成に基づく火山岩でより一般的だが、岩石学的分析は鉱物学的検証に役立つ）
―石英－長石－岩片の組成に基づく砂岩の分類（例：石英砂岩、アルコース砂岩、岩片砂岩）
― 変成岩の分類（主要鉱物と組織に基づく）（片岩、片麻岩、大理石、珪岩）
鉱物量の計測は、石油・ガス地質調査における貯留層の品質評価にも有用であり、例えば、多孔性を低下させる炭酸塩セメントの含有量などが挙げられる。
3．地質学的プロセスの解釈
岩石学の主な価値は解釈にある。鉱物学的データと組織学的データから、地質学者は岩石を形成した過程を再構築することができる。解釈の例をいくつか挙げる。
火成岩中に斜長石の累帯構造が存在することは、結晶化過程におけるマグマ組成の変化を示している可能性がある。
緑泥石や黒雲母からガーネットが形成されるなどの変成反応は、温度と圧力の上昇を示している。
砂岩中のシリカの固結は続成作用の段階を示し、再結晶作用は孔隙の質を増減させる可能性がある。
絹雲母化、緑泥石化、珪化などの熱水変質は、鉱石の鉱化作用系の指標となり得る。
このように、岩石学は「この岩石は何で構成されているのか」という問いに答えるだけでなく、「この岩石はどのように形成され、変化してきたのか」という問いにも答える。
4．岩石学的分析法の利点と限界
岩石学的分析にはいくつかの利点があります。本格的な地球化学分析に比べて費用が比較的安価であること、豊富な組織情報が得られること、鉱物とその関係性を特定するのに効果的であることなどが挙げられます。しかし、岩石学的分析には限界もあります。微細な鉱物の識別は難しく、不透明な鉱物には特殊な技術が必要であり、解釈は観察者の主観に左右される可能性があります。そのため、岩石学的分析は、X線回折（XRD）、走査型電子顕微鏡-エネルギー分散型X線分光法（SEM-EDS）、地球化学分析、同位体分析などの他の方法と組み合わせて、結果を確認するために用いられることがよくあります。
5. ペヌトゥプ
岩石学的分析法は、直接観察、鉱物同定、組織分析、地質学的プロセスの解釈を組み合わせたものであり、岩石分析の重要な基礎となっています。試料採取や薄片作製から顕微鏡観察、定量化に至るまで、体系的な手順を踏むことで、岩石学的分析は岩石の特性と地質学的歴史を包括的に把握することを可能にします。現代においても、岩石学的分析法は依然として有効であり、他の分析手法と組み合わせることで、地球のダイナミクスや地質資源の可能性をより正確に理解するための強力なツールとなります。
