Mountain building - orogeny

Japanese: 造山運動 - ぞうざんうんどう（英語表記）orogeny

A general term for the crustal movements that created the frameworks of large mountain ranges and island archipelagos (island arcs) in the present or past. Large topographical mountain ranges and island arcs were created as a result of the uplift of a narrow belt of land over 1,000 kilometers in length by mountain building and the subsequent erosion. In addition to uplift, mountain building can also cause the intrusion of granite, the eruption of andesite, significant folding of strata, thrust faulting, and metamorphism.

In areas where mountain building is currently occurring, earthquakes, i.e. fault movement and volcanic activity, are also significant. Many areas where large mountain ranges are thought to have formed in the past are now low-lying land due to erosion. When strata, granite, and metamorphic rocks that have been significantly folded or thrusted are distributed in a narrow belt and can be clearly distinguished from surrounding areas that do not have these, it is believed that a large mountain range once formed there and that mountain building occurred there in the past. In the Caledonian orogeny in Europe and the Appalachian orogeny in North America, which were active in the Paleozoic era, there is a metamorphic rock zone accompanied by granite bodies in the center of the orogeny, a zone of folds and thrusts outside of that, and an unfolded frontier area that is outside the orogeny.

[Toshio Kimura and Akihiro Murata]

Mechanism of mountain building

Based on the geosyncline and orogeny theory, mountain building has long been thought to occur when thick layers of rock are deposited in a sedimentary region called a geosyncline over a long period of time, over tens of millions of years, and then the layers are subjected to strong lateral compression forces, causing intense folding in a very short period of time, resulting in large uplifts. It was also thought that mountain building occurs in unstable regions, and that after mountain building, the area becomes a stable continent. However, recent research has greatly changed this view.

According to the plate tectonics theory, mountain building can be broadly divided into two types.

(1) The first type occurs when two continents collide, causing strong compression of a wide area, including the oceanic crust region between them. The ocean between the continents is a depositional site, and corresponds to a former geosyncline. The mountain-building that created the Alps and the Himalayas is a typical example of mountain-building associated with collision. In such cases, the strata are significantly shortened laterally, and nappes (allochthonous rock masses) are formed by large-scale thrust faults and recumbent folds. Another characteristic is that rocks such as basaltic pillow lava, gabbro, and ultramafic rock (called ophiolite), which made up the oceanic crust and the uppermost mantle below it, are squeezed out by the collision, forming a region called an ophiolite belt. The oceanic region between the two continents went from being a place of deposition to being a place of mountain building, which gave rise to the idea that mountain building occurs in areas that were once geosynclines.

(2) The second type occurs when volcanic activity accompanies the subduction of an oceanic plate. In this case, terrigenous clastics deposited in the trench, chert from the ocean floor, and basaltic volcanic rocks and limestone from seamounts mix together and are added to the lower bottom of the continental slope, forming an accretionary complex. All mountain building that has occurred in Japan in the past has been accompanied by subduction, as is the mountain building that is currently occurring. This type of mountain building forms a low-temperature, high-pressure metamorphic belt where accreted sediments have been carried deep into the earth, and a high-temperature, low-pressure metamorphic belt that is accompanied by granite on the continental side.

In Japan, mountain building is currently underway due to the subduction of the Pacific Plate and the Philippine Sea Plate, which began around the early Neogene period of the Cenozoic era. The Pacific Plate is the more prominent, and volcanic activity is currently occurring in the area from Hokkaido through the central Tohoku region and west to Izu. Granite intrusions are known to have occurred in some places during the Neogene period. This area also has a significant number of inland earthquakes. There are also places where active folding, where the folding of strata is currently underway, exists. There are also places where uplift phenomena have been occurring for a very long time. The Akaishi Mountains are uplifting at a rate of about 5 millimeters per year, and if uplift continued at this rate for 1 million years, it would be uplifted by 5,000 meters, which is equivalent to the height of a large mountain range. The uplift and folding of mountain building caused by subduction is the result of gradual deformation that accumulated over a period of 10 million to tens of millions of years. The total deformation is so large that it gives the appearance that the cataclysm occurred suddenly.

As shown by the fact that bedrock older than the Neogene appears widely in the Ashio Mountains and Asahi Mountains, there has never been a large sedimentary basin covering the entire Tohoku Sekiryo Mountains or further west. Furthermore, the Neogene layers have been accompanied by significant andesitic activity almost from the beginning of their deposition. Andesitic activity is also one of the characteristics of orogeny. Orogeny associated with subduction does not assume the existence of a large sedimentary basin. The folds of the Neogene layers in the Tohoku region are basically formed when normal faults that were formed during deposition and have a low angle in the deeper parts are reactivated as thrust faults and reverse faults. The folds were not formed by very strong compression. The fact that it does not assume the existence of a large sedimentary basin and that it is not accompanied by strong compression are both major differences from orogeny associated with collision.

[Toshio Kimura and Akihiro Murata]

Mountain building around the world

In Europe, there were the Caledonian, Variscan (Hercynian), and Alpine orogenies. It was once thought that each orogeny formed a cycle that began with a long geosynclinal period and ended with a rapid orogeny. It was also thought that each orogeny occurred simultaneously around the world. However, research in Japan and other parts of the world has revealed that orogeny is made up of a series of numerous crustal movements that occurred over a long period of time, from 10 million to tens of millions of years, and that a single orogeny does not occur simultaneously around the world. The Honshu orogeny that occurred in Japan, far from Europe, was once thought to be a Variscan orogeny, but since continental collisions do not occur simultaneously around the world, the two are completely different. Also, during the Mesozoic era, when there were no significant crustal movements in Europe, significant orogeny occurred in the Pacific region, including Japan.

[Toshio Kimura and Akihiro Murata]

Mountain building in Japan

Known past orogeny events in Japan include the Akiyoshi, Sagawa, Hidaka, and Mizuho orogeny events.

The Akiyoshi orogeny, which occurred from the late Permian to the middle Jurassic periods of the Mesozoic era, produced granite and Hida metamorphic rocks in the Hida region of the Inner Zone of Southwest Japan, and Sangun metamorphic rocks in the northern Chugoku region. Permian accretionary complexes were also formed in the Akiyoshi region of the Inner Zone and the Kurosegawa region of the Outer Zone of Kii, Shikoku, and Kyushu.

The Sagawa orogeny spans the late Jurassic to Cretaceous periods, producing granite and the high-temperature, low-pressure Ryoke metamorphic rocks to the north of the Median Tectonic Line in Southwest Japan, and the low-temperature, high-pressure Sanbagawa metamorphic rocks to the south of that. Granite is also found over a wide area of the Kitakami and Abukuma mountain ranges. Jurassic accretionary complexes have formed in the Mino and Tamba regions, as well as in the area south of the Median Tectonic Line and north of the Butsuzo Tectonic Line, and Cretaceous accretionary complexes have formed in the northern part of the Shimanto region.

The Hidaka orogeny, which occurred during the Paleogene period of the Cenozoic era, produced the Hidaka metamorphic rocks and granite in the Hidaka Mountains of Hokkaido and their north-northeastern extension. The Hidaka Mountains are believed to have risen as a result of the collision of island arcs during the Neogene period. There are also Paleogene volcanic rocks in the area along the Sea of Japan from Akita Prefecture to Yamaguchi Prefecture.

The Mizuho orogeny is of Neogene period and was caused by the subduction of the Pacific Plate mentioned above. Southwest Japan also has a Neogene period due to the influence of the Philippine Sea Plate. In the southern part of the Shimanto region, Paleogene (partly Neogene) accretionary complexes have been formed.

These mountain-building movements occurred under different subduction systems in each successive stage. New igneous rock belts and geological structures are formed by overlapping older igneous rock belts and geological structures created by older mountain-building movements. This overlapping is a characteristic of Japan's geology and also makes its geological structure complex.

[Toshio Kimura and Akihiro Murata]

Current status of orogeny theory

Mountain building was originally discussed within the context of geosynclinal and orogeny theory, but even though the concept of these concepts changed with the advent of the plate tectonics theory, the term orogeny has remained to this day. As a result, some researchers have begun to fundamentally reconsider the theory and propose a new theory of mountain building.

[Toshio Kimura and Akihiro Murata]

"The Japanese Archipelago I-III by Toshio Kimura, 5 volumes (1977-1985, Kokin Shoin)" ▽ "Earthquakes and Volcanoes, edited by Tatsuo Usami and Toshio Kimura (1980, Maruzen)"

Subduction and thrust faults of oceanic plates
©Shogakukan ">

Subduction and thrust of oceanic plates...

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

Japanese:

現在または過去の大山脈や弧状列島（島弧）の骨組みをつくった地殻変動を総称していう。長さ1000キロメートル以上の細長い地帯が造山運動によって隆起して、侵食作用を経た結果、地形的な大山脈や島弧ができる。造山運動によっては、隆起のほかに花崗(かこう)岩の貫入、安山岩の噴出、地層の著しい褶曲(しゅうきょく)、衝上(しょうじょう)断層運動、変成作用などがおこる。

　現在造山運動がおこっている所では地震、つまり断層運動や火山活動も著しい。過去に大山脈ができたと思われる所の多くは、現在は侵食作用によって低平な土地となっている。著しく褶曲したり、衝上断層によって繰り返した地層、花崗岩、変成岩類が細長い地帯に分布し、それらをもたない周辺地区と明瞭(めいりょう)に区別できる場合には、かつてそこに大山脈ができたとされ、そこに過去に造山運動がおこったと考えられている。古生代に活動的であったヨーロッパのカレドニア造山帯や、北アメリカのアパラチア造山帯では、造山帯の中心部に花崗岩体を伴った変成岩地帯、その外側に褶曲・衝上断層帯があり、さらに外側に造山帯から外れる褶曲していない前縁地がある。

［木村敏雄・村田明広］

造山運動のメカニズム

造山運動は、かつて地向斜・造山運動論に基づいて、地向斜とよばれた堆積(たいせき)区に何千万年という長い期間かかって厚い地層が堆積したあとで、側方からの強い圧縮力を受けて、非常に短い期間内に地層が激しく褶曲し、それに伴って大きな盛り上がりができる運動である、とかねてから考えられていた。そして、造山運動がおこるのは不安定地帯であって、造山運動を経たあとでは安定大陸化すると考えられた。しかし、近年の研究によってそれらの考えは大きく変わった。

　プレートテクトニクス説に従うと、造山運動は大きく二つのタイプに分けられる。

(1)一つ目は、二つの大陸の衝突（コリジョンcollision）によって、それらに挟まれた大洋地殻区を含む広い地域が強い圧縮を受けておこる場合である。大陸に挟まれた海洋は堆積の場であり、かつての地向斜に相当する。アルプス山脈やヒマラヤ山脈をつくった造山運動が典型的な衝突に伴う造山運動である。このような場合では、地層が側方に大きく短縮されるため、大規模な衝上断層（押しかぶせ断層）や横臥(おうが)褶曲によってナップnappe（異地性岩塊）がつくられる。また、大洋地殻やその下の最上部マントルをつくっていた玄武岩質枕状(まくらじょう)溶岩、斑糲(はんれい)岩、超苦鉄質岩などの岩石（オフィオライトophioliteとよばれる）が衝突によって絞り出され、オフィオライト帯とよばれる地帯がつくられるのが特徴である。2大陸の間の大洋地域が堆積の場から造山運動の場となるので、造山運動はかつて地向斜であった所に生ずるとする考えがそこから生まれた。

(2)二つ目は、大洋プレートの沈み込み（サブダクションsubduction）に伴って、火成活動を生じながらおこる場合である。この場合、海溝に堆積した陸源砕屑(さいせつ)物と大洋底のチャート、海山の玄武岩質火山岩類と石灰岩が混ざり合って大陸斜面下底に付加し、付加体を形成する。日本で、過去におこった造山運動は、現在おこりつつある造山運動と同じく、すべて沈み込みに伴うものである。このタイプの造山運動は、付加堆積物が深部までもたらされた低温高圧型の変成帯と、その大陸側の花崗岩を伴った高温低圧型の変成帯を形成する。

　日本では現在、太平洋プレートとフィリピン海プレートとの二つの沈み込みに伴う造山運動が進行中で、それは新生代新第三紀前期ごろに開始している。太平洋プレートによるもののほうが顕著で、北海道から東北地方中央部以西を通って伊豆に至る地帯には、現在火山活動がおこっている。新第三紀に花崗岩の貫入があった所も知られている。この地帯はまた内陸型地震も著しい。地層の褶曲が現在進行中である活褶曲が存在する所もある。また隆起現象が非常に長い間継続しておこっている所もある。赤石山脈では年5ミリメートルくらいの割合で隆起がおこっているが、この割合で100万年の間継続して隆起がおこったとすると、5000メートルの隆起となり大山脈の高さに匹敵する。沈み込みに伴っておこる造山運動の隆起や褶曲は、少しずつ生じた変形が1000万年から数千万年の期間にわたって積もり積もったものである。その総計としての非常に大きな変形が、大変動が急激におこったという見かけを与えている。

　足尾山地、朝日山塊などに非常に広く新第三紀よりも古い基盤岩が現れていることに示されるように、東北地方脊梁(せきりょう)山地およびそれよりも西に、全面的に大きい堆積盆が存在したことはない。また、新第三紀層はその堆積のほぼ当初から、顕著な安山岩活動を伴っている。安山岩活動は造山運動の一つの特徴でもある。沈み込みに伴う造山運動は、大規模な堆積盆の存在を前提とはしていない。東北地方新第三紀層の褶曲構造は、基本的には堆積時に形成された、より深い部分で低角となる正断層が、衝上断層・逆断層として再活動することに伴って形成されている。その褶曲構造は非常に強い圧縮によって形成されてはいない。大規模な堆積盆の存在を前提としないこと、強い圧縮を伴っていないことは、ともに、衝突に伴う造山運動の場合と大きく違っている。

［木村敏雄・村田明広］

世界の造山運動

ヨーロッパにはカレドニア、バリスカン（ヘルシニア）、アルプス造山運動があった。かつてはそれぞれ長期間の地向斜期に始まり急激な造山運動に終わるサイクルをつくると考えられていた。そしてそれぞれの造山運動は世界中同時におこったと考えられた。しかしながら、日本をはじめとする世界各地の研究によって、造山運動は1000万年から数千万年の長い期間におこった多数の地殻変動の系列からなり、単一の造山運動が世界中同時におこるものではないことが明らかになった。ヨーロッパから遠く離れた日本でおこった本州造山運動がバリスカン造山運動の変動と考えられたことがあったが、大陸の衝突も世界中同時におこるわけではないので、両者はまったく別のものであるといえる。また、ヨーロッパで顕著な地殻変動がなかった中生代に、日本を含む太平洋地域には顕著な造山運動がおこっている。

［木村敏雄・村田明広］

日本の造山運動

日本の過去の造山運動としては、秋吉、佐川(さかわ)、日高、瑞穂(みずほ)（系列の）造山運動が知られている。

　秋吉（系列の）造山運動は、古生代ペルム紀（二畳紀）後期から中生代ジュラ紀中期までに、西南日本内帯の飛騨(ひだ)地域などに花崗岩や飛騨変成岩類を、中国地方北部に三郡変成岩類を生じている。また、内帯の秋吉地域や外帯の紀伊・四国・九州の黒瀬川地域にはペルム紀の付加体が形成されている。

　佐川（系列の）造山運動はジュラ紀後期から白亜紀に及び、「西南日本」の中央構造線の北側に花崗岩や高温低圧型の領家(りょうけ)変成岩類を、その南側に低温高圧型の三波川(さんばがわ)変成岩類を生じている。また北上(きたかみ)・阿武隈(あぶくま)山地の広い範囲に花崗岩を生じている。美濃(みの)・丹波(たんば)地域や、中央構造線より南側で仏像構造線より北側の地域にはジュラ紀の付加体が形成され、四万十(しまんと)地域の北部には白亜紀の付加体が形成されている。

　日高造山運動は、新生代古第三紀に、北海道の日高山脈およびその北北東延長に日高変成岩類や花崗岩を生じている。日高山脈は新第三紀の島弧の衝突によって上昇したとされている。秋田県から山口県にかけての日本海に沿う地域にも、古第三紀の火山岩類がある。

　瑞穂（系列の）造山運動は新第三紀のもので、先に述べた太平洋プレートの沈み込みによるものである。「西南日本」にもフィリピン海プレートの影響によるものが新第三紀にある。四万十地域の南部には古第三紀（一部、新第三紀）の付加体が形成されている。

　これらの造山運動は、それぞれの系列期にあった異なる沈み込み系のもとにおこっている。そして古い造山運動によって生じた古い火成岩帯や地質構造に重なり合うようにして、新しい火成岩帯や地質構造ができている。このような重ね合いがあることが日本の地質の特徴であり、またそれが日本の地質構造を複雑にしている。

［木村敏雄・村田明広］