地質調査所東北出張所において実施された東北日本弧火山フロント側の新第三紀〜第四紀火山岩類の全岩化学分析結果が、1991年に地質調査所のオープンファイルとして公表されている（阿部ほか、1991）。 これらの火山岩類は地質調査所東北出張所のスタッフであった谷正巳、阿部智彦、谷口政硯の諸氏と宮城教育大学の舟山裕士氏らにより収集され、阿部智彦氏により全岩化学分析がなされたものである。 これらの３１２個にのぼる火山岩試料について、当時、東北大学教養部の地学科に在籍していた吉田武義と共に岩石記載を行い、全岩化学組成に基づいた岩石学的特徴をとりまとめたのが上記のオープンファイルである。 吉田は自作した地球化学データベースの構築、データ処理・解析システムであるANIGR（Database and analysis system for geochemical data of igneous rocks: 吉田、1990）を活用して、ノルム計算を含む各種の計算処理ならびに組成変化図の作成を進め、これらの火山岩試料の岩石学的特徴の抽出を行い、このオープンファイルに取りまとめた。 この時の成果が、その後の、吉田らによる東北日本弧火山岩類の時空変遷に関する研究（Yoshida, 1992; 吉田ほか, 1995; 1999a; 1999b; Yoshida, 2001; 山田，吉田, 2002；吉田ほか，2005; Hanyu et al., 2006; Acocella et al., 2008; 吉田，2009; Yamada and Yoshida, 2011; Yoshida et al., 2014; 吉田，2017; 吉田ほか, 2020：以上の文献は、ResearchGate, Takeyoshi Yoshidaのサイトでダウンロード可能）の基になっている。 このオープンファイルの取りまとめにあたって、各火山岩試料についての記載カードが作成されたが、それを今回スキャンして本データベースの作成に活用した。 なお、オリジナルの記載カードは、吉田が引き継ぎ、現在、自然史標本館、岩石試料登録・管理室に、岩石薄片と共に収蔵されている。本データベースの作成は、高嶋礼詩、吉田武義の監修の下、総合学術博物館の鹿納晴尚らにより行われたものである。

 阿部ほか（1991）の研究後、東北日本弧については、その火山活動の時空変遷が詳しく明らかにされている（上記の他，梅田ほか, 1999；Kondo et al., 1998, 2004など）。 古く冷たいスラブの沈み込みによる代表的な島弧―海溝系の１つである新生代東北日本弧では、ユーラシア大陸東縁の陸弧において、背弧海盆が拡大し、島弧が形成された。 その火山活動は、暁新世〜前期中新世初期の陸弧火山活動期（66〜21Ma）、前期中新世中期〜中期中新世中期の背弧海盆火山活動期（21〜13.5Ma）、そして、中期中新世後期〜現世の島弧火山活動期（13.5〜0Ma）に三分できる。 このうち、陸弧火山活動期は、珪長質火成活動期（1: 66〜49Ma）、活動休止期（2: 49〜35Ma）、プレート内型火山活動期（3: 35〜27Ma）、カルクアルカリ質火山活動期（4: 27〜21Ma）に細分できる。 背弧海盆火山活動期は、大和海盆拡大期（5: 21〜17Ma）、北部本州リフト（青沢リフト）期（6: 17〜15Ma）、北部本州リフト（黒鉱リフト）期（7: 15〜13.5Ma）に細分できる。 そして、島弧火山活動期は、初期海洋性島弧期（沈降期）（8: 13.5〜10Ma）、初期海洋性島弧期（隆起開始期）（9: 10〜8Ma）、カルデラ火山弧主期（10: 8〜5.3Ma）、カルデラ火山弧後期（11: 5.3〜3.5Ma），遷移期（逆断層開始期）（12: 3.5〜1.0Ma）、そして圧縮型火山弧期（13: 1.0〜0Ma）に細分できる（Yoshida et al., 2014：図１）。 このうち、活動的大陸縁の時代は、大陸縁でのリフト活動を伴った厚いイグニンブライトを形成するような、苦鉄質から珪長質なマグマの陸上での火山活動で特徴づけられる。 背弧海盆の時代は、引張応力場での、バイモーダルな海底火山活動で特徴付けられ、それに続く島弧の時代は、応力がニュートラルな場から圧縮応力場へと変化する、二期からなる珪長質なカルデラを形成するような火山活動と、それに続く安山岩質成層火山の活動期からなる。

図１　東北日本弧における火山フロントの移動（吉田ほか，1995）と日本の背弧側とサハリン（Kano et al., 2007）、そして奥羽脊梁山脈地域（Nakajima et al., 2006）における堆積盆地の沈降曲線（Yoshida et al., 2014）。過去６千万年間の火山活動の概要を示す（Yoshida et al., 2014；吉田，2017）。QVF：第四紀火山フロント．

 図１に示す通り、大陸縁最終期の火山フロントは一旦背弧側へ後退した後、背弧海盆拡大期へと、現在の火山フロントよりも前弧側に前進している。 背弧拡大期は19-17Ma前後における活動の後退期を挟んで、25-20Maと16-13.5Maの２回の活動拡大期からなる。 背弧海盆拡大期以降の島弧火山活動期（13.5-0Ma）には、火山フロントは多少前後しながらも、時間と共に前弧側から背弧側へ、現在の火山フロント（QVF）まで後退している（図１，図２：大口ほか，1989；吉田ほか，1995, 2005）。

図２．東北日本弧における火山列（中川ほか，1986）および各時代での火山フロント位置（大口ほか，1989）と、マントルウェッジ内の傾斜した低速度帯に沿ったS波速度異常分布図（Hasegawa and Nakajima, 2004; 長谷川ほか，2004）との位置関係（吉田ほか，2005）。 （A：青麻-恐火山列，S：脊梁火山列，M：森吉火山列，C：鳥海火山列）

 吉田ほか（1995）は、Tatsumi et al. (1983) の実験結果に基づいて、マグマの分離深度とSiO₂で規格化したアルカリ量との間の関係式を導いている（図３）。 彼らは、それまでに得られていた東北日本弧の年代値のある火山岩について、 第四紀火山フロントから各火山岩試料採取地点までの距離（km, DVF）、年代値の中央値、SiO₂=57.5%に規格化したアルカリ量をコンパイルして、新生代東北日本弧における島弧を横切る方向でのアルカリ量広域変化の時代的変遷をまとめている（図３：吉田ほか，1995）。

図３．SiO₂で規格化したアルカリ量の島弧横断方向での変化を、東北日本の北緯40°Nに投影した図(a)とその時間変化(b)（吉田ほか，1995）。 マグマのマントルからの分離深度はアルカリ量の増加と共に深くなるが、分離時のマグマの温度は約1300℃である（Tatsumi et al., 1983）。 従って、この図は、ほぼ、新生代を通してのマグマのマントルからの分離深度とマントルウェッジ内の温度構造の時間変化を示している。 このマントルウェッジ内での温度構造の時代変化を、それぞれの時代の地殻構造と共に模式的に示したのが図４（佐藤，吉田, 1993; 吉田ほか, 1995；Kimura and Yoshida, 2006; Yoshida et al., 2014；吉田, 2017）である。

図４．東北日本弧におけるマグマ進化と構造発達（吉田，2017）。 （a）は中期〜後期中新世におけるマグマ進化と構造場を示す模式図（佐藤，吉田，1993；吉田ほか，1995）， （b）は第四紀東北日本弧での火山フロント（QVF）〜背弧（QRA）玄武岩の形成に関連した、スラブ脱水位置、流体の移動経路、 そしてマグマの部分溶融位置を示した模式図（Kimura and Yoshida, 2006）である。

 東北日本弧における火山活動の分布は、背弧海盆火山活動期には、リフトに沿ってほぼ南北に延びる傾向を示しているのに対して、島弧火山活動期に入るとその分布が広域に点在するようになり、 ８Ma以降になると活動域が集中して、背弧側における火山分布が、南北に幹状に延びる火山フロント域に対して、そこから枝状に背弧側に延びる傾向が明確になってくる（図５(a)：吉田ほか，1995；Kondo et al., 1998, 2004；山田，吉田, 2002；Prima et al., 2006）。 この枝状の部分は、いわゆる“ホットフィンガー”（Tamura et al., 2002）と呼ばれる分布域に相当している。 また、火山の活動年代を、各火山の火山フロントからの距離に対してプロットした火山活動の時空分布図（図５(b)；山田，吉田, 2002；Kondo et al., 2004）によれば、火山活動には、背弧側から火山フロント側へと前進する傾向が認められる。 最も最近の、5〜0Maにおける火山活動の時空変遷によれば、火山の背弧から火山フロント側への前進速度は、約 2cm/yである（Honda and Yoshida, 2005a）。 このような火山活動の時空変遷を、計算機シミュレーションにより、マントル内での熱対流の時間発展で再現する試みがなされている（Honda and Yoshida, 2005a, 2005b; Honda et al., 2007; Zhu et al., 2009など）。

図５.　東北日本弧における火山分布の時空変化（Yoshida et al., 2014）
（a）：東北日本弧における過去の火山分布（Kondo et al., 1998, 2004; 山田，吉田，2002）を示す。 地図中の黄色の破線は、Tamura et. al.（2002）による「ホットフィンガー」の地表投影である。火山分布のデータは、11〜5Ma（青）と5〜0Ma（赤）の２期に分けてプロットしている（Honda and Yoshida, 2005a）。
（b）：火山活動の年代を第四紀の火山フロント位置からの個々の火山の距離によってプロットした図である（Honda and Yoshida, 2005a）。 P地域（山田，吉田，2002）とQ地域（Kondo et al., 2004）について、火山活動の年代を、試料採取地点の第四紀火山フロントからの距離に対してプロットした図。黒い丸は放射年代を示し、空色のハッチ域は、層序学的データから推定した年代値である。 それぞれの黄色の矢印は、背弧側から火山フロント側への火山活動の移動を示している。QVF：第四紀火山フロント。

 Honda and Yoshida (2005a) は、火山活動域の移動を、地震学的に観測されるマントルウェッジの低粘性域（low viscosity wedge）内部での小規模対流の結果であると考え、計算機シミュレーションにより再現することを試みている（図６(a)〜(c)）。 彼らは低粘性域の上面を脊梁火山列下で階段状に浅くすることにより、低粘性域内に、海溝軸に垂直に発達するフィンガー状高温域（ロール）を再現すると共に、この高温域の背弧側で発生した低温領域(cold plume)が背弧側で移動する速度を２cm/y程度にすることに成功している。 このモデルでは低粘性マントルウェッジを必要とするが、小規模対流により海溝軸に垂直に発達したマントル内高温域（ロール）は、現在の火山活動域のより背弧側には発達せず、脊梁火山列下で火山フロントに平行に発達した顕著な高温域と連結した櫛状の構造をなし、実際のS波低速度異常パターン（図２：Hasegawa and Nakajima, 2004; 長谷川ほか，2004））と極めて良い一致を示している。 また、火山の分布位置は長期間にわたって固定されているわけではなく、フィンガー状の構造自体、図５(a)に示す通り、約５Maに位置が交代（フリップフロップ）している。 このことも、東北日本弧下のマントルウェッジで小規模対流が起こっている可能性を強く示唆している。 図６(b) に示すように、マントルウェッジの冷却においては、第１期：安定した全対流期、第２期：単調な冷却期における２D対流期、第３期：温度低下が進行した状態での不安定な３D対流期、の３つのフェーズが存在する（Honda and Yoshida, 2005a）。 東北日本弧の背弧海盆火山活動期における火山の分布は、島弧―海溝系の伸長方向に平行な複数のリフトに沿ったものであり、これはマントルウェッジでの２D対流に対応したものと考えられる。 それに対して、島弧火山活動期の後期になると火山分布はより複雑なパターンを示すようになるが、これは、マントルウェッジでの３D対流の発生に対応していると考えることができる（図６(d)：Yoshida et al., 2014；吉田，2017）。

図６.　東北日本弧におけるマントル対流の時間発展
（a）東北日本弧のマントルにおける小規模対流モデルで得られた温度構造のスナップショット（Honda and Yoshida, 2005a）。図中の白い線で囲った範囲は、低粘性ウェッジ域（LVW）を示す。温度のコンター間隔は、70℃である。矢印はLVWの左端で生じた冷たいプルームが移動する場所を示している。
（b）LVW域内にある点での温度の時間変化。点（x, yとz）の位置は、２次元断面図（a）中の十字で示された場所である。計算結果は、冷たいプルームが通過するのに伴って、温度が変動することを示している。温度の変動は、LVW内部での温度の低下と対応して生じている。この図は、xとzが一定の場所で、yが変化することにより温度が時空間変化することを示している。これらの場所は、ほぼ図５に示した各フィンガーの軸部に対応している。この図に示されている通り、火山活動のフリップフロップは、約17Ma（図の25Myrを現在とすると8Ma前）前後に始まっている。
（c）マントル内での小規模対流によって生じる温度構造の３D表示。この結果は、火山フロントに相当するLVWの右端でほぼ連続的な温度異常を示し、フィンガー状の温度構造が生じている。
（d）マントルウェッジでの温度低下に伴う小規模対流パターンの２次元から３次元への進化を示す。QVF：第四紀の火山フロント。

 上記の通り、東北日本弧での背弧海盆と島弧の時代における火山活動の時空変化は、縁海におけるアセノスフェアの湧昇とそれに続くマントルの冷却に関連したマントルウェッジ内での小規模対流の時間発展と密接な関係がある可能性が高い。 マントルウェッジにおける熱構造や対流パターンの変化に伴い、背弧海盆火山活動期（玄武岩活動期）には背弧海盆玄武岩が大量に噴出し、それに続く島弧火山活動期の早期には、大量に発生した玄武岩の地殻への付加により、下部地殻が加熱され、一部溶融することによって、後期中新世から鮮新世には多くの珪長質深成岩体やカルデラの活動が起こった（流紋岩／花崗岩活動期）。 そして、島弧火山活動期の最末期には、上部地殻の冷却と強い水平圧縮応力の作用によって、マントルで発生した苦鉄質マグマと地殻内に滞留していた珪長質マグマとが火道域において混合することによって、大量の安山岩が活動するに至った（安山岩活動期）と推定されている（吉田、2017）。 いずれにしても、地表に噴出したマグマの時空分布についての詳しい研究は、地下深部で進行するプロセスを詳しく検討する際に不可欠なものである。以上の記述は、2017年に朝倉書店から発刊された日本地方地質誌２「東北地方」に詳しく記載されている。

• 阿部智彦、吉田武義、谷口政碩、谷　正巳、舟山裕士 (1991) 東北本州弧火山フロント側に分布する新生代火山岩類の主成分化学組成．地質調査所研究資料集 (Geological Survey of Japan Open Files)、165、1-55.
• Acocella, V., Yoshida, T., Yamada, R. and Funiciello, F. (2008) Structural control on late Miocene to Quaternary volcanism in the NE Honshu arc, Japan. Tectonics, 27, TC5008.　(doi:10.1029/2008TC002296)
• Hanyu, T., Tatsumi, Y., Nakai, S., Chang, Q., Miyazaki, T., Sato, K., Tani, K., Shibata, T. and Yoshida, T. (2006) Contribution of slab melting and slab dehydration to magmatism in the NE Japan arc for last 25 Myr: Constraints from geochemistry. Geochemistry Geophysics Geosystems, 7, 8, 1-29.　(Q08002, doi:10.1029/2005GC001220)
• Hasegawa, A. and Nakajima, J. (2004) Geophysical constraints on slab subduction and arc magmatism. Stephen, R., Sparks, J. and Hawkesworth, C.J. (eds.) The state of the planet: Frontiers and challenges in geophysics: 81-94, Geophys. Monogr. Ser., 150, AGU.
• 長谷川　昭，中島淳一，海野徳仁，三浦　哲，諏訪謡子（2004）東北日本弧における地殻の変形と内陸地震の発生様式．地震第２輯，56，413-424．
• Honda, H. and Yoshida, T. (2005a) Application of the model of small-scale convection under the island arc to the NE Honshu subduction zone. Geochemistry Geophysics Geosystems, 6, 1, 1-22. （Q01002, doi:10.1029/2004GC000785）
• Honda, S. and Yoshida, T. (2005b) Effects of oblique subduction on the 3-D pattern of small-scale convection within the mantle wedge. Geophysical Research Letters, 32, 1-4.　(L13307, doi:10.1029/2005GL023106)
• 本多了、吉田武義 (2005) 東北本州弧、背弧拡大期以降における温度構造の時空間変化モデル．月刊地球号外 (Chikyu Monthly, Special volume)、52、29-33.
• Honda, S., Yoshida, T. and Aoike, K. (2007) Spatial and temporal evolution of arc volcanism in the northeast Honshu and Izu-Bonin Arcs: Evidence of small-scale convection under the island arc? Island Arc, 16, 2, 214-223.　（doi: 10.1111/j.1440-1738.2007.00567.x）
• 鹿野和彦，宇都浩三，内海茂，小笠原憲四郎（2000）ロシア，サハリン島南部，マカロフ地域およびチェホフ地域における前期中新世の不整合とその意義．地学雑誌，109, 262-280.
• Kano, K., Uto, K. and Ohguchi, T. (2007) Stratigraphic review of Eocene to Oligocene successions along the eastern Japan Sea: Implication for early opening of the Japan Sea. J. Asian Earth Sci., 30, 20-32.
• Kimura, J. and Yoshida, T. (2006) Contributions of slab fluid, wedge mantle, and crust to the origin of Quaternary lavas in the NE Japan arc. J. Petrol., 47, 2185-2232.
• Kondo, H., Kaneko, K. and Tanaka, K. (1998) Characterization of spatial and temporal distribution of volcanoes since 14 Ma in the Northeast Japan arc. Bull. Volcanol. Soc. Japan, 43, 173-180.
• Kondo, H., Tanaka, K., Mizouchi, Y. and Ninomiya, A. (2004) Long-term changes in distribution and chemistry of middle Miocene to Quaternary volcanism in the Chokai-Kurikoma area across the Northeast Japan Arc. Island Arc, 13, 18-46.
• 中川光弘，霜鳥　洋，吉田武義（1986）青麻―恐火山列：東北日本弧火山フロント．岩鉱，81，471-478．
• 中嶋　健，檀原　徹，鎮西清高（2000）岩手県湯山盆地の堆積盆発達史―新生代後期における奥羽山脈中軸部の地質構造発達史に関連して，地質学雑誌，106, 93-111.
• Nakajima, T., Danhara, T., Iwano, H. and Chinzei, K. (2006) Uplift of the Ou Backbone Range in Northeast Japan at around 10 Ma and its implication for the tectonic evolution of the eastern margin of Asia. Paleogeog. Paleoclimat. Paleoecology, 241, 28-48.
• 大口健志，吉田武義，大上和良（1989）東北本州弧における新生代火山活動域の変遷．地質学論集，第32号，431-455．
• Prima, O.D.A., Echigo, A., Yokoyama, R. and Yoshida, T.（2006）Supervised landform classification of Northeast Honshu from DEM-derived thematic maps. Geomorphology, 78, 373-386.
• 佐藤比呂志，吉田武義（1993）東北日本の後期新生代大規模陥没カルデラの形成とテクトニクス．月刊地球，15, 721-724.
• Tamura, Y., Tatsumi, Y., Zhao, D., Kido, Y. and Shukuno, H.（2002）Hot fingers in the mantle wedge: New insights into magma genesis in subduction zones. EPSL, 197, 105-116.
• Tatsumi, Y., Sakuyama, M., Fukuyama, H. and Kushiro, I. (1983) Generation of basaltic magmas and thermal structure of the mantle wedge in subduction zone. J. Geophys. Res., 88, 5815-5825.
• 梅田浩司，林信太郎，伴　雅雄，佐々木実，大場　司，赤石和幸（1999）東北日本，火山フロント付近の2.0Ma以降の火山活動とテクトニクスの推移．火山，44, 233-249.
• 山田亮一，吉田武義（2002）北鹿とその周辺地域における新第三紀火山活動の変遷と黒鉱鉱床鉱化期との関連―火山活動年代の検討―．資源地質，52, 97-110.
• Yamada, R. and Yoshida, T. (2011) Relationships between Kuroko volcanogenic massive sulfide (VMS) deposits, felsic volcanism, and island arc development in the northeast Honshu arc, Japan. Miner Deposita. （doi:10.1007/s00126-011-0362-7）
• 吉田武義 (1990) 地球化学データベースの構築とデータ解析システムの開発．平成2年度特定研究（文部省）報告書、144-153.
• Yoshida, T. (1992) Geochemical comparison between volcanics of northeastern Japan and western Mexican Volcanic Belt. In Subduction volcanism and tectonics of western Mexican Volcanic Belt (Ed. K. Aoki), Tohoku Univ., 5-39.
• Yoshida, T. (2001) The evolution of arc magmatism in the NE Honshu arc, Japan. Tohoku Geophys. Jour., 36, 2, 131-149.
• 吉田武義 (2009) 東北本州弧における後期新生代の火成活動史．地球科学 (Earth Science)、63、5、269-288.
• 吉田武義 (2017) 後期新生代の構造発達史と火山活動史．日本地質学会編「日本地方地質誌２，東北地方」，３．２．２章（朝倉書店），128-179.
• 吉田武義、相澤幸治、長橋良隆、佐藤比呂志、大口健志、木村純一、大平寛人 (1999b) 東北本州弧、島弧火山活動期の地史と後期新生代カルデラ群の形成．月刊地球号外 (Earth Monthly, Special volume)、27、123-129.
• 吉田武義、本多了 (2005) 新生代、東北本州弧の火成活動史．月刊地球号外 (Chikyu Monthly, Special volume)、52、23-28.
• Yoshida, T., Kimura, J., Yamada, R., Acocella, V., Sato, H., Zhao, D., Nakajima, J., Hasegawa, A., Okada, T., Honda, S., Ishikawa, M., Prima, O.D.A., Kudo, T., Shibazaki, B., Tanaka, A. and Imaizumi, T. （2014） Evolution of late Cenozoic magmatism and the crust-mantle structure in the NE Japan Arc. Gomez-Tuena, A., Straub, S.M. & Zellmer, G.F. (eds) Orogenic Andesites and Crustal Grwoth. Geological Society, London, Special Publications, 385, doi:10.1144/SP385.15.
• 吉田武義、中島淳一、長谷川昭、佐藤比呂志、長橋良隆、木村純一、田中明子、Prima O.D.A、大口健志 (2005) 後期新生代、東北本州弧における火成活動史と地殻・マントル構造．第四紀研究 (The Quaternary Research)、44、4、195-216.
• 吉田武義・大口健志・阿部智彦 (1995) 新生代東北本州弧の地殻・マントル構造とマグマ起源物質の変遷．地質学論集 (Mem. Geol. Soc. Japan)、44、263-308.
• 吉田武義・高嶋礼詩・工藤　健・プリマ オキ ディッキ A.・前田純伶・吉田圭祐・岡田知己・三浦哲・高橋友啓・長橋良隆・片岡香子（2020）、東北日本弧における後期新生代の火成活動と地殻構造－内陸地震活動の背景－．地学雑誌、129(4), 529-563. doi:10.5026/jgeography. 129.529.
• 吉田武義、津村紀子、長谷川昭、岡村聡、趙大鵬、木村純一 (1999a) 東北本州弧におけるマントルの構成と進化．月刊地球 (Earth Monthly)、21、3、179-193.
• Zhu, G., Gerya, T. V., Yuen, D. A., Honda, S., Yoshida, T. and Connolly , J. A. D. (2009) Three dimensional dynamics of hydrous thermal-chemical plumes in oceanic subduction zones. Geochem. Geophys. Geosyst., 10, 11.　(Q11006, doi:10.1029/2009GC002625)