フィッション・トラック ニュースレター 第１６号 37-39 ２００３年

フィッション･トラック法を用いた活断層の活動開始時期と削剥量の推定－境峠断層の例－
伊藤久敏 *

Estimation�of�the�timing�of�initiation�and�amount�of�exhumation�of�an�active�fault�by�fission-track�dating�method�-A�case�study�of�the�Sakaitoge�FaultHisatoshi�Ito**����� 電力中央研究所地圏環境部，Central�Research�Institute�of�Electric�Power�Industry�(CRIEPI)�

はじめに西側岩体に対して差別的な隆起・削剥を被っ

前回のフィッション･トラック研究会では，たと仮定する．この場合，以下の計算式によ高レベル放射性廃棄物の地層処分などで問題り，断層の活動開始時期と隆起・削剥量が得とされる地殻の長期安定性評価にフィッショられる．

ン･トラック�(FT)�法を用いることの有用性に

アパタイトの閉鎖温度を 100℃，現在の地ついて述べ，その例として北アルプス南部の表面の温度を 10℃とし，断層の西側のアパ境峠断層の年代測定結果を報告した� ( 伊藤・

タイト年代を A w � [Ma]，地温勾配を G w � [℃谷口，2002)．今回，前回の結果を使って，/km]，東側のアパタイト年代を A e � [Ma]，活断層の活動開始時期や活動開始後の削剥量

地温勾配を Ge�[℃ /km] とすると，西側の隆が評価できることを報告する．試料採取位置

起速度 Uw�[mm/yr] は，や年代測定結果の詳細は伊藤・谷口� (2002)�
を参照されたい．

Uw =90�
Gw ∗ A w

�・・・・・・�(1)�

境峠断層のアパタイト FT 年代
境峠断層の東側の花崗岩� ( 奈川花崗岩 )� お

東側の地温 100℃の深度� (A e 年前の深度 )�

よび堆積岩� ( 美濃帯の沢渡コンプレックス中D e � [km] は，断層活動前は G w =G e と考えらの砂岩 )� のアパタイト年代の加重平均値はれるので，25.0 ± 3.0�Ma，西側岩体のそれは 43.3 ± 2.7�Ma であり，以下ではこれらの値を用いる．
De =また，試料の採取地点の標高は平均値±標準偏差で表すと，東側が 1310 ± 85� m，西側

90 90=
�Ge G w

�・・・・・・�(2)�

が 1458 ± 88� m であり，標高差は無視できるものとする．以上のように，境峠断層の相ここで，断層の東側が時間 t0� [Ma] から断対的に隆起したとされる側がより若い年代値

層活動による隆起を開始し、その隆起速度をを示す．

k�[mm/yr] とすると，活動開始時期と削剥量の推定以下に，境峠断層を挟んでアパタイト年代

t0 =De − A e ∗ Uw90
1A=∗∗ (1 − e )k − Uw
G w k − UwAw

��

�に差が生じた理由を考察する．ここでは，境峠断層の活動前は東西の岩体が一体となって地殻変動を被り，断層活動により東側岩体が37�

�・・・・・・�(3)�

表 1．断層の活動開始時期の推定�( アパタイト年代を西側岩体が 43.3Ma，東側岩体が 25.0Ma とした場合 )．

ケース 5 は断層活動後に東側岩体の地温勾配が 60℃とした場合．その他のケースは東西両岩体の地温勾配が等しいとした場合．

断層活動開始後の東側の相対的な隆起量相対的な隆起量についてより詳細に検討すRu�[km] は，る．断層活動開始時期は，断層活動開始前の地温勾配� (Gw)� と断層の隆起速度� (k)� に依

R u = (k − Uw ) ∗ t 0 =���

存するが，断層活動開始後の東側の地温勾配�

90A∗ (1 − e )GwAw�(G e )� に依存しない� ( ケース 2 とケース 5 を参照 )．すなわち，一般に隆起の激しい岩体・・・・・・�(4)�

は地温勾配が周囲よりも高くなる� (Mancktelow� and� Grasemann，1997)� が，その場となる．

合でも断層活動開始時期の推定に影響を及ぼ

表 1 に東西の岩体の地温勾配と断層活動にさないと言える．また，断層活動開始後の東よる隆起速度について，いくつかの値を仮定

側岩体の相対的隆起量は，式� (4)� より，断層した場合に得られる，断層活動開始時期とそ活動開始前の地温勾配�(Gw)�と東西両岩体のの後の東側の相対的な隆起量を示す．このうアパタイト年代のみに依存する．

ち，地温勾配が 30℃ /km で不変，断層活動日本列島の現在の地温勾配は，地熱地域をによる隆起速度が 1mm/yr と仮定した場合除くと，20 ～ 30℃ /km の範囲にある� ( 田の地殻変動史を図 1 に示す．断層活動開始時

中ほか，1999)� ため，断層活動開始前の地期は図 1 における東側岩体の隆起速度の変化

温勾配もこの範囲にあったと推定される．

点が示す年代であり，その年代の東側岩体の従って東側の相対隆起量は表 6 より 1.33 ～深度から西側岩体の深度を引いた値の絶対値

2.00km と計算され，これは境峠断層の縦ずが断層活動開始後の東側の相対的な隆起量，れ変位量に相当する．境峠断層の横ずれ変もしくは削剥量となる．これらの値は表 1 よ

位量は約 4km とされており� ( 狩野・佐藤，りそれぞれ 1.43Ma，1.33km である．

1988)，縦ずれ変位量は横ずれ変位量の 1/3

ここで断層活動開始時期とその後の東側の～ 1/2 倍ということになる．
境峠断層の活動による隆起速度は以下のように見積る．境峠断層の横ずれの平均変位
速度は 1 ～ 3mm/yr� ( 中野ほか，1995)� や数 mm/yr�( 狩野ほか，2002)�とされており，ここではそれを 1 ～ 3mm/yr とする．縦ずれ変位量は横ずれ変位量の 1/3 ～ 1/2 倍と推定されたので，縦ずれの平均変位速度，すなわち断層活動による平均隆起速度も，横ず れ の 平 均 変 位 速 度 の 1/3 ～ 1/2 倍 と な

図１．境峠断層を挟んだ東西それぞれの岩体の地殻変動史．地温勾配が 30℃ /km で不変、断層活動による隆起速度が 1mm/yr の場合．

る．従って，断層活動による隆起速度は 0.3～ 1.5mm/yr 程度と推定される．この場合，

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断層活動開始時期は地温勾配が 20 ～ 30℃

文献/km として，表 1 より 0.9 ～ 10.0Ma の間伊藤久敏，谷口友規，2002．フィッション･トラック法を用いた地殻の熱的安定性の検討．フィッション･トラック ニュース
レター，15，31-34．
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Mancktelow，N．S．and�Grasemann，B.,�
1997．Time-dependent� effects� of� heat�
advection� and� topography� on� cooling�
histories� during� erosion.,� Tectono-と推定される．これとは別に，河成地形面の比高と年代から推定する方法によると，境峠断層の東側の河川である梓川で，14 ～ 15 万年 前 か ら 1 ～ 2.5 万 年 前 ま で の 11.5 ～ 14
万年間の隆起量は 80m である� ( 吉山・柳田，1995)�ことから，この間の平均隆起速度は 0.6～ 0.7mm/yr と求まる．この値を断層活動による隆起速度とすれば，地温勾配が 20 ～30℃ /km として，式� (3)� より，断層活動開始時期は 2.1 ～ 4.0Ma となる．
以上から，今回の手法では，断層活動による隆起速度の値に応じて断層活動開始時期の見積もりは大きく異なってくると言える．これに対し，断層活動による隆起・削剥量は 1.3

physics，270，167-195．
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～ 2km との見積もりとなり，かなり限定した値が得られた．この値は境峠断層が横ずれ変位の卓越した断層であることと整合する．
また，断層の東側は，奈川花崗岩では角閃石を含むこと� ( 中野ほか，1995)，沢渡コンプ
レックスではイライトの結晶度が西側より高いこと� ( 大塚・渡辺，1992)，のために西側より深部の岩石が露出しているという結果とも整合する．
以上より，アパタイト FT 法を用いることで，活断層の活動開始時期と削剥量を評価できることがわかった．前者については，断層の隆起速度が既知であれば限定した値が得られること，後者については，現状でもかなり限定した値が得られることが明らかになった．

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