国立防災科学技術セソター研究報告

1981年3月

第25号

550，347．24：550，837（521．22）

菅生沼断層（茨城県南西部）の電気探査

烏山

博＊＊＊

理†・高橋洋＊・池田隆司＊＊・福田佐竹

国立防災科学技術セソター

E1ectrica1Prospecting

forintheKara．suyama−Sugaonuma

Southwestern

Ibamki

Fault

Prefecture

By

Satake， Ryuji Ikeda， Osam皿F1lkuda

HiroshiandHi1＝oshiTakahashi！Vα肋舳1肋∫θακカ0θ〃θγ∫oγ〃∫α∫オ〃〃〃θ〃o〃，∫α力o〃Abst蝸ct

The

e1ectricalwasexecutedoftheandwestem

IbarakiPrefecture．

andwasplaced｛na1inetowasestimatedtodepthThe

Naritaup

structuregroup

re1ativeand

thethetheKazusa

sideThecrossofsubsidence

1utaceouceisgroupoffau1t

of1500m

fau1t

the

be1ongs

toof

the

fau1t，antheKazusaunder

a1temated

beds，theThe

isestimatedtoisobserved

N！70W．It

also

corre1ation

with

the

concentration

southwestempartofIbarakiainformation

The

about

the

exact

south・

was8km1ong

angle．Litho1ogic

characterbelongs

toofabout500m．

At

the

stratumismain1ycomposed

ofofsandexistence

ofneartheothersandstone

andmudstonebelongs

graniticofearthquakes

the

the

hand，beds

toMesozoic

isestimated．

rock

Kutsukake，Iwai

the1ocation
of

which

system．0naltemation

epicenter

at

depth

Neogene

that

fau1t

with8stations

rightthea1temation

be1ocatedofthestation．

togroup；this

the

fauIt

each

pre−Kazusa

Paleozoic．Under

about

at

fau1t，the1ower

sideobserved

obtainfo11ows．

covers

which

is

at

as

rocks

the

to

Karasuyama−Sugaonuma

surveyed1ine

theupheaval

at

of

1．

prospecting

geo1ogica1structure

1ocation

City，with
fau1t

that

hasoccuredorstrikegoodintheprefecture．

緒

筑波山地の西から南西方向にかけての地域，茨城県南西部は，全国的に見ても地震活動の活発な地域一いわゆる地震の巣一とLて良く知られている．この地域では，マグニチュード3〜5，震源深度40〜80km程度の地震が年に20〜30回ほど起きている．このように地震活＊第2研究部地震地下水研究室（現富山大学理学部）， ＊＊第2研究部地震地下水研究室，†工業技術院地質調査所

一87一＊＊＊第2研究部

国立防災科学技術セソター研究報告第25号

1981年3月

動の盛んな地域は，地震予知研究のためには，まさにうってつけと言えよう．国立防災科学技術セソターではこの事に着目し，昭和54年度より，茨域県南西部をテストフィールドとして，平野部直下型地震に関する予知研究を実施している．

一方，この地域には烏山一菅生沼断層と呼ぼれる大規模な断層が存在することが，1950年代に実施された弾性波探査の結果によって知られている（石井，1962）．この地域に発生する地震の震源分布と，この断層の推定位置はほぽかさなっており，このような所において地震予知のため，種々の観測を行なう事は，きわめて有効であろう．

断層近傍において，精度の良い観測を行なうためには，断層の正確な位置を知る事が必要である．石井（1962）の論文は，石油資源開発（株）が1950年代に地下資源調査のため行なった地震探鉱の結果を元にしたものであるが，その結果だけからでは，断層の正確な位置を知る事は難しい．そこで，我々は烏山一菅生沼断層の正確な位置及び付近の地質構造を知る事を目的として，1000m以深までの地下構造を求めるため比抵抗法による深部垂直電気探査を実施した．

2．

調査法

既存の資料から烏山一菅生沼断層のおおよその位置と方向を推定し，調査地域を茨域県岩井市・水海道市・結域郡石下町・猿島郡猿島町の四っの市町にまたがる地域に設定した．この地域は関東平野のほぼ中央部にあたり，標高15m前後の平坦な土地が多く，畑，水田，山

図1
Fig．1

測点の位置および電極展開方向
Location

ofsurveyed

pointsandextending

一88一

directionof

theelectrodes．

烏山一菅生沼断層（茨城県南西部）の電気探査一佐竹・池田・福田・高橋林，ゴルフ場などに利用されている．ま表1電流電極問隔（AB／2）および電位電極問隔（MN／2）
Tab1e．1Dista．ce of e1e．trodes for

た，地質的にはいわゆる常総台地と呼ばれる地域であり，台地の部分は最上部洪積統

current（AB／2）andpotential（MN／2）measurementS．の関東ローム層及び成田層からなり・またM1帆￥黒1・11M令貯！W
谷の部分には沖積層が発達している．

長さ8kmの測線を，推定される断層の211015方向に垂直になるように1本設定し，その325上に8カ所の測点を設けた．測点は原則と5，して1km問隔としたが，必要に応じて変7更した．図1に測点の位置と，各測点にお8げる電極展開方向及び最大電極問隔（AB）を示した．

100229＊≡250 10，5010・ 500 10，50211502．1013．

i752，10．14101515075050435212＊100050，100

1016＊＊1250

50，1001750100
20001002500

100＊MN／2を変更して再測
測点4，6，7，8のみ

電極の配置は，直流式Sch1umberger法によった．電流電極問隔（AB／2）は最長2000m（測点1，2，3，5），または2500m（測点4，6，7，8）まで展開した．電流電極問隔（AB／2）及び電位電極問隔（MN／2）の詳細は表1に示した．探査機として，横浜電子研究所製YW5112型IP送信機（最高出力800V，3A）を使用した．電流，電圧は白記記録し，記録紙上から読みとった．測定は1980年1月22日から2月4日まで14日問，川崎地質（株）によって行なわれた．

3．見掛比抵抗曲線
各測点におげる見かけの比抵抗を縦軸に，電流電極問隔（AB／2）を横軸にとり，測定緒果をブロットしたものを図2に示した．

電流電極問隔（AB／2）が50，75，250，500．1000．1250mの所では，電位電極問隔を変え，重複Lて見掛比抵抗を測定した．Lかし，重複測定した場合，見掛比抵抗の値にはどの場合も有意な差は認められなかった．

図2には，水平成層構造を仮定し，Sch1umberger法の二層標準曲線及び補助曲線を用いて解析した比抵抗値の垂直分布もあわせて図示してある．この垂直分布より，どの測点でも深度の増加につれて高比抵抗から低比低抗の地層へと変化する傾向が認められる．測点6，7では，1700〜2000m以深で，再び180〜250ρmの高比抵抗の岩層に変化している．

4．測線の比抵抗断面図
縦軸に各測点の比抵抗をとり，横軸に各測点問の距離をとって，測線の比抵抗断面図を作ったのが図3である．これによれば，10m前後の表層（比抵抗値，26〜95ρm）の下には，80ρm前後の比抵抗値を持っ地層が深度500m程度まで続いている．測点4では，この地層
一89一国立防災科学技術セソター研究報告戸111No1第25号

1981年3月
N200

o21002010

「O10C

「000A

10100

1000

B12（m）：＝OrNo41−L
501一2010100「COO！0lO01000

180ro10100−OOコlOO

つlOOO

化

1001000

1OOlOOO

図2 各測点における見掛比抵抗曲線，および解析した比低抗値の垂直分布

Fig．2

Apparent

resistivity

curveby

Schlumberger

configuration

station（No．1−No．8）．Calcu1ated resistivity−depthin the1ower part of the figures．の下部の比低抗値がいくぶ

columnsateachareshown

ん低く（40〜50ρm），900m程度の深度まで続いている．測点1〜3まではその下に比抵抗79mの地層が存在している、測点4〜8では，80ρm層の下
一90一烏山一菅生沼断層（茨城県南西部）の電気探査一佐竹・池田・福田・高橋
STATlON

W

12

←1km→

NO．

4

3

5

6

■r

7

■o．・一・■■■、o、一、1o．

・500

七。イ／一7工←／1 ／一．！ 、ノ、／
ノ／ノ／／o−！．

u］

／／／／」

／」／／／一。、、・一、ノ！ノ／／ぐ／、、ノ」」、ノ∴！

。
／／一ノ／、一一！／」／／一＼＼
1＼＼・＼＼千□㌣睾1篶

、

＼旦、＼

圭と且＝

竈iζ

、；・
．㌔
i、

イ＼＼＼イ＼べ、＼＼蘭，てご二ぶ．

＼口㍊岩、＼＼ノ／ノ∵イ／／1／＼＼＼＼十r、、十÷＼㌔」／／／／ノ十十††㍗十f

図3 測線の比低抗値垂直分布および推定地質構造断面図

Fi9．3＼、＼＼」！／／、→、＼＼＼薯＼＼＼＼＼．＼＼、
1

口1表・†1︑／／一／！／／／一／＼＼＼・ノ」／／／／／

2000

⊥

ノ＼

㌔、 、＼＼︑／

／

一／／．

1500

亨／／／ノ」

■へ■＼．

㌔

0

二＼ぺ一、／．一・．1・＼o・II．

・／1／

ノ

1000

ηm．．・
／■ノ■■
／／

∈

〇一・．

／I

E

8

Cross section estimated from e1ectrica1prospecting． Ca1cu1ated
co1umns and estimated geo1ogic formations are shown．

resistivity−depthに，8ρmの比抵抗の地層がごく薄く（厚さ40m程度）はさみ込まれ，その下に20ρm前後の比抵抗層が存在する．さらに，測点6及び7の下部，深度1700〜2000m以深には，比抵抗値180〜250ρmの高比抵抗値の岩層の存在が認められる．

次に，これらの地層の比抵抗値から各地層の地質を推定してみよう．表層の下から500m程度の深度まで存在する80ρmの地層は，未固結の砂を主とする成田層群及び上総層群であろう．測点1，2，3の下部に存在する7ρmの比抵抗層は，泥質岩を主とする先上総新第三系と推定される、測点4〜8までの下部に存在する209m前後の地層は，その比低抗値から考えて，中生界ないL古生界の泥岩・砂岩の互層であろう．この泥岩・砂岩の互層の直上に存在する8ρmの比抵抗帯は，その値から，測点1〜3で見出された先上総新第三系の泥質岩と一見同様のもののように思われるが，しかし，その厚さが40mときわめて薄い事を考えると，これはむしろその下の泥岩・砂岩の互層が風化した風化帯と考えるのが妥当であろう．測点6，7の最深部に存在する180〜250ρmの高比抵抗の地層は，花崩岩のような深成岩であろう．図3に，推定された測線の地質構造断面図もあわせて示してある．
5．考察

図3によって，測点4の位置で，500m以深において，地層が不連続になっている事がはっきりと認められる．この事から，烏山一菅生沼断層は測点4の位置から，その落ち込みを開始していると言えよう．しかし，本調査では，西側（沈降側）の基盤を見出す事は出来なかったので，この断層の落差は究明できなかった．

一g1一

国立防災科学技術セソター研究報告第25号

1981年3月

断層の東側（隆起側）では，未固結の砂層（成田層群及び上総層群）の下隈深度（、中生界ないし古生界の上隈深度）が，測点8で250m，測点5で620mとなっており，断層に向ってその深度を増している傾向が認められる．

断層直上（測点4）では，成田層群および上総層群が800m程度の深度まで存在Lている．
この事は，断層破砕帯が侵食を受けてげずりとられ，凹みを生じ，そこに砂層が堆積したためと考えられる．断層破砕帯がかなりの程度に破砕されているであろう事が，この事からうかがえる．また，この凹みの部分では，成田層群および上総層群の比抵抗値が45〜569mと他の場所に比べて低くなっている．これは，このくぼみの部分を地下水が満たしており，この部分の砂層の含水量が高いためと思われる．この断層から約18km東側，筑波大学構内に掘削された深井戸（深度500m）より採水された，基盤直上に存在する地下水（採水深度462〜479m）は，約1500PPmの塩素イオソ濃度を持っていた（佐藤ら，1980）．佐藤ら（1980）
は，この事から，この地域の基盤直上に存在する地下水は，かなり高濃度の塩類を含む準化石海水であろうと述べている．この断層直上のくぼみに存在する地下水も恐らくはこのような種類の水であろう、

断層の西側（沈降側）では，上総層群の下には新第三系の泥質岩がかなりの深度まで存在するのに対し，東側では，その存在が認められなかった．この事は，石井（1962）の言うよ
うに，この断層が上総層群の堆積に先立つ新第三紀の問にその落差を増すような運動をし，断層の東側（隆起側）では，堆積した先上総新第三系を常にげずりとっていたためと考えられる．

断層の東側で上総層群の下に存在する地層は，その比抵抗値から考えて，中生代ないし古生代の泥岩・砂岩の互層とした．しかし，この断層の約17km東側，谷田部町北郷に掘削された国土地理院地殻活動観測井の地質柱状図によれぱ，この深度に相当する地層は，古生代のホルンフェルス（487m以深）とされている（建設省筑波学園都市営繕建設本部，1974）、
また，河田（1953）によれぼ，八溝山系のうち鷲子山塊および八溝山塊を作っている地層は，中生代の砂岩・頁岩の互層を主体とLている．このように関東地方北東部の先第三系については問題が多く，烏山一菅生沼断層の東側の先第三系について結論を下すには，なお資料不足といわざるを得ない、

図4に，本調査の結果得られた鳥山一菅生沼断層の位置を示した．石井（1962）によって示された，飯能一谷田部地震探鉱測線における同断層の位置は，他の測線上の断層位置に比べて，その位置を同定し易い．そこで，この測線上での断層位置と本調査での断層位置を結んで，同断層の走向を求めて見た．図4の点線がそれである．断層は沓掛付近から菅生沼の方向へ，ほぼN17oWの走向となる．

図4には，1980年1月1日から1980年8月31日までに茨域県南西部およびその付近で発生した地震の震央をプロットしてある．国立防災科学技術セソターの観測網で震源を求めた，

一g2一

烏山一菅生沼断層（茨城県南西部）の電気探査一佐竹。池田。福田・高橋
1980

0101−

1980

08

3「N＝

「E；7

←一一一一一÷一一一一・一一BARAKXx一Mt．

、 へ ▲T5uk．bo
鉦、ム、…
．
ご。・、・35．0＋

Pro．
ム

×貫。。パ必I＾ムX・。ぺ0．

塗、・糸・、ム。1■・X、＾ノT…hi・m
■

4乞・ム

ぺ＾蔓う

1 ㍉it・・一。×、鼻koido＾

X．日寸ゾソ・㍗㎞∵∴・［nGNlTu口E。
［く20 2く［く3x＾o①﹁）

ヨく［0EPTH

10ドrn

140．0E①∠』X

工K［〕

0くHく3〕
30くHくSOε0くH

図4

城茨県南西部付近の地震の震央分布（1980，1〜1980，8）．点線は地震探鉱（石井，1962による）と電気探査から推定された断層の位置

Fig，4Distribution of epicenters in and near the southwestem Ibaraki Prefecture． Thebroken line shows1ocation of the fau1t estimated from the seismic prospecting（afterIshii，1962）

andtheeIectrica1survey・

北緯3518L36．3o，東経139．6。一140．3o内に発生した167個の地震である．シソポルの形と大きさで，それぞれ震源の深さおよびマグニチュードを表現している、8ヵ月問のデータではあるが，これより，いわゆる茨城県南西部に発生する地震の集中域内に，推定される断層が位置することがわかる．特に震源の深さ30〜60kmの地震が発生する地域である．断層の位置と地震発生域の対応とから，同断層を現在も活動しているものと考える説（垣見・鈴木編，1974）もあるが，図4からも分るように同地域に発生する地震の多くは，30〜60kmの震源深度であり，せいぜい地下数㎞程度に過ぎない断層の深度とは，直接には結びつかないであろう．

このように，この地域の地震と烏山一菅生沼断層とが直接または問接的に関係があるか否かを明らかにするためには，本調査だけでは不充分であり，今後の調査・研究にまたなければならない点が多く残されていると言えよう．しかL，本調査の結果から，同断層の破砕帯はかなり破砕されているものと考えられるので，この破砕帯を通じて，地震発生前後における地下深部での種々の物質の挙動，地下水位の変動など，地震予知に役立つ情報を得ることが出来るであろうと期待される．

一93一

国立防災科学技術セソター研究報告

謝第25号

1981年3月

辞本調査を計画立案するにあたり，早稲田大学遠藤源助講師には有益な助言をいただいた．

調査に際しては，岩井市，水海道市，石下町，猿島町にお世話になった．また，図面作成に一部防災セソターの立川真理子氏の手をわずらわした．これらの方々に深く感謝いたLます1

参考文献

1）石井基裕（1962）：関東平野の基盤，石油技術協会誌，27，615−640
2）垣見俊弘・鈴木尉元編（1974）：関東地方の地震と地殻変動，ラテイス，279PP．
3）

Kawada，K．（1953）：Geo1ogica1studiesandtheirneighbOurhOod

intheonthenortheastem

Yamizo，Torinoko，Toriashi
kwantomountainblocksdistrict．東京文理科大学研究報告，2，217−307．

4）建設省筑波学園都市営繕建設本部（1974）：国土地理院地殻活動観測井報告書，Vol．2．

5）佐藤正ら（1980）：筑波地区における深層地質および深層地下水の地球科学的研究一その2一．筑波
環境研究，5A，1−8．

（1980年！2月8目

一g4一

原稿受理）