立山カルデラ研究紀要第７号、pp.31-36（2006）

噴砂や断層近傍の土壌の磁化特性の研究−ペットボトルによる液状化の実験と古地震の年代推定−
酒井 英男１）、正和紗央里１）、岸田徹１）、伊藤孝１）、飯田

肇２）の番号１から４の領域において、１インチ角のプラス

１. はじめに
地震時に発生する液状化現象は、大きな被害を及ぼチック製ケースを堆積物に打ち込み堆積物試料を採すことが知られ、地震の調査研究において重要視さ集した。番号を付した長方形の領域から、それぞれれている。最近、考古学の発掘調査において、過去の５−６個の試料を採集している。右側には、これらの地震災害を示す噴砂の検出が各地で報告されている試料について、交流消磁実験を行って得た信頼でき（寒川, 1999等）。歴史時代・考古学時代にも、当時る残留磁化の方向を、シュミット等積投影図に示しての人の生活場所や住居が液状化やそれに伴う噴砂にいる。領域２と３の試料では、磁化方向は大円に沿っより被害を被ったことが推測され、遺跡における噴砂てずれる傾向がみられ、これはこの領域が断層運動の研究は新たな課題となっている。しかし、遺跡に影に伴う変形を被ったことを示している。領域４の試料響した地震災害の調査は、従来は主に発掘現場で目群では、磁化方向は、まとまってはいるものの地磁気視により行われており、噴砂との判定が容易でなく報の方向（現在の調査地での地磁気伏角は約50度）か告されない場合もあった。

らは大きく外れている。これは、同領域がブロックと我々は、遺跡に残った地震跡としての液状化の痕跡して変形を被ったことを示すと考えられる。以上の様や噴砂を、残留磁化や磁化特性を用いて研究する手に、断層から約１mまでの距離に位置する領域２,３,４法を検討している。更に地中レーダ等の探査と、年代の試料は、磁化方向が本来の堆積時の方向からずれ学・史学、その他の研究を併せる総合的研究への発展ており、これらの領域は堆積当時に地磁気方向に残留を目ざし研究を進めている。本稿では、残留磁化と磁磁化を獲得した後、地震の際の断層面のずれに伴い化特性による地震噴砂の研究について報告する。

変形したと推定される。露頭においてもこの領域の地層変形が読みとれ、変形のセンスと磁化方向のずれも調和的であった。

２. 残留磁化による断層の年代推定の例
活断層近傍での磁化調査の例として、富山県・岐阜

これに対して、領域１は、断層面から50cm程度と県の県境付近を東西に走る跡津川断層の露頭で行っ近く、断層面のずれに伴ってより大きな変形を受けた研究を紹介する（酒井・広岡, 1983）。跡津川断層たと推定されたが、この領域の試料の磁化方向は集西部の岐阜県宮川村において、京都大学防災研究所中しており、また地磁気方向からもあまりずれていなどによるトレンチ調査が行われ、見事な断層露頭ない。領域１の試料群の磁化方向について平均を求が現れた。図１には、調査地点と断層露頭西側面のスめて、図２の下の図に示す過去の地磁気方向の変動ケッチを示している。また、同露頭写真に示す様に、（Hirooka, 1971）と対比してみた。その結果、磁化下位層の花崗岩の層が逆断層のセンスで上がり、それ方向はAD1850−1900年頃の地磁気方向にあたるとわに引きずられて、断層面で接する河床堆積物の変形がかった。もし、領域１の試料の磁化が地震時に獲得さ認められた。

れたとすると、跡津川断層が活動した過去の地震のう

図２の左上には、露頭において河床堆積物から磁ちで最近起きた、安政の地震（AD1858年）との対応化調査用の試料を採集した地点を示している。図中がつく。トレンチにおいて、安政の地震の時に露頭の

１）富山大学理学部、２）立山カルデラ砂防博物館− 31 −

酒井英男、正和紗央里、岸田徹、伊藤孝、飯田肇

噴砂や断層近傍の土壌の磁化特性の研究−ペットボトルによる液状化の実験と古地震の年代推定−

断層面がずれた可能性が他の調査からも示唆されて残留磁化が利用できることがわかり、地震の研究にお寺川上流で採取した砂を2μmのふるいにかけたもペットボトルを設置する場所の磁北方向を、磁気コいた。

ける有効な手法とするべく研究をさらに進めている。の）を入れて、空気が入らない様に口まで水を入れンパスとフラックゲート型磁力計にて求めて、磁北る。

方向に印をつける。そして、その場所での磁場の磁断層面の近傍の堆積物が、変形ではなくて再帯磁をしていたことについては、地震時に断層面近傍では次に、噴砂が獲得する残留磁化についてモデル実験を行った結果を報告する。

地下水が上昇して土壌と混ざった状態で揺すられ、土壌中の磁性鉱物は、地磁気方向に再帯磁したので②ペットボトルの蓋を閉めて、よく振り、木製の机の北成分と鉛直成分の大きさをフラックスゲート磁力水平な場所に置く。この時に、地磁気の乱れを避け３. エッキーによる液状化と磁化獲得の実験はないかと考えている。

納口（2001）は、地震時の液状化現象をペットボト同様に液状化の際に噴砂も地下から噴出して堆積ル中で再現する実験方法（エッキーと名付けられていする時に、含まれる磁性鉱物が地磁気の方向へ再帯る）を考え、様々な方面への応用を示している（防災磁すると考えられる。実際に、幾つかの遺跡において科学技術研究所, 2003）。本研究では、納口の手法を噴砂の残留磁化から遺跡に被害を及ぼした地震の年参考に、地震の際に、液状化した堆積物や噴砂が地磁代推定において研究成果が得られている（例えば富気方向に磁化を獲得する過程を実験により調べること

山市打出遺跡や小出遺跡における研究、準備中）。過にした。実験の手順と方法を以下に示す。

去の地震の年代推定に、断層近傍の堆積物や噴砂の①1.5Lのペットボトルを用意し、中に砂300cc（常願計で測定する。

るため、金属製の机は避けており、また周囲にも磁③上記のペットボトルは、丸1日間置くと十分に砂が場を乱す金属類が無い環境である様に留意する。

沈殿した状態になっている。そこで、ペットボトル

図２ 上の図は露頭スケッチと試料の採取範囲（番号１から４の長方形の領域）を示し、右に交流消磁後の信図１ 調査地点と断層露頭西側面のスケッチ（上）、磁化調査用試料採集地点（下）。

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頼できる残留磁化の方向をシュミット等積投影図に示した。下の図では領域１の平均磁化方向を日本における過去2000年間の地磁気変動（Hirooka, 1971）と対比している。

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酒井英男、正和紗央里、岸田を指で四方から強く弾く。これが、地震を起こす現徹、伊藤孝、飯田肇

４. 測定結果

噴砂や断層近傍の土壌の磁化特性の研究−ペットボトルによる液状化の実験と古地震の年代推定−

ように、帯磁率異方性の形状は層状異方性が卓越しの地磁気の記録として噴砂に長く残ることを示してい象の模倣実験である。沈殿していた堆積物は内部４個の試料の残留磁化について交流消磁実験をている。また、異方性の最小軸は、左図のシュミットる。この残留磁化を用いて、古地震の年代推定が可能に水を含んでいるが、振動を受けて水が押し出さ行ったが、磁化方向は殆ど変わらず、安定な磁化をネット投影において中心付近に集まり、つまり鉛直方となる。

れ、より密な状態になる。しばらく経った後で、水示した。図４の上には、各試料の残留磁化方向を示向を向いている。これらの結果は、液状化の実験試料

土壌試料の帯磁率異方性は層状異方性を示し、そをゆっくりと抜く。そして、ある程度に自然乾燥ししている。次に、４試料の残留磁化について、フィッは、層状異方性を示す水中堆積物の残留磁化に似たの最小軸は鉛直方向にあり、最大軸は水平方向に分てから、ペットボトルの中の土壌の堆積面より少しシャーの統計（Fisher, 1953）により、その平均と磁様な獲得機構で帯磁したことを示している。ただし、布した。この結果も合わせて、液状化に伴う土壌や噴上部をカッターで切り、容量７ccの立方体形状の非化方向の95%の信頼範囲（α95）を算出した。その結土壌は振動を受けており、通常の堆積残留磁化とは異砂の残留磁化の獲得メカニズムを考えると、第一次磁性プラスチック製ケースを堆積面に押し込み、土果、残留磁化の平均は、偏角0.1°,伏角39.4°,α95 =なる（より獲得の効率は高い）磁化と考えられる。

近似としては、海洋底や湖底の堆積物が水中で残留壌試料を採取した。プラスチック製ケースには、磁0.5°の方向と求まった。図３に示す実験において、北方位をマークしておいた。４個の試料を採取しペットボトル設置点の磁場は、フラックスゲート磁力た。

計による測定から、伏角は39.8°（偏角は磁北に向けてペットボトルを利用する液状化の実験 エッキーの獲得効率は高い）と考えられるので、この残留磁化

図３には、一連の実験過程を写真で示している。

いるのでほぼ0°）と示された。つまり、上記試料の残により作成した土壌試料は、地磁気の方向に残留磁化を地震動残留磁化（Quake remanent magnetization:上述の実験で作成した試料について、残留磁化の留磁化方向は、偏角、伏角ともに、実験を行った場所を獲得した。この結果は、地震による振動で液状化現

QRM）と名付けたい。の磁場方向と殆ど一致していた。

象が起きた際に、液状化に伴う土壌や噴砂は地震時

噴砂は、地震の起きた時代の地磁気の方向を残留磁の地磁気方向に残留磁化を獲得すること、および当時化（QRM）として記録することから、考古地磁気の測定と段階交流消磁実験、および帯磁率の研究を実施した。残留磁化の測定には、富山大学のパススルー

以上の結果、 エッキー による液状化の実験で作型超伝導磁力計（2G Enterprise社製760R）と夏原技成した堆積物の残留磁化は、液状化を生じた地点の研製SMM−85型リングコア・スピナー磁力計を使用磁場方向を正しく記録しており、時間が経っても保存した。また、試料の帯磁率とその異方性について、されていることがわかった。この実験結果は、地震にAGICO社製のKappa bridge（KLY−３S）帯磁率計よる振動で液状化現象が起きた際に、液状化の土壌を用いて測定した。残留磁化と帯磁率の研究の詳細にや噴き上げられて再堆積する噴砂は、当時の地磁気方ついては、酒井ほか（2003a, 2003b, 2004, 2006）など向を残留磁化として記録することを示している。

を参照頂きたい。

磁化を獲得する機構に似ている。ただし、振動を受けており、通常の堆積残留磁化とは異なる（より磁化５. 考察とまとめ

ここから図４の下には、帯磁率異方性の測定結果を示している。右側のフリンダイアグラムで見られる

図４ 上には液状化実験の試料の残留磁化の測定結果を示す。下には、同試料の帯磁率異方性について、
図３ 液状化に伴う残留磁化の獲得実験の様子を示す。

形状をフリンダイアグラム（右）で示し、異方性の方向をシュミットネット投影（左）で表した。

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酒井英男、正和紗央里、岸田徹、伊藤孝、飯田肇

研究による古地震の年代推定が行える。また、残留磁

Sakai, H., and Inokuchi, T., （2003a）: Rockmagnetic化や帯磁率異方性などの磁気物性により、地震で生じstudy on the debris avalanche deposits of Bandai

た地層の変形も検討できる。以上の方法は地震の研究

Volcano -debris at 1888 eruption and Okinajima

における新たな方法として現在、様々な研究対象につdebris-, Journal of the Japan Landslide Society,

いて試みている。特に遺跡における地震の痕跡の研究

vol.40, No.1, 22−31.

は実際の生活空間に及んだ過去の災害の研究（災害酒井英男・小山沙由紀・岸田徹・堀井雅恵・澤田豊

考古学）の面からも重要であり、本研究の手法が活用

明・飯田肇（2003b）: 流路実験装置で作成した堆できると考えている。

積物の構造を帯磁率異方性から探る、立山カルデ
ラ研究紀要、第４号、立山カルデラ砂防博物館、15
−24.

参考文献
独立行政法人 防災科学技術研究所 （2003）: 感性で酒井英男・澤田豊明・畚野匡・井口隆（2004）：磁とらえる地盤液状化の科学おもちゃエッキー、pp.

化特性を用いた火山堆積物の定置温度の推定と分18.

類、防災科学技術研究所研究報告、第65号、163−

Fisher, R.A. （1953）: Dispersion on a sphere, Proc.
Roy. Soc. London, A217, 295−305.

171.
酒井英男・吉田直人・金井友理・岸田 徹・伊藤 孝・

Hirooka, K. （1971）: Archaeomagnetic study for

前川 要（2006）：青森県十三湊遺跡の焼土遺構に

the past 2,000 years south west Japan, Mem. Fac.

おける考古地磁気の研究『十三湊遺跡―第156次・Sci., Kyoto Univ. ser. Geol. & Mineral., 38, 167−

第157次調査発掘調査報告書―』、中央大学文学部

207.

日本史学研究室・青森県五所川原市教育委員会、

納口恭明 （2001）: 地盤液状化実験ボトル「エッキー」、防災科学技術研究所報告、61、49−53.

（印刷中）.
寒川 旭（1999）：地震考古学―遺跡が語る地震の歴酒井英男・広岡公夫 （1983）: 古地磁気・岩石磁気か史―、中公新書、pp.251.

らみた断層運動、月刊地球、vol.７、394−398.

【要 旨】
地震時に発生する液状化は大きな被害を及ぼす。遺跡からも噴砂が検出されており、歴史・考古時代にも人々の生活に液状化や噴砂が被害を及ぼしたと推測されている。本稿では、液状化で生じた土壌や噴砂の磁化から地震の痕跡を探る研究を報告する。ペットボトルを利用して作成した液状化の土壌は、地磁気方向と一致する残留磁化を獲得していた。この結果は、液状化の際に土壌や噴砂は地磁気を記録する残留磁化を獲得し、長く保存されることを示している。この地震動残留磁化（QRM）と地磁気変動の対比によって地震の年代推定が可能となり、また地震で生じた地層の変形も検討できる。地震研究の新たな方法として、特に遺跡における地震の痕跡の研究に今後利用を予定している。

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