IAEG Bulletin 紹介(4)

地質構造変形を推定するための河川流域解析に関する研究紹介
国際委員会顧問

茶石貴夫
1.はじめに

2.紹介論文の概要

複雑なプレート沈み込み帯に位置する日本列島紹介する論文は，Bulletin の第 74 巻 493～506にはプレート境界の巨大断層とともに多数の内

ペー ジに掲載さ れた｢Application of drainage

陸活断層が分布している．活断層の知識はまだな

analysis to infer “hidden” regional or local

かったが，近代になって人々を驚かせた地震断層

tectonic deformation」で，執筆者はパースにあが 1891 年の濃尾地震であり，これを契機に地質るオーストラリア西部大学に所属する Beatriz

学を学ぶことをめざした先人達がいたことが知Estrada である．

られている 1)．最近，1930 年に起きた丹那断層跡を訪ねる機会があり，出勤時に 40 歳代の土木社

Introduction

員に聞いてみたが地名すら知らない人が多数で地震や地殻変動によって様々な地形上の変化があったのは驚きであった．ましてや，新幹線のル起き，これらは地震災害の評価や地形形成の研究

ート選定にこの断層の存在が議論を呼んだことなど応用地質学に欠くことができないが，目立つなどまったく知られていない．1995 年に起きた変化がとらえられないこともある．ここでは，明阪神淡路大震災でさえ，新入社員や学生に聞いて瞭な地形的特徴が見られない地域において流域もほとんどが知らないという．9 月 1 日が防災の特性を使った例を 2 題あげる．最初は，安定地域日になっている理由を尋ねても同様である．一昨である西オーストラリアの南西部の構造的隆起

年に熊本地震が起きたばかりであるが，地域の地の例，二番目はニュージーランドにおいて地表地形と地質の成り立ちや災害リスクなど，教育の場震断層が現れていない例である．

等を通じて身近に学ぶ機会を増やす努力が必要と感じられる．

Drainage as an indicator of deformation

さて，前置きはこのくらいにして IAEG ブリテ

河川の流れは地形の変動に非常に敏感であり，ンから活断層関連の研究論文を探してみたが，トその変化は地殻変動の推察に有効なことが広くルコ等から若干の報告があるものの応用地質学知られている 2)．活構造研究においては，地殻変の研究テーマとしては少数であった．そのような動を推察するために水系の解析が広く使われて中で，オーストラリアの研究者からの河川の地形

いる 3)4)5)．に着目した報告が目に付いた．複雑な地形地質か

河川の流下断面の勾配や下刻量の増加は地殻変らなる日本においてはあまり参考にならないか

動に比較的敏感なことが報告されている 6)7)．まも知れないが，河川の基本的なことも学べる内容

た，地殻変動に関係する河川の特徴を見出すには，と思われることから紹介する．

地質分布，地質構造，基準面(海水面？) の変化によるものと区別する必要がある 8)9)．

平衡状態にあるか，隆起量や基準面の変動レベされた Yilgarn Craton の花崗岩質片麻岩，13 億

ルを超えて下刻された河川は下側に凸な流下断

年～11 億年前の大陸衝突で出来た変成岩等から面をなす．この理想形に比べて異なる勾配や急変なっている．安定地域ではあるが，新生代以降になどがある場合は，地殻変動や基準面の低下，地隆起し，オーストラリア全体で図－2 に示すよう質分布の違いなど様々な要因による不均衡な状なモデルが提唱されている．それによると，最近態を示している．の 15 百万年間で 240ｍ～300ｍ隆起したと言われ平衡状態にある河川は，図－1 に示す指数関数ているが，地形の起伏も乏しいため，このことにのような下に凸な滑らかな断面形状をなす．GI/K

ついて河川の解析から調べた．図－3 に河川の分値が 1 に近い河川形状は平衡状態の理想形に近く，

布 概要 を示す ．な お，こ の地 域の雨 量は 年間

断面の異常は，GI/K＜0.3 と非常に小さいか，600mm 以上である．

GI/K＞2 と大きくなる場合である．
源頭

推定沈降域

区間中心Hi

N

LLi

推定される傾動の軸L1ΔH

ΔHLn(L 2 )-Ln(L 1 )

GI =

図－1

Hj

L2
ΔL

K=陸域に海成中新世の地層がない

陸域に海成中新世の地層がある

Lj

Hi-Hj
Ln(Lj)-Ln(Li)

推定隆起域
AAD
3000Km

平衡状態にある河川の断面形状の例とパラメーターGI，K

図－2

地質の変化や地殻変動による不規則な流れは，オーストラリアの新生代の隆起，沈降モ
デル 原著論文をもとに作成

図に示す GI(区間勾配)と K(全勾配)で計測できる．

N

これに似て，平衡状態の河川では河道勾配(S)と流域面積(A)において次の SA 関係が知られている．

パース

Yilgarn Craton

S = KsA－θ，Ks は急さを表す指数，θは窪みを表す指数
平衡状態にある河川では，下流まで一定の値を示すことが知られており，θは通常は 0.3～0.6 であるが 1.1 まで大きくなることもある．これらの指数は，その変動から構造変形の影響などを見出すことに有効である．また，SA に似て距離を用Frankland River200Km

図－3 オーストラリア南西部で解析した河川の分
布 原著論文をもとに作成いた DS 関係も解析に有効なことが知られている．
河川断面，SA 関係図，DS 関係図のほか，流れReginalupliftdeformationin

Westernの方向変化，河川沿いに横断面等を作成した．そAustraliaの一例を模式化して図－4 に示す．その結果は，西部オーストラリアの南岸域は標高 400ｍ以下

平衡状態の滑らかに窪んだ断面に比べて強く上で安定大陸域に区分される．この地域は白亜紀のに凸の形状をなし，窪み指数は上流域で 0.2～0.8，終わりに南極から分離し，現在はインド－オース中流域でマイナス，下流域で非常に高い値で不均トラリアプレート上にあるがプレート境界から衡なことを示している．これらは，この地域に構は離れている．地質は 30 億年～26 億年前に形成造的な隆起があることを強く示唆している．

それに応じて高い山脈をなし，山脈の浸食によっ

標高(m)450てその東側に位置するカンタブリ平野は第四紀400の厚い砂礫層で埋まっている．

350
300

Springbank 断層上に見られる傾斜した地層は 7

上流域

250

中流域

200

万年前に堆積したものとされており，地表面を精150100

下流域

500050100

150200250300350

距離(Km)たと考えられた地形が微妙な地層の褶曲によるものらしいことがわかった．
河川特性による地形変動と断層の存在の推定は，

Slope

GI/K の値の変動と流況の変化に着目した．Cust

1
0.10.001

川を中心にして解析したところ，断層が通過する

Concavity
Index=大Concavity
Index=小0.01

推定位置で GI/K が 4.2 と周辺よりも高い値を示

Concavity
Index=マイナス

し，その付近で河川の流況が蛇行から脈状の多数の流れに変わり，下流で再び蛇行している．この

0.0001
1E+08

1E+09

1E+10ような河川の形態は，地盤の隆起変形に伴って見A 流域面積(km2)られるものと考えられる．その他の河川においてSlopeも，GI/K の値が 2 以上を示す流れの変化は，こ1DSの相関
河川沿いの不均衡を示す
ピークをよく表現している

0.1

れまでに知られている断層や褶曲構造の位置に関係していることが判明した．

0.01

図－5 に示す推定される断層は長さ 26km で，0.001

地表に達していないが断層近くに広い背斜構造

0.0001
10100

1000

模式化した解析図の例を伴っており，推定位置の北東端付近において追加で実施した反射法探査によって断層の存在がD 距離(km)

図－4

査したところ，以前は氷河作用によって形成され原著論文をもとに作成確認された．経験式に基づくと，Springbank 断層の最大マグニチュードは Mw=6.7 と算定され，ニュージーランドの地震被害想定に含まれた．

Identification and characterization of a blind

このように，地形的特徴が乏しい地域におけるfault in New Zealand

活断層の調査において，河川の解析がひとつの有2010 年から 2011 年にニュージーランド南島の効な手法であることが確かめられた．

クライストチャーチで起きた地震は，カンタブリ

N

平野では認識されていなかった活断層が動いて起きた．地表まで達していない伏在断層のためか地形的特徴が乏しかったが，地震発生より前に行
Cust 川った反射法探査によってクライストチャーチのSpringbank Fault
推定位置

北西 30km に伏在断層(Springbank 断層)が発見されていた．

30Km

クライストチャーチ

ニュージーランドはオーストラリアプレートと太平洋プレートの境界に位置し，それぞれが反対方向に斜めに沈み込んでいる．南島のアルプスは

図－5

Springbank 断層の推定位置と河川の分
布 原著論文をもとに作成

3．終わりに

4) Gucione MJ(2005)

Late

Pleistocene and2010 年 9 月 6－7 日にニュージーランドのオー

Holocene paleoseismology of and intraplate

クランドで第 11 回の IAEG コングレスが開催さ

seismic zone in a large alluvial valley, the New

れ，それに向けて出発する 4 日の早朝にクライス

Madridトチャーチ近くで地表地震断層が出現した

Tectonophysics 408(1-4):237-264

M=7.1 の地震が起きた．幸い犠牲者が出ず，会議

seismiczone,

centralUSA.

5) Holbrook J, Autin W, Rittenour TM, Marshak S,

においては同じ年の 1 月にハイチで 20 万人以上Gobleの死者が出た地震と比較し，日頃からの防災意識millennial-scaleの醸成と準備のたまものだとニュージーランド

earthquakes on a continental-interior fault:

人の気質もあって盛り上がった．しかし，翌年のHolocene Mississippi River flood plain deposits,

2 月に再び M=6.3 の地震が起きて 185 人が犠牲にNew Madrid seismic zone, USA. Tectonophisics

なってしまった．そして，それから一か月も経た

420: 431-454

ない 3 月 11 日に，予想もしなかった東日本大震

6)

RJ(2006)

Burbank

D,

Stratigraphic
temporalAndersonevidenceforclusteringofR(2011)

Tectonic

geomorphology. Blackwell, London, p274

災が起き日本中が震え上がることになった．
今回，紹介した論文にある河川の形態変化によ

7) Wobus C, Whipple KX, Kirby E, Snyder NP,る地殻変動や活断層の位置の推定は，著者も論文

Johston J, Spyropolo K, Crosby B, Sheehan

中で述べているが，他のいろんな調査や分析と組D(2006) Tectonics from topography: procedures,み合わせて論じるものと考えられ，単独で結論付

promise and pitfalls. In: Willett SD, Hovius N,けられるものとは思われない．しかし，案外，一Brandon MT, Fisher DM (eds) Tectonics, climate,

般の人にはわかりやすい説明の一つになるよう

and landscape evolution. Special paper 398.にも思われる．

Geological Society of America Boulder, pp 55-74

地形・地質の生い立ちは地震や土砂災害等の自8) Snyder NP, Whipple KX, Tucker GE, Merrits

然災害と密接に関係しているし，負の面ばかりでDJ(2003) Channel response to tectonic forcing:はなく景観や自然のめぐみ等にも関係しており、field知ることによって豊かになる面もある.いろんなhydrology in the Mendocino junction region,

場面で，地域の人々，特に若者に興味を抱いてもNorthern California. Geomorphology 53: 97-127

analysisofstreammorphologyand9) Goldrick G, Bishop P (2007) Regional analysis

らうような取組が求められる．

of bedrock stream long profiles: evaluation ofHack’s

参考文献
1)諏訪兼位(2015)：地球科学の開拓者たち，

岩波書店
2) Doyle MW, Harbor JM(2003) Modeling theeffect of form and profile adjustments onchannel equilibrium timescale.
Earth Surf Proc Land 28:1271-1287
3) Finnegan NJ, Roe G, Montgomery DR, Hallet B(2005) Controls on the channel width of rivers:
implications for modeling fluvial incision ofbedrock. Geology 33(3):229-232

SLform,andformulation

andassessment of an alternative (the DS form).
Earth Surf Proc Land 32(5):649-671