防災科学技術儘合研究速報

第5号 1967年3月
550．84：551，243：550，541（521．52）

松代地震地域における地化学探査
水松三・伊藤司郎

田

地質調査所技術部

Geochemica11nvestigationofMatsus阯mEarthquake

Area

By

S．NAGATA
Gεo1・g1・αandS．1TOH∫〃㈹・∫Jαραπ，τ・伽AbstmctThe

beengeochemica1method

app1iedtodetectfau1tearthquake

area・Nagano

depth

weremeasured

fromatmosphericcompared
tory

highbyair

wide1ywasdone

ana1ysisagreement

wasobtained．

1・

The

as

average2・At

increasewhen

3．

jecturedfrom4．

contents

Nofissuresandcorre1ationgas

thebasementofinafie1ds

Matsushirosoi1air

at1・3−miso1ation

bentonite1ayer．Fie1d

hasof

soi1air

resuユts

in1aboratory，and

weresatisfac−

recognized：

soiユairoftheanoma1ous

oi1andC02contents

gaschromatographwereanomaユous

inofinterferometer．The

inmeasured2days
geo1ogic

exp1oration

settingacorre1ations

these

Thesebyby

C02contents

theorcomparative

thefo11owing

zones

for

Prefecture・The
awith

The

used

at

anoma1ous

pointsaresevera1times

asarea．

points，theC02contentsinsoi1air

show卿arked

after．
pointsare1ocated

on

the

fau1t1ineswhich

arecon−organic

carboncontents

insoi1andsupP1ied

continuous1ygravitationa1data．
isnoticedbetween

C02contents・
From

these

resu1ts，itisconsideredfromthebasement

totheearth

notgiveanytotheaccuracy

harm

s

that

surface，andof

C029as

is

that

the

C02Produced

of

C02in

soiユair．

measurementin

soi1wi11

次

1．要
旨
2．緒
言
3、測定方法311 さく孔法
3．2 試験観測井
4．測定結果

30
30
31
31
31

32

32
土壌空気成分33
試験観測井のC02含量
4．3
土壌中の水分と有機炭素量… 33
34
5、考 察
35
6．結 語

一29一

4．1

4．2

松代群発地震に関する特別研究1．要

防災科学技術総合研究速報第5号

1967に含有している．5）

旨

本調査は松代地震地域に拾ける地下構造の地球化学的な探査方法を確立することを主目的とした．
従来ガス鉱床探査に用いられていた土壌空気法などからこの地域の地質条件を考慮し，C0。ガスを指示成分として，地下構造を推定することが適

とくにC02ガス含量を比較し，地下構造を推定し当であると考えた．しかしこのC02ガスの大部分が地下の深部から断層あるいは弱線を通じて地表下に逸散することが条件と在ってくる．
このような想定の下に，CO。ガスの移動を模式ようとするものである．

的に図に示した．（図一1参照）

による探査方法を適用した．これは地表下約1，3mのさく孔を行ない，その深度の土壌空気成分，今回の調査研究により，測定法拾よびそれに基づいて行なった試験観測の結果，明らかになったことを要約すると次の諸点である．

（％）

1）さく井の一定深度に拾ける大気とのしゃ断は，半練のベントナイト層を設けることによCα

りその目的を達した．

2）C02ガスの高含量を示す測点は，その地域の平均含量の2〜10倍量を示した．また・そ測れの経時変化による増加率も同様に高い．こ地点

表のことから，これらの異常値を示す測点に拾いては深部からC02ガスが不断に供給されて第4紀眉いることが考えられる．

断3）CO。ガスの異常値を示す測点は，予想された断層線上に見いだすことができた．
4）同一深度の土壌中の有機炭素量と土壌空気o

第3紀眉／中のC02ガスとの間には有意の関係は認めら㎝れなかった．このことは土壌中で生産されるかもしれないC02ガスが測定値に及ぼす影響

図一1を考慮しなくともよい1二とを示す．

2、緒言

地下構造とCO。ガス測定値の異常点との関係を示す模式図

Schematic pattem showing there1ation between undergroundstructure and C02−9as anoma1y・

本地域の群発地震に関する総合的研究の一環として，地下構造と震源との関係を究明するために地球化学的探査法を試みた．

従来，炭化水素鉱床（ガス田，油田）を対象とCO。ガスは一般に普遍的なもので，腐食土壌でして以前から地化学探査は用いられていたが，わ生産され測定値に関与することが考えられる．また，CO・ガスの逸散過程において地下水に溶解し，が国においては兼子勝｝）藤原健一2）等によって導しかしガス鉱床以外の地域にこの方法を適用しようとしたのは筆者らが初めての試みである．こその結果断層などの地下の異常が地表に反映することをあいまいにすることも考えられる．
このような根本的な問題が未解決のま ま残されの地域に地化学探査を実施するについて，既存のて拾り，理論的あるいは実験的に今後解決してゆ資料を参考にした．

かねぱならない．

入され，かつ発展してきたものである．

1、松代町地域と地質的に関連性のある長野県

本報告においては，この問題に関して既存のデ小諸市，群馬県磯部町周辺の天然ガス調査を本島公司3） 4）等が行なった結果，この地域ータ拾よび本調査の観測データから若干の考察を試みた．今回の調査研究の期間は昭和41年6月20のガスは火山性のC0。ガスが主体となっていることを明らかにしている．
2．松代町北部の加賀井温泉はCO。ガスを多量日〜6月30日の11日間てあった．
本研究を行なうにあたり，種々の助言をいただ
いた本島公司地球化学課長に厚く感謝いたします．

一30一

松代地竈地域に拾ける地化学探査■永田・伊藤

3

測定方法

1．3mの孔を掘り，孔底より30cm上部までを空

地下樽造の地化学探査法には，土壌空気法と地下水法の2種類あるが，次の理由から土壌空気法取するために径14mmの硬質ビニール管を導管とを採用した．

して用い，空気ための部分は孔明管にした．

1．松代町付近は扇状地帯であり，浸透率が大きく水位が低いことが考えられた．

2．地下水法は2〜3m深度のさく井を必要とするが土壌空気法は1〜2m深度で探査が可気ため（約600cc）とし，これより土壌空気を採大気とのしゃ断は半練のベントナイト層を中間に（約10cm）設けてこの目的を達した（図一2参照）．

このさく井を行なうと同時に，導管から二口注能である．このことは時間的，労力的に数倍射器で静かにガス抜きを行ない（約1，000cc）の差に相当する．

さく孔時の大気を抜き出した後，密栓して放置し，3．C02ガスの測定は土壌空気法がより簡便に測定できる．

3．1

2日後空気ためにたまる土壌空気を採取し直ちにメタン干渉計でCO。％を測定した．

さく孔法

土壌空気法を実施するにあたって，この地域は扇状地帯を呈するために湿地帯，砂地帯および礫

この土壌空気は実験室に拾いてガスクロマトグラフによりO・，N2，C比，CO・の組成分析を行をつた．

質地帯など地質条件の異をる地層が分布し，これ一また土壌空気中のOO。ガスと土壌中の有機物のがため土質によるさく孔の難易拾よび地下水の影関係を知るため，土壌試料を採取し有機炭素倉よ讐などを検討し，土壌空気を自然の条件の下に採び水分の定量を行在った．

取するよう努めた．

己2

さく井は径5cmのハンドオーガーを用い，約試験観測井

土壌空気法による地化学探査法の可能性がほぼ明らかと在り初期の目的を達成することができたので，この測定法にもとづいて，あらかじめ重力探査の結果を参照し・その結果より推定される予想断眉線に斜交する試験観測の測線を松代町北西

ピゴノム

チ

管コツ

クノ／！〃／∴／11／。∴の平野部宮村一東寺尾間に設けた（図一3参照）
観測した測点数は34点，これの土壌空気の組成と土壌の有機炭素の定量を行なった．

測点間隔は約50〜200mとし，予想断眉線上で
硬質、．一

ピE〕

iル！

oo

二一≡管一↓べン

卜3ノ■ナI■■1イペ

土十概冒

ト1層ご7トテ板イレ］o

空δ気εoo隻1ユooユ†

図一2Profi1e

サク孔断面図ofboring

図一3測線位置図
Samp1ing

ho1e．

一31一route．

、

松代群発地震に関する特別研究

防災科学技術総合研究速報第5号

1967

はその間隔を狭くしてC02ガスの濃度分布を明確にするようにした．
4 測定桔果41 土口空気成分

ガスクロマトグラフを用いて分析を行なった．
その分析結果について地域別に主な分析例を表一1に示した．
この表から，N。％についてはC0。％に関係な観測井の土壌空気は，さく井後密栓し2日後に二口注射器にて採取した．これを実験室においてく大気成分の濃度と大差ないこと，02％はCO。の増加に応じて滅少を示す傾向にあることなどが

表一1 土壌空気の組成（vo1．％）
Components of soi1air．（vo1．％）
Loc．

Lo02

N2C02

褐色粘土質

18．51

79．43

2．06

21

黒褐色粘土質

17．85

79．77

2．38

2310

〃

16．3280．303．38

11

〃

8．13

69，77

22．10

12

16．18

79．67

4．15

2715

18．12

79．82

2．06

28

16．57

79．95

3．48

20．03

79．41

O．56

土No．

5
9

質

1619

〃

c．

Cq

02

N2

砂質粘土

20．39

78I78

1．25

〃

19．23

79．65

1．12

25

19．54

79，64

O．82

26

20．16

78．99

O．86

〃

18．74

79．66

1．60

〃

18−83

79．86

1．31

29

17．89

80．79

1．32

30

20．05

79．33

0．62

No．

土質

分析はガスクロマトグラフィーによる．

○印粘土質土籔．印砂質土蟹30

20Cα105（％）3㌧
3430

2521510Loc．No．

図一4 各測点に拾ける土壌空気中のC0・の含量
C02contents in so早air at samp1ing Points・！＝さく孔時のCO，％

2＝2日後のCO■％一！

十30000、十200増

加十100率←80（％）十60＋ 401・O〃パ・・
十1二113430

図一5Increasingratio

252015105Loc．No．

各測点に拾けるC02含量の経時変化による増加率
of

C02contents

bytime一32一change早t

samp1ing

Points．

1

松代地口地域に歩ける地化学探査一永田・伊蔽認められる．すなわち，土壌空気中にCO・が供給壌を採取し，それについて有機炭素と水分の定量されると，初生的な土壌空気を希釈し凌がら02と交換するので，C02は0。と逆の相関を示すのを行在つた．
土壌の乾燥試料について有機炭素＊の定量を行であろうと考えられる．また，CH4％は例外なく在つた結果，砂質土壌に拾いて0．11〜O．33重量％，O．01％以下を示している．
4．2 試験観測井のC02含量
試験観測を行なつたさく井について，測定に使粘土質土壌はO，22〜0．52％を示し，土壌の性質に用したメタン干渉計と実験室に拾いて行なった，よりその含量のバックグランドが異なることが明らかとなった．
この土壌中の有機炭素量とこれに対応する土壌

ガスクロマトグラ7イーの結果は比較的よい一致

空気中のC02量の関係図（図一6参照）から明らを示した．ただしC02が4％以上に在ると干渉計かに在ったごとは，通常測点におけるOO。含量との測定値がやや低く在る傾向にあつた・

有機炭素量はそれぞれの平均含量の範囲に入るが，異常値を示す測点はそれに無関係にC02の高含量

さく孔時から2日後に採取した土壌空気ちゅうの各測点間隔に拾けるC02含量の分布を図一4にを示していることである．

示した．

この図から明らかなように，C02の異常値を除CO。

いた平均含量は砂質土壌に拾いて0．5〜1．0％，（％）

粘土質土壌は1．5〜2．5％を示し粘土質に若干多6．O

22．1％。
11。粘土質土理・砂質土理

くなっている．
5．0

C02の平均含量が異なるのは，その土壌の持つ化学的，物理的性質に大きく支配されるものと考数字はLoc．No．

4．0，1＼o5異常

これらはその地域のCO・平均含量の2〜10倍量を2．O

値，1㌔3㍗示している．

図一4のC0。含量の分布図から各測点に拾けるoノ。

13￥化、；絆2桝。い

1．0

0．1

変化による増加率を求め，それによってC02ガス

習189．83．

。4愉二2123．6

異常値を確かめることができたが，さらに，これらの異常を示す測点と他の測点のC0。含量の経時

1、m．1
o16＼3』、

値＼えられる．

測線中の異常値を示す測点は，Loc．No．41
No．11〜13，Nq−16〜18，No．27〜29であって異常11012

0．2

03

C（％〕

0！

0．5の供給される速度を求めた（図一5参照）．

図一6

土壌中の有機炭素量（C％）とO02との関係図
Re1ation between organic carbon（C％）and C02in soi1．

この図から明らかなように，C02含量の異常を示す測点とこの経時変化による増加率の大き在測点と，大略一致した結果を示していることは注目される．すなわちこのC02ガスの増加率の大きな

この結果から，有機物から生成されるC0。量が，測点は，他の測点に比ぺてそれの供給が不断に地測定値に与える影響は無視できることがわかった．

下から行なわれていたことを示している．

言たこの増加率が減少を示している地域（LOC．
No．18〜31）は，土壌の気孔性が大きく，大気と土壌中の水分量（含水率）について測定した結交換によりC02が希釈されて，小さい値を示した

果，砂質土壌は14〜16％，粘土質土壌は17〜32％を示し有機炭素量と同様に砂質に少ない傾向を示ものであろう．また同じ土質で異常値の測点（Loc．

した．

土壌空気中のC02量と含水率との関係を明らか

Nq27，28）はそれより増加傾向を示し，CO。のにした（図一7参照）．

供給を明らかにしている．

4−5 土竈中の水分と育機炭素量
さく井時に拾ける土壌空気の採取層と同一の土＊この関係図から，土壌中の含水率とC02量は負の相関関係にあり，C02量は砂質，粘土質それぞ

有機炭素の定量はTYULIN法によった．

一33一

防災科学技術総合研究遼報

松代群発地竈に関する特別研究第5号

1967

この土籔の水分が満たす空げき（気孔性）のCO。

、、。2。］もCα（％）

異5．0

砂質土理

常、I。

大小によって土壌空気の占める割合が異なってく。粘土質土壊る．したがつて，地域によるC02平均含量が相異値するのは，土壌の性質あるいは空げき率の大小に4．0

異

3．0＼

常．一．．．．．二値、／一ドよるものであろう．

5．考一■■一一。コ1ザ■γ、㍗靖紬ポゾニ1；）1．0

察

本地域で地下構造の地化学探査を実施するにつ2．O

いて，C02ガスを指示成分として選んだが，この際，冒頭にのぺたように，地下からのC02ガスの1525

含

図一730

水率移動を想定した模式図を示した．

35（％）

この条件を満たして初めてこの探査法が可能と

土籔の含水率とC02量との関係図

Re1ation

betweenwater

soi1and

C02contents

contentsinをる．

この松代地区の加賀井温泉のボーリンクから，in

その地層の大部分は珪質あるいは石灰質凝灰岩かsoiユair・らなり，その亀裂を通じて多量のC02ガスを伴っれ含水率の低い方に多くなる傾向にある．これは土壌の性質により水分の飽和度による相異である．て温泉が湧出している．

この湧出ガスの組成を表一2に示した．

6）
砂質は約30％，粘土質は約50％と報告されている．

表一2

加賀井地区温泉ガス組成表（vol．％）

C．mp㎝・・t・・fh・t一・p・i・g9…fK・g・idi・t・i・t・（・・1・％）

CH4

深度mHe

02

N2002

一陽館旧号井

90

O．002

0，24

12，09

87．67

tr．

松代町々営新1号井

500

0．O02

0，14

5．82

94．04

tr．

0．O06

0．27

12．10

87．42

O．24

温泉

名2号井＊印

化学課

備考＊

前田技官採取スの大部分はC02ガスであり，とくに火成岩と密るC02量はこの地域のそれの平均含量以下である．
これらの関係からC02含量の異常値を示す測点に接な関係にあるHeガスを含んでいることから火は地表の有機物の影響を考え在くともよい．

ごの表から明らかなように，多量に湧出するガ

次にC02ガスと地下水との関連について述ぺる

山性のガスとして注目される．

このようにC02系ガスの湧出する機樽とその組と，〜二の地域の第四紀層の基盤を流れているであ成から，この地域を含めて浅間山の周辺部に後火ろう伏流水が基盤の弱線から放出されるC02ガス

山作用に起因するC02ガスのベルトが考えられてを溶解し，基盤の異常を地表に反映するC02の濃いる．このことから本地域の地下構造を推定する度を乱すことが予想される．この問題については，

地化学探査に指示成分としてC02ガスを選んだわ

本島公司の群馬県磯部天然ガスでの経験的考察にけである．

よると，遊離ガス中のC02％と地下水中のf ree
C02との間に正の相関関係が見られ，しかも，地土壌空気法によったこの探査法を実施するに一番懸念されたことは，言ず腐食土からのC0。ガス下水中のfの生産によるその測定値に与える影響である．この問題については，藤原健一らの報告によると，

かし地域によりそれらは相違するであろうからわ

C1一，HC03め異常点はその下流に広がっていることが明らかにされている．この結果から推察す
ると，地下からのC02ガスが連続的に供給されていれぱ，そのC02は地下水流を軽く突破して地下れわれはこの検討を行庄った．の異常点を地上に反映しているように恩われる．

表土の影響は除外しうることが示されている．しreeC0。の異常値点は断層直上にあり，われわれの行なつた試験観測の，異常値を示し

図一6に示したように，有機物から生産されう

一34一

松代地震地域における地化学探査・永田・伊藤

4．測点中の異常点は，地質図，重力探査図かた測点は土箏空気法によつたものであるが，地下水の流量などによってどのようを影讐をおよぼしら予想された断層線上に見いだすことができたか不明である．今後地下水法など併用し検討した．てゆかねぼ在らない．

以上が今回の調査研究で明らかに在ったことでこれらのいろいろな問題点をかかえた今回の地あるが，今後1二の探査法を発展させてゆくには言

化学探査は，土壌空気中の00。含量による異常値だ多くの問題点が残されている．拾もなものを列を示した測点と，C02量の経時変化による増加率

記すると次のことがらである．の大きい異常値を示した測点は一致を示し，大略

1．観測井の1〜3m深度によるCO。量拾よび地下の構造を反映したものであるといえる．とくにC02ガスの供給速度を表わしたその増加率と，定．

その経時変化の増加率について鉛直分布の測C02ガスの含量を併行して測定し同一の異常点を

2．C02ガスと地下水との関連性．

示した測点は，地下の深部から断眉などを通じて3．観測井の測線を5〜6本平行して設け，異CO・ガスの供給された測点であって，他の因子か常点などの方向性．

これらの問題点を今後理論と実験の両面から更らの影響は無視して良いことがわかった．

このことは地質図あるいは重力探査図から予想に掘り下げて研究する1二とによって，今後の地下された断眉線上に異常点を見いだしえたことから構造の地化学探査が発展し，可能と在るであろう．

もいえる．

参語

今回の調査研究においては，地下の構造を推定

1︑6．繕

考

文

献

兼子勝・阿部道起（1942）：千葉県茂原町に拾ける徴量ガス分析計による地化学的探鉱法の調査試験について・石油技協

観測したさく井の空気ためと大気とのしゃ断に誌，Vo1．10，Nα1．
藤原健一・下河原達哉（1948）：ガス鉱

よる土壌空気の採取あるいは観測方法などについ

2．

しようと地化学探査を試みた．調査日数の関係から調査方法の確立に主目的をおいた．

床に対する地化学探査の新方法．石油技て一応初期の目的を達した．

協誌，Vol．14，No．4。

指示成分としてCO・を選んで行なった地化学探査の結果，明らかになったことを要約すると次の3、

本島公司ら（1955）：長野県小諸附近の天然ガス．石油技協誌，Vo1．20，No．3．と玲りである．

1．土壌中の有機物からの測定値に与える影響

4．

本島公司（1957）：群馬県磯部町附近地化学調査報告．地質調査所月報，▽o1．8，は無視できる．

によるそれの増加率も大である．

一35一

No．1．

地質調査所（1957）：日本鉱産誌，VIa，
水券よび地熱．

6．

3．測点中の異常点は，地下の深部から不断にC02の供給が考えられる．

5．

2．C02含量の異常値を示す測点は，経時変化

大杉繁（1942）；一般土壌学，朝倉書店．