4-1 陸域活構造の地形地質調査

4-1 陸域活構造の地形地質調査
今泉俊文（東北大学理学研究科地学専攻）・石山達也（東京大学地震研究所）

1. 研究の目的新潟地域では、新発田小出線の西側に新生代の堆積物が厚く分布し、これらが参加する北北東ないしは南北走向の軸跡をもつ褶曲構造が発達しています。この構造的高所は、東頸城丘陵・西頸城丘陵・関田山地・櫛形山地・笹神丘陵・東山丘陵・魚沼丘陵といった地形的な高まりをなしています。これらの地形・地質の境界部にあたる場所では、活断層・活褶曲が数多く分布していることが近年明らかになってきました。しかし、その変位速度や地下構造との関係を検討する資料は多くないのが現状でした。そこで、我々は、先ず新潟地域の活構造を再検討するために、空中写真を用いた写真判読を行い、変位地形の分布や位置を再検討しました。その結果に基づき、いくつかの代表的な地点でボーリング調査を行い、変位基準の分布を明らかにして、活断層・活褶曲における上下平均変位速度を明らかにしました。最後に、個別テーマ 2-1 で実施された浅層反射法地震探査や深部構造探査の結果をあわせて、活構造の構造的な意味について考察し、ひいては震源断層の活動度を明らかにするための資料を整備するべく努めました。ここでは、そのうちの代表的な成果について、簡単にご紹介いたします。

MIS7 の海成層が深度 190-270 m 付近に確認されており 2)、角田-弥彦断層による東落ちの断層変位が進行してきたことを示唆しています。越後平野北西部は顕著な沈降域であり、平野下には厚さ 150 m を超える沖積層が伏在しています 3)。一方、既存研究 4)では 2 本のボーリングを掘削し、沖積層に東落ち変位の可能性を指摘しています。加えて、鎧潟コア（掘削深度 150 m）における完新統の層序・年代・堆積環境の解析結果 5) などを考慮して、新潟市西蒲区鎧潟から同竹野町までの区間で 4 本のオールコアボーリングを掘削しました。採取されたコアについては、地層の岩相・堆積構造を詳細に記載したほか、ボーリングコアの堆積物に含まれる植物片を採取・洗浄し、放射性炭素同位体年代測定を行いました（図 1）。
いずれのコアも多くの炭質物を含む砂・泥で構成されます。層相・粒度・構成物の特徴・貝化石・生痕化石な
どより、これらは下位より塩性湿地・ラグーン・（塩性）湿地・氾濫原・チャネル堆積物が累重したものと解釈されます。一方、得られた 14C 年代値は、コアの地層がいずれも過去約 1 万年間の海面上昇期に形成された完新統であることを示しています。また、HZMK-4 には十和田中掫（ちゅうぜり）テフラ（To-Cu;約 6000 年前 6））が含まれていますが、その層位・堆積年代とも整合的です。加えて、既存のコアの年代値とも整合的です。
14C 年代値とあわせてコア間の地層を対比すると、上中部完新統は HZMK-2 から 4 の間でほぼ水平に分

2. 角田-弥彦断層の活構造・変位速度と地下構造
東頸城丘陵縁辺に分布する長岡平野西縁断層帯は、日本 海東 縁 部から東 北 日本 背弧 域 に分布する地質学・測地学的な高速変形帯を構成する主要な陸域活構造です。全長 80 km 強にわたる長岡平野西縁断層
帯の北部を構成する角田-弥彦断層では、最近の活動性の指標となる後期更新世-完新世における上下平均変位速度や浅層地下地質構造などの基本的情報はよくわかっていませんでした。そこで、筆者らは角田-弥彦
断層において群列ボーリング調査を行い、堆積物の詳細な層相記載を行いました。また、年代試料を抽出して加速器質量分析計（AMS）による放射性炭素同位体年代測定を実施し、堆積物の形成年代を推定しました。
これらの結果に基づき、ボーリングコア間の地層の対比を行いました。
角田-弥彦断層については、西傾斜の逆断層が角田山・弥彦山東麓部に伏在することが指摘されてきました
1)。空中写真判読をおこなうと、角田山東麓部基部には、東に急傾斜し沖積低地面下に没する浜堤列や山地側に傾動する更新世段丘面などの新期の変位地形が断続的に分布しています。一方、越後平野の地下には

図 1 角田-弥彦断層における群列ボーリングによる完新統の地質断面75

4-1 陸域活構造の地形地質調査布するのに対して、HZMK-2 と 1 の間で急激にその分布深度を西に上げることが分かります。GS-TK コアの結果 4)を考慮すると、沼沢湖テフラ 6)の降下時期にあたる
約 5000 年前と約 8000 年前の層準にはそれぞれ約 15m および 20 m 程度の累積的な上下落差が認められます。これらの層準の堆積環境はラグーン・塩性湿地であり初生的な勾配は非常に小さく、いずれも HZMK-2と 1 の間で急激に分布深度を西に上げること、両層準の上下落差量には累積性が認められることから、この上下落差は伏在する角田-弥彦断層の活動によって形成された可能性が高いと考えられます。約 5000 年前の層準の上下落差量とその形成年代から、角田-弥彦断層の平均上下変位速度は、約 3mm/yr と推定されます。
ただし、完新統下部の圧密効果（1 mm/yr7 ））を考慮すると、約 2 mm/yr となります。また、2-1 で実施した浅層および深部反射法地震探査の結果を考慮すると、このような完新統の変形構造は、西に中角度で傾斜する伏在断層の先端部で生じていることが分かります（図 2）。
また、この反射断面では、陸域にも関わらず角田-弥彦
断層の上盤側で断層関連褶曲の成長を示す growthstrata が認められます。この構造は断層の活動史を示すものであると同時に、この地域の沈降速度が非常に早 いことを示 唆 している点 で非 常 に興 味 深 いものです。

両断層を横切る群列ボーリング調査を行いました。さらに、詳細な地層の対比、編年を目的として、掘削したコアから年代試料を抽出し加速器質量分析計（AMS）による放射性炭素同位体年代測定、テフラ分析を実施して、隆起側の海成段丘の編年データとも比較しながら、ボーリングコア間の地層の対比を行いました（図 3）。
高田平野西縁断層帯は、西傾斜、西側隆起の逆断層であり、上盤側には MIS5 相当とされる海成段丘の平山段丘が広く分布しています。この段丘面が東へ向かって幅約数百 m の撓曲帯を伴いながら変形し、沖積低地に埋没する形態を呈することから、この東側付近から西傾斜の断層が推定されます。また、平野南西部
では、平山面相当面を含む段丘面群を変位させる撓曲崖が認められます。このような地形的な手がかりに基づき、平山面の一箇所（滝寺地区 TK-1）と、平山面が平野面下に埋没するすぐ東側で 1 箇所、これらの延長線上における平野内で 2 箇所のボーリング調査を実施しました。平山段丘滝寺地区では、地表下約 1.7m までローム層が分布し、その下位には湿地やラグーン相のシルト～微細砂層が連続します。このうち深さ 2.66m 付
近の砂層中から My-HB（妙高花房）テフラが産出しました。また風成ローム層中の深さ 1.30 m-1.40m より、K-Tz（鬼界葛原）テフラ（約 9.5 万年前）が産出し、さらに上位には DKP（大山倉吉）テフラ（約 5.5 万年前）と AT（姶良丹沢）テフラ（約 2.6-2.9 万年前）の火山ガラス密集帯が認められました。したがって、平山段丘面の離水時期は最終間氷期にあたる酸素同位体ステージ 5e（約12.5 万年前）と考えられます。一方、低下側のコアでは、
TK-4 にてラグーン相堆積物の上位の後背湿地堆積物に Toya（洞爺）テフラ（約 11.2-11.5 万年前）が確認されたことから、ラグーン相堆積物が MIS5e に相当する可能性が高いと考えられます。既存の試錐資料とあわせて検討した結果、平野面下には標高 -70m から -80m付近に MIS5e に対比できる泥層が認められることがわかりました。同じく MIS5e に形成された海成段丘面である平山段丘の標高約 30 m として、計測した上下変位

図 2 角田-弥彦断層における高精度浅層反射法地震探査による断面。

3. 高田平野の活構造・変位速度と地下構造
高田平野の東西には、顕著な褶曲構造によって形成される東頸城丘陵、関田山地、西頸城丘陵が分布しています。これら丘陵・山地と平野の境界には近年大規模な活断層が存在することが指摘されてきました 8)9) 。
一方で、断層変位基準に乏しく、活断層の後期更新世における平均変位速度など活動性に関する資料は余り多いとは言えません。平野縁辺部に分布する第四紀後期の海成段丘面が変位基準となり得ますが、平野面下における海成層の分布深度はよく分かっていません。
そこで、高田平野西縁・東縁断層帯の変位量や平均変位速度など活動性を明らかにすることを目的として、

図 3 高田平野西縁断層帯におけるボーリング調査による地質断面。
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4-1 陸域活構造の地形地質調査4. 鳥越断層の活構造・変位速度と地下構造
鳥越断層は与板背斜東翼部基部に位置する西傾斜の逆断層で、断層近傍では鮮新・更新統の魚沼層群が急傾斜ないしは逆転する構造が観察される 11)ほか、断層先端部の地表部では後期更新世の河成段丘面の背斜変形や低断層崖地形が分布しています 9)12)13）。
一方、周辺には関原断層・関原背斜などの活断層・活褶曲が複雑に雁行配列しています。また、深部構造探査 15)では、鳥越断層の下盤側に複数の伏在背斜が存在し、growth strata の発達から伏在活褶曲であることが推定されます。そこで、雁行する活断層・活褶曲と変動地形の変位速度の推定を主な目的として、空中写真判読と若干の地形地質調査による再検討を行うとともに、鳥越断層崖の東側を流下する黒川の沖積低地面にて群列ボーリング調査を実施しました（図 5）。また、
AMS による放射性炭素同位体年代測定を実施し、堆積物の形成年代を推定しました。これらの結果に基づき、ボーリングコア間の地層の対比を行いました。空中写真判読や国土地理院発行の 2m DEM（数値標高モデル）などで変動地形を検討した結果、黒川の右岸に広がる沖積低地面が緩やかに西側に傾く地形が確認されました。すなわち、黒川の現在の流路よりも数 100m東側を頂部とし、西緩・東急の非対称な紡錘状の地形的高まりが沖積低地面上に発達しています。この高まりは北北東-南南西方向に延び、頂部と東翼部基部の高度差は約 5m です。このような地形は黒川・信濃川および支流が形成する沖積扇状地面や自然堤防としては不自然です。既存ボーリング資料を見ると沖積低地面は地表下に分布する厚さ 1m 強の砂層を除けば、厚さ3m ほどのシルト層からなっています。このことは、背斜状の地形的高まりが河道周辺の自然堤防やポイントバーではなく、基本的にはほぼ水平な沖積低地であったことを裏付けています。黒川に沿って見られる高まりの頂部は、関原背斜の背斜軸跡の北東延長に、また東翼部基部の向斜軸の位置もほぼ一致します。これらのことから、沖積低地面の背斜状地形は基本的には北にプランジする関原背斜の活動による変形であると理解されます。このような検討を踏まえて、長岡市鳥越の 4箇所において、オールコアボーリングを掘削し、地層の岩相・堆積構造を詳細に記載しました。さらに、AMS による放射性炭素同位体年代測定を行いました。
HZ-TG-3 のチャネル堆積物は、HZ-TG-1、2 およびいくつかの既存ボーリングの最下部に存在するチャネル堆積物と対比されるほか、チャネル堆積物直上の氾濫原堆積物から得られた植物片の年代値から判断して、約8,000 年前と約 4,000 年前の層準がそれぞれ対比されます。また、B-213)と HZ-TG2 の間に分布するチャネル堆積物より上位の氾濫原堆積物は砂層が卓越する下部とシルト・粘土が卓越する上部に細分され、両者の境界の年代は約 6,000 年前と推定されます。B-2 および量は約１20 m 程度であると考えられます。したがって、高田平野西縁断層帯の上下平均変位速度は 1 mm/yrとなります。この値は従来の報告の範囲内ですが、信頼性の高い変位基準を用いている点で、より確からしい値であると考えられます。また、地表で確認される海成段丘面の高度から分かる隆起速度よりも大きくなることから、平均変位速度の推定には平野下の地層の分布や層序を明らかにすることが非常に重要であることを示しています。
同様の調査を高田平野東縁断層帯でも実施しました。
ここでは、従来指摘 8) されていたよりも北側において、平野東部には MIS5 相当とされる海成段丘の原之町面が広く分布します 10) 。この段丘面分布域の西端は、高田平野東縁断層帯の北端付近にあたり、海成段丘が断層活動によって形成された可能性を示唆しています。
そこで、ボーリング調査と露頭調査を行い、同じく最終間氷期の地層の変形が更に北方まで延長することを示しました。原ノ町面の露頭では、地表下約 140cm 付近に K-Tz （ 鬼 界 葛 原 ） テ フ ラ が 産 出 し 、 さ ら に 下 位 に30cm の風成ローム層が認められることから、原ノ町面は MIS5e に対比される可能性が高いと考えました。また、計 6 本のボーリング調査の結果、Iz-ktc（飯綱上樽）テフラの産出層準から、平野内で約-40～-46 m 付近に分布する地層は MIS5 相当の可能性が高いことがわかりました。したがって、原ノ町面の旧汀線高度と MIS5 相当堆積物とは、単純に計測して最大で約 60～65 m の上下落差が認められることになります。原ノ町面構成層の堆積環境はラグーン・湿地ですので、この落差は高田平野東縁断層の活動によって東側が隆起した結果と解釈できます。原ノ町面の上下落差から算出した上下方向の平均変位速度は約 0.5mm/yr となります。 また、2-1 で実施した反射法地震探査の結果から、今回新たに存在を推定した活断層は、くさび形のスラスト（ウェッジスラスト）の先端にあたり、断層そのものは伏在しています（図 4）。これは、南部の emergent thrust（先端が地表まで延びている逆断層）とは異なりますので、別のセグメントを構成している可能性があります。

図 4 高田平野西縁断層帯の高精度反射法地震探査断面77

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うに、雁行する活褶曲が発達する地域では、変動地形と褶曲構造の関係は必ずしも単純ではなく、変動地形と伏在スラストの構造的な関係は非常に複雑であり、浅部〜深部構造断面の比較検討がその理解に重要です。
5. まとめ以上は主立った成果をご紹介しましたが、これ以外も含めてこのプロジェクトで明らかにした新潟地域の活構造の分布や変位速度の分布を図 7 にまとめました。角
田-弥彦断層が海域にまで延びる活断層であること、高田平野東縁や国中平野の活断層の長さが倍近くになるなど、これまでの研究で未確認の活構造を数多く検出しました。また、角田-弥彦断層や高田平野西縁断層が非常にずれ速度の早い活断層であることなど、これまで不明の点が多かった新潟地域の活断層のずれの速度を明らかにしました。今回変位速度をもとめた活断層
は、2-1 で得られた深部構造探査および浅層反射法地震探査の成果と合わせてその構造的な意味を検討し、基本的に震源断層の地表表現であるものについて取り扱っています。一方で、多くの課題があることも明らかになってきました。2-1 の震源断層図と比較すると、必ずしも全ての伏在断層について地表表現が認められる

図 5 鳥越断層におけるボーリング断面図。

図 6 鳥越断層における反射法地震探査の解釈断面図。

B-3 間のチャネル堆積物上面に認められる東落ちの上下落差は、鳥越断層の前面に分布する低位段丘面東端の撓曲崖地形直下に位置しており、変位地形との位置関係から推定して、宮本町地区の掘削調査 16) で認められた 6,000-7,000 年前の砂礫層上面の東落ちの上下落差に対応すると考えられます。同様に約 4,000年前および 6,000 年前の層準にも同様の東落ちの上下落差が認められます。このような異なる層準での東落ち上下落差は、上位の地層ほどその量が小さくなっており、累積的に形成されたと考えられます。HZ-TG3 とB-3 の間 でのチャネル堆 積 物 上 面 の上 下 落 差 は約21m となり、これをチャネル堆積物上面の推定年代約8,000 年 で 除 す る と 、 上 下 平 均 変 位 速 度 は 約 2.5mm/yr と推定されます。また、沖積低地面の非対称な背斜変形に対応するチャネル堆積物上面の上下変位量は、B-3 と B-2 ないしは HZ-TG2 の間で約 8m となり、上下平均変位速度は約 1mm/yr と推定されます。
ここで明らかになった変位地形や完新統の地質構造と、2-1 で行った浅層反射法地震探査の結果（図 6）と合わせて検討すると、鳥越断層の低断層崖・撓曲崖の前縁に分布し、早い上下変位速度が観察される撓
曲崖ないしは撓曲変形の構造は、鳥越断層そのものの分岐断層ではなく、鳥越断層の下盤側に沈下する関原背斜の頂部に発達する、デタチッチメント褶曲から派生した、いわゆる根なしの断層のように見えます。このよ図 7 本課題で明らかになった活構造の変位速度（赤数字）。白数字は既存研究による。赤線は活断層の位
置 16)を改変。
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析谷充填堆積物の堆積相と 14C 年代，第 8 回 AMS
シンポジウム報告集，筑波大学研究基盤総合センタ
ーAMS 研究協会，79-85, 2006.
6) 町田 洋・新井房夫編，新編火山灰アトラス 日本列島とその周辺，東京大学出版会，336p，2003．
7) 中西利典ほか, ボーリングコア解析による新潟平野西縁，角田・弥彦断層の完新世における活動度, 活断層研究, 32, 9-25, 2010.
8) 渡辺満久ほか、1:25000 都市圏活断層図「高田」，国土地理院技術資料 D･1-No.396，2002．
9) 池田安隆ほか編，第四紀逆断層アトラス，東京大学出版会，254p，2002．
10) 早津賢二・新井房夫・白井 亨，新潟県高田平野の中位段丘と古砂丘, 地学雑誌, 91, 1-16, 1982．
11) 小林巌雄・立石雅昭・吉岡敏和・島津光夫，長岡地域の地質，地域地質研究報告（5 万分の 1 地質図幅），地質調査所，132p，1999．
12) 堤 浩之ほか，1:25000 都市圏活断層図「長岡」，国土地理院，2001．
13) 渡辺満久・太田陽子・鈴木郁夫・澤 祥・鈴木康弘，
越後平野西縁，鳥越断層群の完新世における活動
性 と最 新 活 動 時 期 ， 地 震 第 2 輯 ， 53 ， 153-164 ，2000．
14) 佐藤比呂志・岩崎貴哉・石山達也・加藤直子，東山-三島測線地殻構造探査，ひずみ集中帯の重点的調査観測・研究プロジェクト・平成 22 年度報告書,
182-227, 2011.
15) 渡辺満久・太田陽子・粟田泰夫，鳥越断層群の群列ボーリング調査， 活断層・古地震研究報告, 1,87-96, 2001.
16) 中田 高・今泉俊文編，『活断層詳細デジタルマッ
プ』，東京大学出版会，68p，DVD２枚，付図１葉，
2002．

わけではなく、この点については伏在断層の活動度に関わりますので、今後の検討が必要です。特に、越後平野東縁の活断層については、東傾斜のスラストに関連する最近の地表変形・ずれの速度に不明な点が未だ多いと言わざるを得ません。また、上記のように、急速に沈降する新潟平野では、中規模の伏在断層は平野下に埋没し、その活動の痕跡が見つけにくくなっている可能性もあります。このようなものについて、活断層・活褶曲の分布・ずれや成長速度を推定することは今後の重要な課題です。このほか、活断層の活動履歴、の海域延長についても課題として残っています。また、今回は取り扱うことができませんでしたが、下越地方に離水浜堤列平野の直下には伏在断層があります。また、中越沖地震の震源域直上には岩石海岸の離水地形が分布し、海岸域の相対的な地盤上昇の繰り返しを示しています。こういった離水海岸地形と海陸境界部の伏在断層の活動の繰り返しについても今後の課題であると言えます。
参考文献
1) 小松直幹，新潟油田地域の褶曲-形態と形成過程,堆積盆地と褶曲構造-形成機構とその実験的研究-，
地質学論集，34，149-154, 1990.
2) 卜部厚志ほか, 東新潟ガス田の中部更新統～完新統の層序−特に軽石層の特徴とその給源−，石油技術協会誌，71，337-348, 2006.
3) 小林巌雄, 越後平野地下の第四系，第四紀研究，
35，191-205, 1996.
4) 下川浩一ほか，地形・地質調査 1，科学技術振興
調整費 日本海東縁部における地震発生ポテンシャル評価に関する総合研究（第Ⅱ期平成 9～10 年度）
成果報告書，科学技術庁，65-85, 2000．
5) 田辺 晋ほか，新潟県新潟市鎧潟から採取した開79

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