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関東平野中央部における被圧地下水の 14C濃度分布

一地質構造との関連性について安原正也1)・高橋浩 1) ・稲村明彦1)・高橋正明1)・風早康平1)

半田宙子 1) ・林

1)産業技術総合研究所
l武司 2) ・中村俊夫 3) ・太田友子 3)2) 秋田大学

3) 名古屋大学年代測定総合研究センター

はじめに利根川と荒川|に挟まれた関東平野の中央部 (Fig.

1)を対象に，被圧地下水システムの実態把握ならびに地質構造が平野の地下水流動系に及ぼす影響の解明を目的とした研究を実施中である.大宮大地を中心とする同地域には，綾瀬川|断層と久喜断層(想定)によって画された元荒川構造帯(清水・堀口，198 1)が存在する.この北西一南東に延びる幅約 10km ，長さ約 35km の構造帯の内部の地下水は，その周辺地域の地下水と比べて高塩化物イオン(Cl-)
濃度 (Fig. 2) ，低酸素・水素同位体比(180,D)) (D(Fig.
Fig. 3) など特異な地球化学的特性を呈することが従来から指摘されている(木野， 1970; 池田， 1984; 林， 2
2003003;安原ほか， 22005005;;
Yasuharaθ t a 1.,2007).

さらに，前報の安原ほか (200 7)では，元荒川構造帯内部の地下水の放射性炭素同位体(l 4C) 濃度が周辺地域と比較して著しく低いことを示し，その原因について予察的な考察を行なった.今年度は，関東平野中央部における 14C 濃度の地域分布をより詳細に把握するために，元荒川|構造帯内外の 7 地点において新たに地下水試料の 14C 濃度測定を実施した.これらの新しく得られた結果も踏まえて，当該地域の地下水流動系と地質構造との関連性について検討を進めた.
1 1.試料採取と測定手法

2003 年度と 2004 年度に，関東平野中央部の合計 144 本の井戸から被圧地下水試料を採取した (Fig.

1).今年度 14C 濃度を測定した 7 地点の試料(吉川|市，蕨市，杉戸町，行田市，桶川市，大利根町，さいたま市)もこの時に採水したものである.調査井の深度は概ね 150m以上であり，最も深いものは深度 430m であった.これらの深さは中・上部更新統の下総層群(河川一浅海成層) ，あるいは鮮新世末期一更新世中期の上総層群(深海一浅海成層)に相当する.また，採水対象となった帯水層は，木野(1 970) によると，模試地である春日部市上水道水源第 4 号井の D 層(深度 155~210m) ならびに F 層(同 233. 5m~287. 5m) に相当する，いずれも広範囲にわたって連続性の良い帯水層で、あると考えられる.
溶存全炭酸の 14C 濃度(出 modern ccarbon;arbon; pmc) は， NaOH 溶液を添加した試料を用い，実験室内の CO 2 フリーのボックス内で SrC1 2 溶液を添加して得た SrC0 3 の沈殿をリン酸で反応させ，真空ラインを用いて CO 2 精製とグラファイト化した後，名古屋大学年代測定総合研究セン

ターの加速器質量分析計にて測定を行った.また ，13C については試料採取の際に O.OlNの NaOH 溶液を1/ 10 量加えた試料を用い，実験室においてリン酸を添加して抽出した CO 2 を連Bench111&& Delta-V)
続フロー型の質量分析計 (Gas B
ench 1を用いて測定した.添加した NaOH 溶液にはブランクとして少量の CO 2 が含まれているが，測定値に対する影響は

14C においては本13C
来 Opmc で、あった試料を仮定した場合でも，測定結果が O. 1pmc となる程度であり，一方 ð 13Cにおいては分析精度より数桁小さく，問題とならない.

11111.被圧地下水の 14C 濃度分布
これまでに測定した 22 地点 (2006 年度 15 地点， 2007 年度 7 地点)における被圧地下水の14C 濃度(pmc)

を Fig.

4 に示す

14C 濃度の脇の括弧内には ð 13C 値

㧙㧙

(%0)

を参考のためฬฎደᄢቇടㅦེ⾰㊂ಽᨆ⸘ᬺ❣ႎ๔ᦠ㧘XIX㧘2008.03

品圃...

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Fig.
Fig.1
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(Yasuharaθ t a1.,l., 22005).
005)
.

Fig.
3 S
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alues.
(Yasuharaθ t a 1.,l., 22005).
005).に表した.前報(安原ほか， 200 7)でも指摘した元荒川|構造帯内外での 1 4C 濃度の違いが，今回， Fig.

4 ではさらに明瞭に認められる結果となった.一部例外はあるが，同図において，構造帯内部の地下水が 2.4-5.3pmc と低い 14C 濃度を有するのとは対照的に，その南西側では

2 11.435.
2.
‑65.8pmc ，また北東側では 11.8pmc ， 35.1pmc と構造帯の外部においては一桁高い 14C 濃度を示している.ここで(j 13C 値をみると，構造帯内部の 3 地点(伊奈町，蓮田市，松伏町)

㧙㧙ฬฎደᄢቇടㅦེ⾰㊂ಽᨆ⸘ᬺ❣ႎ๔ᦠ㧘XIX㧘2008.03

において -8. 6~-7. 5%0((jj 13C 前後と大きいことを除けば，全域で 17~-13%0 ((jj 13C と似通った値を呈する.すなわち，伊奈町，蓮田市，松伏町の 3 地点を除けば，他の地点では炭酸塩等の溶解による dead carbon の寄与はほぼ同程度と考えられる.したがって，第一次近似的には，同地域の 14C 濃度の高低は水の滞留時間の長短を概ね代表しているとみなしてよかろう.このことから，元荒川 l 構造帯内部の地下水の滞留時間は，外部の地下水と比べて有意に長いものと判断される.

Fig.
Fig. 4 で認められた元荒川構造帯内外で、の地下水の滞留時間の顕著な違いは，Cl濃度 (Fig.
2) や酸素・水素安定同位体 (Fig. 3) のそれらとも整合的である.この事実は，元荒川構造帯を画する綾瀬川|断層と久喜断層が難透水性境界として働き，構造帯の内部と外部の地下水の交流を妨げていることを強く示唆している.すなわち，元荒川|構造帯内部の地下水は水文地質学的に孤立しているものと見なすことができる.木野 (1970) によれば，入間川より南方の埼玉県東部の台地・平野部には「浦和流動地下水」と名付けられた循環性の地下水流動系が存在する.溶存酸素量等によって支持されたその循環性の高さ(滞留時間の短さ)は，さいたま市や蕨市域における地下水の 14C 濃度の大きさ(Fig.

4;4;2211.
. 4~65. 8pmc)

により今回の測定結果からも裏付けられる.狭山丘陵や武蔵野台地において酒養されたこの「浦和流動地下水」は，北東方向に流れた後，荒川|本流付近で東南東に流れの向きを変える(木野ほか， 1959). 北東から東南東への流動方向の急変に，難透水性の綾瀬川断層の存在が関係している可能性が考えられる.一方，茨城県・栃木県側からは「古河流動地下水 J(木野，1970)1970)という同じく循環性の地下水が南流してくるが，同流動系も利根川を越えた付近で南東へと流れの方向を転ずる(木野ほか

1960) .これも久喜断層によって流路を阻まれるためと解釈することができる.いずれにしても，元荒川構造帯内部の地下水は周辺域に卓越する循環性の広域地下水流動系から分断された環境下に置かれるため，内部の地下水は停滞性となり，また滞留時聞は必然的に大きくなる.そして，地層との接触時間の長さ，さらにJC
J
C((ppmmcc))。 21.4(ー 16.3)
021.4(‑16.3)

K失δ13c(%o)

Fig.4
1 44CC values
133C
C values
Fig.4 Spatial
Spatial variation
variation ofof 1values (pmc)(pmc) wiwithth (51values (%0)(%0) inin parentheses.
parentheses.

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地層堆積時あるいは過去の海進時とその後の寒冷期に取り込まれた“化石水"のフラッシン
グが遅れた結果，構造帯内部の地下水は外部とは異なる特殊な水質・同位体的特性を有するようになったものと推定される.

Fig.
Fig. 4 において，行田市，鴻巣市，菖蒲町にかけての元荒川|構造帯の上流端でも興味ある結果が得られている.すなわち

14C 濃度が行田市の 72.4pmc (構造帯外部)から鴻巣市の

18.
18.99pmc
pmc ，さらに菖蒲町の 4. 7pmc , 55.3pmc.
3pmc (以上，構造帯内部)へと水平距離でわずか 10kmの聞に1/ 15 程度にまで低下している.構造帯の内外におけるこの 14C 濃度の顕著な差から判断すると，行田市から鴻巣市付近には同構造帯と直交する北東一南西方向に未知の地質学的不連続線が存在し，北西方向から南東方向に向かう広域地下水流動を阻害している可能性が示唆される.上流側でのこのような難透水性境界(帯水層の不連続)の存在が，元荒川|構造帯内部の地下水の停滞性をより一層助長し，滞留時間を長くしているとも考えられる.
IV.

おわりに

本研究事例は，断層等の地質学的不連続線が，平野部における地下水の賦存状態や性状，広域地下水流動系のあり方に決定的な影響を及ぼしているケースである.来年度は荒川|右岸と利根川周辺において引き続き 14C 濃度測定を実施し，関東平野中央部における地下水流動系に及ぼす地質構造の影響についてさらに詳細な検討を進めてゆきたい.また，断層の両側で異なる地下水水質が報告されている大阪平野(鶴巻， 1966) や濃尾平野(杉崎・柴田，

19619611))など，我が国の他の平野部における研究事例との比較検討も行う予定である.

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Groundwater systemsystem compartmenta1compartmentalize
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apan. IAH
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281‑
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速器質量分析計業績報告書，㧙㧙ฬฎደᄢቇടㅦེ⾰㊂ಽᨆ⸘ᬺ❣ႎ๔ᦠ㧘XIX㧘2008.03

G
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成果公表リスト
誌上発表

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学会発表
安原正也・稲村明彦・高橋正明・高橋浩・林武司・牧野雅彦・森川徳敏・風早康平・半田宙子・仲間純子・中村俊夫・太田友子 (200 7) :関東平野中央部の地下水の地球化学的特牲と断層との関係.

日本地球惑星科学連合 2007 年大会，

安原正也・稲村明彦・林武司・森川|徳敏・高橋

H126‑0.
H
126‑
0.

浩・高橋正明・半田宙子・仲間純子・中村俊夫・太田友子 (2007) :関東平野中央部の地下水にみられる水質・同位体的異常と断層の関係について.日本地質学会関東支部第 1 回研究発表会「関東地方の地質」講演資料集，

778‑79.
8‑
79.
Yasuhara , M. , Inamura , A. , Takahashi , H.A. , Takahashi , M. , Makino , M. , Handa , H. ,Hayashi , T. , Nakamura , T., aandndOhta , TT.
. ((2007):2007)
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