1．はじめに
地中レーダー (Ground-Penetrating Radar: GPR)は地面に電波を発信してその跳ね返りを受信することで地下構造を明らかにするための物理探査装置である．比較的安価で構造がシンプルであるため,既に様々な分野において普及し,実用化されている.近年地層研究の分野においても,深度10m以浅の調査に使用されはじめている.我々の研究では,電波の跳ね返りは堆積物の密度,粒度鉱物などの変化を反映するため,この探査手法は海浜堆積物の堆積構造の可視化にも有効であることが判明しつつある.特にGPRによる記録は, 2次元の同時間線の解析にすぐれていることから,過去の地形変化を詳細に追跡することが可能であり,ボーリングデータと併用することによって堆積環境データや年代値と合わせた高時間分解能の時系列の総合的な解析が可能になることが期待されている.我々は, GPRを用いた海浜堆積物の探査手法の開発実験を,千葉県九十九里浜平野および鳥取県弓ヶ浜半島において実施し,その結果, GPRがこの種の沿岸低地を対象とした調査に適していることが判明している（村上ほか, 2006).北海道東部太平洋沿岸域は,地震津波の常襲地帯であることがよく知られている(第1図).近年,この地域(十勝〜根室沿岸)の沿岸低地では, 400-500年周期で発生した巨大津波が陸上に残したと考えられる津波堆積物に関する研究が行われている(Nanayama et al., 2003). 今回の我々のGPR探査の目的は,この地の沿岸低地に残された地震痕跡や津波痕跡調査へのGPRの応用の可能性を検討することにある.
2.関査地域
今回の探査実験は，厚岸町教育委員会の協力を受け北海道厚岸郡厚岸町の史跡国泰寺(平成18年2月および平成19年2月)と床潭沼(平成18年10月)で実施された(第２図). (1)史跡国泰寺跡厚岸町市街地には1804年に建立された国泰寺があり,当時の敷地(現国泰寺の門前)は史跡国泰寺跡として保存されている.また,この寺院には建立以降約 60 年間書き継がれた寺務日誌,日鑑記が現在も保管されている.この日鑑記には,道東地域において最も古い地震津波の被災記録,即ち1843年(天保十四年)十勝沖地震津波についての記述がある.これによると,同津波によって,現国泰寺の眼前に広がる低地に建っていた旧会所あたりが“大海のように覆われた. ”とされる. 1952年十勝沖地震津波の厚岸地域周辺における記録としては,愛冠岬北方の北海道大学付属厚岸臨海実験場付近で波高3.0 m,旧渡し船場付近(厚岸湖と厚岸湾の境界付近で,現在の厚岸大橋のたもと付近）で波高1.5 mという報告がある.但し,この地震によって,汐見川低地まで津波が到達したという報告はない(十勝沖地震調査委員会, 1954).我々は,平成15年5月に,厚岸町市街地に位置する史跡国泰寺跡において,先史・歴史時代の津波痕跡を調査するため,大型重機を用いたトレンチ掘削調査を実施した.その結果,過去3400年間にこの地を襲った８層の巨大津波の痕跡を発見し,これを厚岸町民に公開した.その際,トレンチ壁面において大型はぎ取り試料を作成し,これを厚岸町教育委員会に展示物として寄贈した.
(2)床潭沼
床潭沼は厚岸湾の東側出口に位置しており,沼の周囲約2.5km,面積約10haで,南北約600m,東西最大450mと南北に伸張し太平洋に面した海跡湖である(高山, 1984).現在の床潭沼と太平洋は幅250～400m,標高約3mの砂州で区切られており,砂州の上には住宅が多数建設され,沼の南部の埋め立ても過去に行われたらしい.沼の周囲には岩質の脆い根室層群が分布し,それゆえに地すべりが多発している.水深は全般に1〜2mと浅く,沼南西部に3.5mの最深部を持つが,底質も軟泥主体である（高山, 1984).沼の水は,周辺の沢地から数本の小川と浸透水によって涵養され,南端の床潭川によって唯一流出しているが,満潮時や波浪時の潮の逆流は知られていない.床潭沼に来襲した歴史津波として. 1843年北海道東方沖地震津波と1952年十勝沖地震津波が知られている.前者によって床潭の集落が大被害を被った史実が,日鑑記に記されている(羽鳥, 1984). 1952 年十勝沖地震津波の際には, 3波の津波の来襲が記録されているが,このうち第１波は波高５ｍ以上の大津波で,海岸部で高さ2mくらいに砕波したものの,その後約400m遡上したと言われている.この際,床潭川を津波が遡上し,船が流された(住民の証言).この津波によって.死者2名.重傷4名.倒壊家屋37戸.床上および床下浸水は約100戸におよび.漁船等の漁協関係の被害が多く.集落民のほとんどが被害を被った.
3.研究手法
GPR は,産業技術総合研究所の沿岸都市地質研究グループが所持するカナダSensors & Software社のpulseEKKO100を使用した. 今回は100 MHzと200 MHzの送受信アンテナを併用して探査を実施した.この際,送受信アンテナ間隔1m,測点間隔0.25mの条件で反射法調査を行った.なお,堆積層の電磁波速度はCommon  mid-point 観測結果から求めた.さらに, 地中レーダー記録の地形補正を行うために標高測定を探査と同時に水準測量によって実施した.さらに測線の末端では,  GPSを用いた緯度経度の測定を実施した.
(1)史跡国泰寺跡
史跡国泰寺跡の探査測線は.平成15年度に実施したトレンチ掘削地点(茶色で塗色;添田ほか, 2004)を基準として,北東—南西方向の2測線(KT04:  200MHzおよび KT06: 100MHz) :各測線長31m)とそれに直交する道路に平行な2測線(KT01: 100MHzおよびKT03: 200MHz) :各測線長28m, 31m)を設定した(第３図). (2)床潭沼床潭沼においては,厳冬期(1〜3月)に湖面が凍結することを利用して,汀線から北側の砂州を越え,床潭湖の中心を通るように測線を設定した.そして,氷上の7地点(Site A, Site 0  〜Site 5)においてボーリングを実施し,それぞれ100〜250cmのコアを回収した（第６図）.その後，Site AとSite 0間においてGPR探査実験を行い，採取したコアと比較検討を行った.
4.結果
(1)史跡国泰寺跡
史跡国泰寺跡では既にトレンチ調査が実施され、その詳細は添田ほか(2004)によって報告されている.これによれば,表層は7〜200cmの盛り土に被われ,その下位には160cm程の泥炭層が認められ、その中に８層の津波砂層と５層の火山灰層（樽前山起源Ta-a:1739年，駒ヶ岳起源Ko-c2:  1694年，樽前山起源Ta-b:  1667年，白頭山起源B-Tm:約1000年前，樽前山起源Ta-c :約2500年前）が共在される．泥炭層の基底には内湾成泥層が厚く存在し、既存のボーリング資料を参照するならば,その層厚は10m以上見積もられる.今回の探査実験の結果,  100MHzでは現地表から4m程度,   200MHzでは3m程度のイメージングが出来た(第４および５図).但し, ４枚の記録とも付近の構造物からの反射によって生じるノイズが認められた.但し,盛り土と泥炭層(Peat),および泥炭層と内湾成泥層(Bay mud)の境界は比較的明瞭に認められた.特に後者は標高0mに位置し, Holocene marine limit(HML; Maeda et al., 1992)に対比される.さらに,厚岸地域のHML直上の泥炭層の¹⁴C年代は3070±90  yr BP(Maeda et al., 1992)が知られており,これらは暦年補正を加味すると約3200-3400 cal. yr BPとなる.よって,この地の泥炭層は,過去約3200-3400年間に生成されたと解釈される.さらに泥炭層中の反射面に着目するならば, 100MHzでは2枚, 200MHzでは5枚の水平な明瞭な反射面が認められ,これらは堆積構造の反映と考えられる.泥炭層は空隙が多く,含水率が高いものの,比較的均質であり,反射面を生じる要因は存在しない.よって.これらは泥炭と砂(もしくは火山灰層？)の物質境界で生じた反射面と考えてよいであろう. 一般にGPR記録の垂直解像度は物質内の伝搬速度によって規定され,湿潤砂では100MHzで27-34cm, 200MHzでは13.5-17cmが基準値である.泥炭層では,これよりもやや大きめの数値を示すと考えられる.よって, 100MHzで30-50cm, 200MHzで20-25cmがこの条件でのGPR探査記録の解像度の精度限界と推定される.また,今回の地中レーダー探査よって,反射面の異常な屈曲が認められた(第4図).これらは未知の埋蔵物(遺跡？)を示す可能性があり,この後,掘削調査によって確認することが望まれる.
(2)床潭沼
予察的なボーリング解析の結果,水深は1〜2mで,湖沼底には3m以上の有機質な泥層(Lake mud)が堆積していることが判明しており,その中には国泰寺トレンチと同様な火山灰層や津波砂層の挟在が推定される. 床潭沼での氷上探査実験は, 100MHzのアンテナのみを用いて実施した.その結果,探査深度は氷上から概ね 5mであり,水塊の厚さや湖底の地形も反射面で明瞭にイメージングされている(第７図).泥層中の反射面に着目するならば, ７枚の緩く海側に傾斜した反射面が認められる.これらは湖底面と平行であり,堆積構造と判断できる.湖底付近の泥層は含水率が高いものの比較的均質であり,反射面を生じる要因は存在しない.よって,これらは泥と砂(もしくは火山灰層？)の物質境界で生じた反射面と考えてよいであろう.一般に泥層では砂層中よりも伝搬速度が遅くなるために, 100MHzで27-67cmの垂直解像度となる.よって, 27-67cmが,この条件下でのGPR探査記録の解像度の精度限界と推定される.
5.まとめと今後の課題
今回の探査実験の結果,津波痕跡調査へのGPR探査の有効性が証明された.現状では解像度(25～50cmオーダー)でやや問題が残るものの, ①湿原環境や湖沼の氷上において使用できたこと, ②探査深度が3〜5m程度確保できたこと, ③泥炭層や氷+湖水を透過して,その下位の堆積物内部のイメージングが出来たこと, ④泥炭層や湖成泥層に挟在される津波堆積物の層準が明瞭な反射面として認識できたこと,これら４つの成果は,この分野でのGPR研究の発展を示唆している.史跡国泰寺跡で実施されたGPRイメージング結果は、今後、添田ほか(2004)で報告されているトレンチ断面の堆積物物性値と詳細に対比され,個々の反射面の成因に関して詳細に議論を行う予定である.一方,床潭沼においては,平成19年2月に氷上ボーリングを再度実施し、掘削長4ｍのコアを2地点から得ることが出来た.これらのコアを用いて,堆積物物性値と反射面との対応を同様に検討する予定である.
6.付録一床潭沼氷上ポーリングの予察的成果一
平成18年2月,我々は床潭沼において, GPR探査と並行して氷上ボーリングを行い,総計7本のコアを採取した.それを解析した結果, 17世紀と13世紀の巨大津波痕跡の下位にも少なくとも２層のイベント堆積物の存在を認識することが出来た（第６図）.これらは浸食基底を伴なう層厚0.5-30  cmの砂礫層を有機質泥が被っており,湖沼に流入したタイプの津波堆積物の層相に酷似する.さらに,これらのイベント層序は添田ほか(2004)と整合的であり，床潭沼地域は他の道東地域と同様に， 400-500年毎に巨大津波の来襲を受けていたと考えるのが,現状では妥当であろう. ー方, 今回,駒ヶ岳起源のKo-c1(1856年)と樽前山起源のTa-a(1739年)火山灰層との間にも, 新たに津波堆積物が発見された. これは日鑑記に記載された道東最古の地震津波記載である 1843 年天保大津波の痕跡を示していると考えてよいであろう.しかし, 1952年3月4日に床潭で大きな被害をもたらした十勝沖地震津波の痕跡は今回の解析では全く認識できなかった.床潭の住民の証言に基づけば,被災時の床潭沼は人が歩いて逃げることが出来る氷結した状態であり、津波は氷上を滑るようにゆっくり遡上したために、この際、湖沼底の撹拌が激しく起こらなかったものと考えられる.今後は前述したGPR記録を加味して,平成19年2月に新たに採取した2本の長尺コアを解析することによって,厚岸地域の歴史〜先史津波カタログを編纂することを目指したい.今回のGPR探査実験は,平成18年度厚岸湖・別寒辺牛湿原学術研究助成,および文部科学省科学研究費基盤C(2)(代表者:七山太,課題番号16540423)を用いて実施された.厚岸町海事記念館の北川勝雄館長ならびに厚岸水鳥観察館の澁谷辰生氏ほか関係各位に対し,心から感謝する.羽鳥徳太郎, 1984,天保十四年(1843年)北海道東部津波の波源域,東大地震研彙報, 59, 423-431. Maeda, Y., Nakada, M., Matsumoto, E. and Matsuda, I., 1992, Crustal tilting derived from Holocene sealevel observations along the east coast of Hokkaido in Japan and upper mantle rheology. Geophysical Res. Let., 19, 857-860.村上文敏･田村亨･七山太･斎藤文紀･渡辺和明, 2006,地中レーダーを用いた海浜堆積物の探査手法の開発.地質調査総合センター研究資料集, no. 445, 12-13. Nanayama, F., Satake, K., Furukawa, R., Shimokawa, K., Shigeno, K., Atwater, B.F., August 2003, Unusually large earthquakes inferred from tsunami deposits along the Kuril Trench. Nature, 424, 660 – 663.添田雄二・七山太・重野聖之・古川竜太・熊崎農夫博・石井正之, 2004年12月,北海道東部,厚岸町汐見川低地において発見された巨大津波の痕跡とその広域イベント対比.地質学論集, no. 58, 63-75.高山末吉, 1984,道東海岸線における河川湖沼のプランクトン及び底生動物.道東海岸線総合調査報告書,釧路市立博物館, 187-209.十勝沖地震調査委員会, 1954,十勝沖地震調査報告. 1018p.第１図.北海道南東部,千島海溝沿岸域における海溝型地震の震源域(a, b),道東太平洋沿岸地の地形図および厚岸町(c)，史跡国泰寺跡および床潭沼の位置図(d).サテライトイメージ作成にはGoogle  Earthを使用した.第6図. 厚岸町床潭沼における氷上ボーリング地点とGPR探査測線位置図.