JP5943382B2 - 活断層の評価方法 - Google Patents
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Description
本発明は、土壌の年代の推定を行って断層を活断層として評価する評価方法に関する。
地中の評価を行う分野で、地層を透過した放射線の状況により活断層を定量的に評価する地層の評価方法が従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。近年、断層を活断層と評価する際に、いつ以降の活動（いつの年代の活動）が否定できないかとの検討が行われている。
この場合、火山灰に由来する堆積地層（テフラ地層）であれば、比較的広域に分布しているため、データの種類や数が多いため、断層の年代を的確に判断することができる。しかし、限られた地域での活断層を評価する場合、その地域にテフラが分布していれば高い信頼性で年代を判断することができるが、評価対象の地域にテフラが分布しているとは限らないのが現状である。
このため、評価対象の地域にテフラが分布していなくても、地層の年代の判断が信頼性高く実施でき、活断層を的確に評価できる手法が望まれているのが実情である。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、評価対象の地層が、大陸の黄砂が由来となる地層（レス堆積物）であるか否かを判断し、レス堆積物であると判断された際には、レス堆積物に基づいて、断層が活断層であるかを評価することができる活断層の評価方法を提供し、評価対象の地域にテフラが分布していない地層であっても年代の評価を高い信頼性で行うことができるようにすることを目的とする。
上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の活断層の評価方法は、断層を被覆する土壌から石英を単離し、単離された石英を電子スピン共鳴測定することにより、レス堆積物の起源の土壌に含まれた石英であるか否かを判断し、前記電子スピン共鳴測定により、レス堆積物の起源の土壌に含まれた石英であると判断された際に土壌がレス堆積物であると判断し、レス堆積物の起源の土壌に対して遊離酸化鉄分析を行い、レス堆積物の起源の土壌が形成された年代を判定し、判定された年代に基づいて断層が活断層であるかを評価することを特徴とする。
請求項１に係る本発明では、単離された石英を電子スピン共鳴測定することにより、評価対象の土壌が大陸の黄砂が由来となる地層（レス堆積物）であるか否かを判断することができ、レス堆積物であると判断された際には、レス堆積物の起源の土壌が形成された年代を遊離酸化鉄分析により判定し、断層が活断層であるかを評価する。これにより、評価対象の地域にテフラが分布していない地層であっても年代の評価を高い信頼性で行い、断層が活断層であるかを的確に評価することができる。
そして、請求項２に係る本発明の活断層の評価方法は、請求項１に記載の活断層の評価方法において、遊離酸化鉄分析は、（全遊離鉄量Ｆｅｄ−非晶質鉄量Ｆｅｏ）/全鉄含量Ｆｅｔである結晶化指数が０.５以上の場合に赤色土であると判断して土壌が形成された年代を判定することを特徴とする。
また、請求項３に係る本発明の活断層の評価方法は、請求項２に記載の活断層の評価方法において、遊離酸化鉄分析は、前記結晶化指数による判断に加え、（非晶質鉄量Ｆｅｏ/全遊離鉄量Ｆｅｄ）である活性度が０.４以下の場合に赤色土であると判断して土壌が形成された年代を判定することを特徴とする。
また、請求項４に係る本発明の活断層の評価方法は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の活断層の評価方法において、石英の単離は、有機物を溶解・除去する酸化処理工程、生物起源のケイ酸塩、腐植酸を溶解・除去する第１のアルカリ溶解工程、生物起源のケイ酸塩を溶解・除去する第２のアルカリ溶解工程、主に炭酸塩鉱物を溶解・除去する第１の酸分解工程、石英以外の非磁性鉱物を溶解・除去する第２の酸分解工程が実施されることを特徴とする。
また、請求項５に係る本発明の活断層の評価方法は、請求項４に記載の活断層の評価方法において、石英の単離は、酸化処理工程、第１のアルカリ溶解工程、第２のアルカリ溶解工程、第１の酸分解工程、第２の酸分解工程を経た後、酸化処理工程、第２のアルカリ溶解工程、第１の酸分解工程、第２の酸分解工程の順で処理を行うことを特徴とする。
本発明の活断層の評価方法は、評価対象の地層が、大陸の黄砂が由来となる地層（レス堆積物）であるか否かを判断し、レス堆積物であると判断された際には、レス堆積物に基づいて、断層が活断層であるかを評価することが可能になる。
図１に基づいて本発明の一実施例の全体の流れを説明する。
図１には本発明の一実施例に係る活断層の評価方法における全体の処理の流れを説明するフローチャートを示してある。具体的な個別処理については、全体の処理を説明した後に説明する。
図に示すように、ステップＳ１で断層が存在する土壌（堆積物）は細粒物質が主体であるか否かが判断され、ステップＳ１で細粒物質が主体ではないと判断された場合、ステップＳ２に移行して礫の風化度等他の手法を実施する。ステップＳ１で土壌（堆積物）は細粒物質が主体であると判断された場合、ステップＳ３で土壌（堆積物）から微細な石英を抽出する（単離する）。
単離された石英をステップＳ４で電子スピン共鳴測定（ＥＳＲ測定）する。ステップＳ４のＥＳＲ測定により、現地火成岩等であるとの結果が得られた場合、周辺地域で独自の遊離鉄層序をステップＳ５で構築する。ステップＳ４のＥＳＲ測定により、近傍のテフラ等であるとの結果が得られた場合、詳細なテフラ層序をステップＳ６で構築する。ステップＳ４のＥＳＲ測定により、レス堆積物の起源（レス起源）の石英であるとの結果が得られた場合、ステップＳ７でレス起源の土壌に対して遊離酸化鉄分析を実施する。
遊離酸化鉄分析の結果、ステップＳ８で結晶化指数が０.５以上であるか０.５未満であるかが判断される。ステップＳ８で結晶化指数が０.５未満であると判断された場合、ステップＳ９でレス起源の土壌は黄褐色森林土（ＹＢ）もしくは褐色森林土（Ｂ）であると判断される。また、ステップＳ８で結晶化指数が０.５以上であると判断された場合、ステップＳ１０で活性度が０.４未満であるか０.４以上であるかが判断される。
ステップＳ１０で活性度が０.４以上であると判断された場合、ステップＳ１１でレス起源の土壌は褐色森林土（Ｂ）であると判断される。ステップＳ１０で活性度が０.４未満であると判断された場合、ステップＳ１２でレス起源の土壌は赤色土（Ｒ）である、即ち、１２.５万年以上経過した土壌であると判断される。
これにより、レス起源の土壌が形成された年代が判定され、判定された年代に基づいて土壌に存在する断層が活断層であるかを評価することができる。例えば、１２.５万年以上経過した土壌である赤色土（Ｒ）であると判定された場合、レス起源の土壌に覆われている断層は活断層ではないと評価することができる。また、断層が存在する土壌が、例えば、１２.５万年未満の土壌である黄褐色森林土（ＹＢ）もしくは褐色森林土（Ｂ）であると判定された場合、レス起源の土壌に存在する断層は活断層であると評価される。
従って、評価対象の地域にテフラが分布していない地層であっても年代の評価を高い信頼性で行い、断層が活断層であるかを的確に評価することが可能になる。
ステップＳ３における土壌（堆積物）から微細な石英を抽出する（単離する）手法を説明する。図２にはＸ線回折の結果を示してある。
風成堆積物の起源として黄砂のような大陸からの広域風成塵（レス）が考えられ、レスには石英粒子が多く含まれている。石英粒子の酸素空孔は、自然放射線に被曝することにより酸素原子が抜けて酸素空孔が生じる。酸素空孔は自然放射線に曝された時間によりその量が増えるため、石英粒子の酸素空孔量を検証（ＥＳＲ測定）することにより、レスの起源を推定することができる。
ＥＳＲ測定に先立って、土壌（堆積物）から微細な石英を抽出する。石英の抽出は、６０℃で４８時間乾燥させた土壌（試料）約５ｇを秤量し、以下に示した（１）から（６）の工程に基づいて実施される。
（１）酸化処理工程
３０％の過酸化水素水を１００ｍＬ加え、発泡反応が治まるまで静置する。ホットプレート上で、約１００℃で加熱し、完全に蒸発しないように加水しながら６時間加熱し、有機物を溶解・除去する。
３０％の過酸化水素水を１００ｍＬ加え、発泡反応が治まるまで静置する。ホットプレート上で、約１００℃で加熱し、完全に蒸発しないように加水しながら６時間加熱し、有機物を溶解・除去する。
（２）第１のアルカリ溶解工程
２０％の水酸化ナトリウム溶液を１００ｍＬ加え、加温して静置する。上澄みを廃棄して蒸留水で洗浄し、生物起源のケイ酸塩、腐植酸を溶解・除去する。
２０％の水酸化ナトリウム溶液を１００ｍＬ加え、加温して静置する。上澄みを廃棄して蒸留水で洗浄し、生物起源のケイ酸塩、腐植酸を溶解・除去する。
（３）第２のアルカリ溶解工程
２ｍｏｌの炭酸ナトリウム溶液を１００ｍＬ加え、ホットバス内で８５℃、５時間加熱して静置する。上澄みを廃棄して蒸留水で洗浄し、第１のアルカリ溶解工程で溶解しきれなかった生物起源のケイ酸塩を溶解・除去する。
２ｍｏｌの炭酸ナトリウム溶液を１００ｍＬ加え、ホットバス内で８５℃、５時間加熱して静置する。上澄みを廃棄して蒸留水で洗浄し、第１のアルカリ溶解工程で溶解しきれなかった生物起源のケイ酸塩を溶解・除去する。
（４）第１の酸分解工程
６Ｎ塩酸を５０ｍＬ加え、ホットバス内で１００℃、６時間加熱して静置し、上澄みを廃棄して蒸留水で洗浄し、主に、炭酸塩鉱物を溶解・除去する。溶液を中性にするための洗浄は、十分な量の蒸留水を加え、遠心分離により上澄み液が透明になるまで試料を沈降させる作業を３回以上繰り返す。
６Ｎ塩酸を５０ｍＬ加え、ホットバス内で１００℃、６時間加熱して静置し、上澄みを廃棄して蒸留水で洗浄し、主に、炭酸塩鉱物を溶解・除去する。溶液を中性にするための洗浄は、十分な量の蒸留水を加え、遠心分離により上澄み液が透明になるまで試料を沈降させる作業を３回以上繰り返す。
（５）第２の酸分解工程
予め粉末石英に２４時間浸かし、石英を飽和させた３０％の珪フッ化水素酸を１００ｍＬ加え、１２時間に１回程度攪拌しながら、常温で７２時間静置し、上澄みを廃棄して蒸留水で洗浄し、石英以外の非磁性鉱物、特に、長石類を溶解・除去する。溶液を中性にする洗浄は、十分な量の蒸留水を加え、遠心分離により上澄み液が透明になるまで試料を沈降させる作業を６回以上繰り返す。
予め粉末石英に２４時間浸かし、石英を飽和させた３０％の珪フッ化水素酸を１００ｍＬ加え、１２時間に１回程度攪拌しながら、常温で７２時間静置し、上澄みを廃棄して蒸留水で洗浄し、石英以外の非磁性鉱物、特に、長石類を溶解・除去する。溶液を中性にする洗浄は、十分な量の蒸留水を加え、遠心分離により上澄み液が透明になるまで試料を沈降させる作業を６回以上繰り返す。
（６）第２の酸分解工程の処理を行った後、（１）酸化処理工程、（３）第２のアルカリ溶解工程、（４）第１の酸分解工程、（５）第２の酸分解工程の順で処理を行い、石英が抽出できているか（単離できているか）確認を行う。
Ｘ線回折の結果を示す図２に示すように、（１）から（６）の処理を行った試料のＸ線回折の結果、石英（Ｑｚ）の強度のピークが顕著に現れていることが確認された。これにより、土壌（堆積物）から微細な石英を抽出できていることが確認された。
土壌（堆積物）から抽出した微細な石英に対し、ステップＳ４のＥＳＲ測定を行い、土壌（堆積物）の起源を検証する。つまり、石英粒子の酸素空孔量を検証（ＥＳＲ測定）することにより、レスの起源を推定する。
堆積物の起源を推定するための酸素空孔量は、ＥＳＲ測定結果のうち、Ｅ１′格子欠陥（Ｅ１′中心）から求められる。ＥＳＲ信号のうち石英の代表的な信号の一つにＥ１′中心がある。Ｅ１′中心は石英の結晶中にあった酸素原子の抜け穴（酸素空格子）に、結晶が放射線を浴びることでできた不対電子が捉えられることで形成される。つまり、石英中の酸素空格子の量が多いほど、不対電子の量が多くなる。
酸素空孔量のデータは、第四紀火山岩分布域、第三紀岩分布域、中生界・古生界分布域、先カンブリア紀岩分布域、中国黄土、韓国黄土、日本列島のレス・レス質土壌の分類によりテーブル化されている。
テーブル化されたデータに基づき、土壌（堆積物）から抽出した微細な石英のＥＳＲ測定の結果（酸素空孔量）を検証する。酸素空孔量が、例えば、先カンブリア紀岩分布域のレスと酸素空孔量が一致すれば、土壌は、先カンブリア紀露岩域を起源とするレス（黄砂等の大陸起源のレス）であると判断することができる。即ち、ステップＳ４でレス起源であると判断することができる。
ステップＳ４でレス起源であると判断された場合、遊離酸化鉄分析が実施される。
図３に基づいて遊離酸化鉄分析の結果について具体的に説明する。図３には（全遊離鉄量Ｆｅｄ−非晶質鉄量Ｆｅｏ）/全鉄含量Ｆｅｔである結晶化指数と、（非晶質鉄量Ｆｅｏ/全遊離鉄量Ｆｅｄ）である活性度との関係により土壌の形成年代を分類したテーブルを示してある。遊離酸化鉄分析を行うことで、レス起源であると判断された土壌の形成年代を判断することができる。
土壌がレス起源であると判断されたことは、黄砂のように、供給源から飛来した風成物質が堆積しながら土壌化を被ってきたと考えることができる。このことは、例えば、形成年代の異なる段丘において、被覆する風成堆積物の最下部層準の土壌化（赤色土化）の程度を調べることで、土壌の形成年代を判断することができることを示している。
遊離酸化鉄は、試薬によって選択的に溶解して抽出された酸化鉄の存在形態によって、例えば、酸性シュウ酸塩可溶鉄（非晶質鉄量：Ｆｅｏ）、ジチオナイト可溶鉄（全遊離鉄量：Ｆｅｄ）に区分される。ジチオナイト可溶鉄（全遊離鉄量：Ｆｅｄ）と酸性シュウ酸塩可溶鉄（非晶質鉄量：Ｆｅｏ）の差（Ｆｅｄ−Ｆｅｏ）が結晶質遊離酸化鉄の指標とされる。
結晶質遊離酸化鉄の指標である（Ｆｅｄ−Ｆｅｏ）を全鉄含量Ｆｅｔで除したものが、土壌の形成年代との間で相関が良いとされている結晶化指数であることが知られている。
結晶化指数＝（全遊離鉄量Ｆｅｄ−非晶質鉄量Ｆｅｏ）/全鉄含量Ｆｅｔ
結晶化指数＝（全遊離鉄量Ｆｅｄ−非晶質鉄量Ｆｅｏ）/全鉄含量Ｆｅｔ
また、遊離酸化鉄の活性度（非晶質鉄量Ｆｅｏ/全遊離鉄量Ｆｅｄ）は、結晶化指数と同様に、土壌の形成年代との間で相関が良いとされている。
図３に示すように、縦軸に活性度をとり、横軸に結晶化指数をとった場合、結晶化指数が０.５以上の場合の領域が赤色土（Ｒ）の領域であることが知られている。また、活性度が０.４未満の場合の領域が黄褐色森林土（ＹＢ）または赤色土（Ｒ）の領域であることが知られている。
このため、レス起源であると判断された土壌の遊離酸化鉄分析を行い、結晶化指数が０.５以上であった場合、分析を行った土壌は、赤色土（Ｒ）の領域であると判断される。ただし、結晶化指数が０.５以上の領域には、活性度が高い領域（０.４以上の領域）で赤色土（Ｒ）から外れる領域が存在するため、結晶化指数が０.５以上であり、且つ、活性度が０.４未満であった場合、分析を行った土壌は、赤色土（Ｒ）の領域であると判断される。
つまり、レス起源であると判断された土壌が遊離酸化鉄分析により、例えば、１２.５万年以上経過した土壌である赤色土（Ｒ）であると判定され、レス起源の土壌に存在する断層は活断層ではないと評価することができる。
また、レス起源であると判断された土壌の結晶化指数が０.５未満であり（例えば、０.４５）、活性度が０.４未満（例えば、０.３）であった場合、図中○印で示す位置となり、分析を行った土壌は、黄褐色森林土（ＹＢ）であると判定される。このため、レス起源の土壌に存在する断層は１２.５万年に至らない土壌であると判断され、レス起源の土壌に存在する断層は活断層であると評価することができる。
火山起源の鉄鉱物が多いところでは、土壌化によって生じる遊離酸化鉄の形成に影響が大きいが、南西諸島に分布する風成堆積物は、火山起源の鉄鉱物の影響を考える必要がないことが知られている。南西諸島の喜界島は、１２万年前以降に形成されたサンゴ礁段丘が５段分布し、約１０万年前に形成した段丘を覆う風成堆積物（約３万年前以前で１０万年前以降の堆積物）が存在している。
喜界島の風成堆積物を試料として石英を抽出し、抽出された石英をＥＳＲ測定することにより、レス堆積物の起源の土壌に含まれた石英であるか否かを判断し、レス堆積物の起源の土壌に対して遊離酸化鉄分析を行なった場合、結晶化指数が０.４２から０.４８となる結果が得られたことが確認されている。つまり、黄褐色森林土（ＹＢ）に区分されることが確認されている。
赤色土（Ｒ）に区分されるには（赤色土の形成には）、１２．５万年が必要とされている。約３万年前以前で１０万年前以降の堆積物である試料を用いた際に、赤色土（Ｒ）に近い黄褐色森林土（ＹＢ）に区分された結果となり（赤色土が形成される前とされた結果となり）、南西諸島の赤色土は土壌化（赤色土化）が不十分である結果となる。従って、赤色土（Ｒ）に区分されるには１２．５万年以上の時間が必要と考えられている点に一致し、上述した実施例の評価方法が的確であることが示された結果となっている。
上述した活断層の評価方法は、評価対象の地層が、大陸の黄砂が由来となる地層（レス堆積物）であるか否かを判断し、レス堆積物であると判断された際には、レス堆積物に基づいて、断層が活断層であるかを評価することができる。このため、評価対象の地域にテフラが分布していない地層であっても年代の評価を高い信頼性で行って活断層の評価を行うことが可能になる。
本発明は、活断層の評価方法の産業分野で利用することができる。
Claims (5)
- 断層を被覆する土壌から石英を単離し、
単離された石英を電子スピン共鳴測定することにより、レス堆積物の起源の土壌に含まれた石英であるか否かを判断し、
前記電子スピン共鳴測定により、レス堆積物の起源の土壌に含まれた石英であると判断された際に土壌がレス堆積物であると判断し、
レス堆積物の起源の土壌に対して遊離酸化鉄分析を行い、レス堆積物の起源の土壌が形成された年代を判定し、
判定された年代に基づいて断層が活断層であるかを評価する
ことを特徴とする活断層の評価方法。 - 請求項１に記載の活断層の評価方法において、
遊離酸化鉄分析は、
（全遊離鉄量Ｆｅｄ−非晶質鉄量Ｆｅｏ）/全鉄含量Ｆｅｔ
である結晶化指数が０.５以上の場合に赤色土であると判断して土壌が形成された年代を判定する
ことを特徴とする活断層の評価方法。 - 請求項２に記載の活断層の評価方法において、
遊離酸化鉄分析は、前記結晶化指数による判断に加え、
（非晶質鉄量Ｆｅｏ/全遊離鉄量Ｆｅｄ）
である活性度が０.４以下の場合に赤色土であると判断して土壌が形成された年代を判定する
ことを特徴とする活断層の評価方法。 - 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の活断層の評価方法において、
石英の単離は、
有機物を溶解・除去する酸化処理工程、
生物起源のケイ酸塩、腐植酸を溶解・除去する第１のアルカリ溶解工程、
生物起源のケイ酸塩を溶解・除去する第２のアルカリ溶解工程、
主に炭酸塩鉱物を溶解・除去する第１の酸分解工程、
石英以外の非磁性鉱物を溶解・除去する第２の酸分解工程が実施される
ことを特徴とする活断層の評価方法。 - 請求項４に記載の活断層の評価方法において、
石英の単離は、
酸化処理工程、第１のアルカリ溶解工程、第２のアルカリ溶解工程、第１の酸分解工程、第２の酸分解工程を経た後、酸化処理工程、第２のアルカリ溶解工程、第１の酸分解工程、第２の酸分解工程の順で処理を行う
ことを特徴とする活断層の評価方法。
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