地 震 第2輯

第46巻 (1994) 371-379頁

日本列島の重力異常陰影図

(II) フ ォ ッサ マ グナ周 辺 の重 力 異 常 陰影 図 と地 質 構 造

金沢大学理学部地学教室*工 藤 健 ・河 野 芳 輝

Shaded Relief Gravity Anomaly Maps over the Japanese Islands

-(II) Comparison of the Shaded Relief Maps with Geological,

Geophysical Features in and around the Fossa Magna, Central Japan-

Takeshi KUDO and Yoshiteru KoNo

Department of Earth Sciences, Faculty of Science, Kanazawa University,

Kakuma-machi, Kanazawa 920-11, Japan

(Received August 11, 1993; Accepted October 20, 1993)

With an aid of geophysical and geological information, we discussed relationships betweencharacteristic patterns of the shaded relief maps of gravity anomalies and subsurface structures inand around the Fossa Magna region, central Japan. Lineament-like distributions of gravity anomaliesare one of the characteristic patterns in the shaded relief gravity anomaly maps in this area. Suchlineaments of gravity anomalies are presumably caused by fault like structures which are covered bythick sediments or volcanic products. A very large (about 80 km) gravity depression is also clearlyappeared over the Kanto-Plain. This depression represents a basin structure in this area. The shadedrelief maps are also suggesting a number of pull-apart structures of basement rocks. We alsoexamined relationships between distribution of shallow earthquakes and lineament-like patterns ofgravity anomaly. Although we could not find apparent correspondence between the linearment-likepatterns and smaller earthquakes, better correspondence for larger, magnitude grater than 6.0, ones.These results presumably indicate that the shaded relief maps provides new tool for exploring hiddenfaults and other subsurface geologic structures.

Key words: Gravity anomaly, Shaded relief map, Fossa Magna.

§1. は じ め に

前報(1)[工 藤 ・河野(1993)](以 下(1)と 記 す)に お い

て は, 日本列島全体の重力異常分布 の起伏 を陰影図 と し

て示 した. これ によって, 多 くの重力異常分布 の特徴が

従 来 の コ ンター図 に よる もの よ り も視 覚的 に明 らか に

な った. 本報告で は(1)で紹介 した陰影 図を基に, フォッ

サマ グナを含む 日本列 島中央部(北 緯34度40分 ～38

度, 東経137度 ～141度)の 重力異 常分布のい くつかの

特徴 を抽 出 した. この地域 について, 地質学 的情 報 と重

力異常 の起伏 とを対比 し, 地下 の密度 分布 と地表に現れ

た現象 との関係 を推論 する. また, 地震活動 との関係 も

調査す る. 解析範囲 と地形概略 をFig. 1に 示す.

§2. 重力異常陰影図の性質

本研究 で用 いた重力異常陰影図 は, (1)で述べ たように

ある方向 につ い唖ての重力異常 の傾斜 の大 きさを色 の濃淡

で示 した もので ある. 言 いか えれ ば, 一方向 における水

平微分図 と同等 のもので ある .こ れ に対 して, 重力異常

⊿gの 勾配 の大 き さ(∂ ⊿g/∂x)2+(∂⊿g/∂y)2の み を求

め, その分布を コンターな どで表す方法 もあ る.

前者の方法 は, 重力異常分布の起伏の様子が視覚的に

理解 し易 い反面, 仮定 した光の方向 と同 じ方向性を もっ

た構造 は表現 されに くい とい う欠点があ る. この問題を

克服 す るために は, い くっかの方向に光源を仮定 したそ

れぞれの図を併 用 しなければな らない. 後者 の方法 は,

方 向によ らない微分量 の大 きさのみを比較 で きるかわ り

に, 傾斜方 向に関 する情報 が失 われる. この問題 に対 し*〒920-11金 沢市 角間町

372 工藤 健 ・河野芳輝

ては, 傾斜 の様子 を示 すベ ク トルを重 ね るなどで改善 す

ることができ るであろ う.

本研究 は, 重力異常 の分布 か ら, 地下構造 の三次元的

な形態 を認識す る ことに主眼 をお くため, 前者 の陰影図

による方法 を用 いた. また, 上述 の問題点 を克服す るた

め, 光源 を30度 ずつ変化 させた複数 の陰影 図を作成 し

解析を行 った.

§3. 重力異常陰影図 に現れた線構造

重力異 常陰影図 にお いて, 明 あるいは暗を示す地域 が

連 続 し, したが って線状 に見え る状態を ここで は “線構

造 ”と呼 ぶ ことにす る. Fig. 2は ス ラブの重 力効果 を補

正 した重 力異常 陰影 図であ る. Fig. 2-A(光 源西方)や

Fig. 2-B(光 源北方)に 示 した陰影 図には, その様 な多数

の線構造 を認 め ることがで きる. 前報 では これ らの線構

造 を “斜面”状線構造, “尾根”状線構造, “谷”状線構

造 の3種 類 に分類 した. それぞれの線構造 とそ こか ら推

定 され る地下構造 との関係 は前報 のFig. 5を 参照 され

たい. これ ら3種 類 の線構造 を陰影図上 で トレース して

み るとFig. 3の 様 にな る. より大胆 に引 けば もっと多 く

の線を引 くことがで きるが, 相対的 に精度 の低 いデータ

の混入, 測定点密度が地域 によつて異 なること, データ

処理上の問題か ら見掛 け上生 じて いる危険性が ある微妙

な変化 は除外 し, 顕著 な ものに限 つた. 前報 のFig. 5に

示 したモデルか らも, これ らの線構造 の直下で は, 地下

構造 の “段差”あるいは “切断面”, すなわち断層的な構

造が存在す る可能性が高 い.

一般 に, 重力異常陰影図 に現れた線構造 は, 既 知の地

質構造線や断層 などとある地域で は良 く対応 してい るよ

うに見え る. しか し地質構造線や断層が見 られない地域

で も多 くの線構造が現れてい る.

§4. 重力異常陰影図にみる本地域 の重力異常分布の

特徴

本研 究 の解析 範囲 には糸 魚川-静 岡構造線 や中央構造

線 な どの重要 な地質構造線, 関東平野 や新潟平野 などの

広大 な沖積平野, 赤城 山, 泰名 山や八 ケ岳 などの第四紀

火 山, それ に柏崎→眺子線[山 下(1970)]や 直江津一銚子

線[河 野(1988)]な どの重要な推定構造線 などが多数

存在 して いる. この様 に この地域 は日本列 島の地球科学

において重要 な地域 であると共 に, 後述す るように東京

都 の北部, 関東平野 中央部 を横切 る重力異常 の巨大 な変

化帯が存在す るので地震, 防災 の面 か らも重要で ある.

ここで は, Fig. 2に 現 れた特徴 を, 他の地球科学的観測

あ るいは観察事実 と比較 し記載す る.

Fig. 2-Aは, 関東山地か ら関東平野への急激な基盤 の

Fig. 1. Topography of the central part of the Japanese Islands. Thick lines indicate the studied area in

this paper.

日本列 島の重力異常陰影図 373

Fig. 2. Shaded relief maps of gravity anomalies over the central part of the Japanese Islands. Arrowsindicate "light" directions of the maps. (A) "Light" direction is from west to east. (B) "Light"direction is from north to south.

374 工藤 健 ・河野芳輝

落込み を示 している. また, 西南 日本の中央構造線, 糸

魚川-静 岡構造線 やそ の他 の断層 は, 重 力異常 の狭 い溝

と して地表か らは見 えない部分 に も延長 して いる事が よ

り鮮明 にわか る様 にな った. 光 源を北方にお いた場合の

陰影図(Fig. 2-B)で は, 先の図 と違 って, 高い重力異常

が分布す る八溝 山地 ・筑波 山周辺 の西部での西方向への

落込 みや, 関東 山地北縁部 での北 方向への落 ち込み など

が明瞭 に現 れている.

Fig. 3に おいて, 主な線構造 に番号(1)～(9)を 付 した.

また次節 で説 明す るFig. 4, 5で も, それ らと対応す る地

質構造線, 断層 には同 じ番号 を付 記 した.線 構造の分布

は, 北か ら順 に棚倉構造線((1))直 江津→眺子を結んだ線

(後述 する直江津-銚 子線((2))), 糸魚川-静 岡構造線((3))

によ って区分 されてい るよ うに見え る. さらに これ らと

は別 に, 北 か ら, 柏 崎, 上 田, 八ケ岳, 諏訪, 天竜川を

結 んだ線 にそ って一連 の線構造((4))を 追 うことがで き

る.

4.1 断層 との一般的関係

活断層[活 断層研究会(1991)]の 分布 をFig. 4に 示 し

た. 縮尺150万 分 の1の 図上で活断層 と線構造(Fig. 3)

の位置関係を比較 してみ た. 両者が平行でかっ2km以

内 に位置す るものを一致 したとみ な したところ, 約180

本 の線構造 の うち約40本 がの活断層 と対応 した. それ

ら線構造 に対応 した活断層名 を活断層分布図 の地図番号

と断層番号 とともにTable1に 示 した. また, 地質調査

所(1987)に よる100万 分 の1日 本地質図か ら断層 を抜

粋 した図をFig. 5に 示す. 活断層 の時 と同様 に約180

本 の線構造 との対応 を見 る と, 地質図上 の約30本 の断

層 と対応 した. 対応 した比率 は, 活断層が約22%, 地質

図 に現れ た断層が約17%程 度 だか ら, どち らも広 い範

囲 にわ た って良 く対応 して い るとは言 えな い. す なわ

ち, Fig. 3の 多 くの線構造 は既存の活断層図や地質図 に

記載 され てい る断層 とは対応 してい ない. しか しなが

ら, 線構造 と断層の分布パ タ一ンは多 くの場合平行 して

い る.

Fig. 3. Distributions of lineament-like patterns of the gravity anomalies and epicenters [after UTsu

(1982, 1985)] of the magnitudes larger than 6.0, which occurred after 1885.

Gravity "Cliff"Gravity "Valley"Gravity "ridge"

1D Tanagura Tectonic LineNaoetsu-Choshi Line

Q3 Itoigawa-ShizuokaTectonic Line

IIIK'JII Tenrvu-Kashiwazaki Line

Q5 Median Tectonic LineGravity Lineaments in and

around the Tanzawa MountainsShirakawa-Moka LineAkaishi Tectonic Line

Q9 Atera Fault0 Epicenters (1885- M6.0)

日本列 島の重力異常陰影図 375

断層 と対応 した線構造 は一般 に, 記載 された断層 の長

さより も長 く分布 している. この ことは, 記載 された断

層の実体 は地表 に現 れた ものよ りも長 く地下 で延長 して

いることを示唆 している. さ らに, 断層 が記載 されてい

な い地域 にも, 多 くの同様 な線構造 が存在 する. これ ら

は地表 に姿 を現 していないか, あるいは, 現在発見 され

ていな い断層構造で ある可能性が高 い. ただ し, それ ら

が活断層であ るか どうか は, 本研究 のみで は判別 できな

い.

これ とは逆 に, 断層 は記載 されて い るに もか かわ ら

ず, 対応す る重力異常線構造が確認 されない地域 も, 少

数 であ るが存在す る. 例え ばFig. 5に お ける赤石山地内

の北北 東一南南西方向の断層群, 阿武隈山地内の南-北 方

向のい くつかの断層な どがそれ にあた る. この様 な断層

につ いて は, (1)断 層両側 の物質 の密度差 が非常 に小 さ

い, (2)断層面が地表付近 に しか存在 しない, (3)低角の断

層 であ る, (4)上下方向の変位量の少な い断層であ るなど

い くつかの解釈 がで きる. ただ し, 赤石山地 は本研究範

囲 内で最 も重 力測定点 の少ない地域 であ る(前 報(I)の

Fig. 1参 照). そのため, 重力デー タを補充 し, この地域

の解像度 を上 げ ることで新 しい線構 造が発見 され る可能

性 も残 されている.

42主 な地質構造線や地質境界 との関係

この地域 の代表 的地質構造線 であ る棚 倉構造線((1)),

糸魚川一静 岡構造線((1)), 中央構造線((5))な どと, Fig. 3

の線構造 とはかな り良 く対 応 してい る. 主 な地質学 的特

徴 と重 力異常線構造 との関係 を以下 に示す. ただ し, こ

こではFig. 3に 示 したよ うな顕著 な線構造 に加 えて, や

や弱 い線構造 であ って も連続性 のよい線構造 も考慮 にい

れて議論 を進 め る.

42.1 棚倉構造線((1))

棚倉構造線 中央部, 特 に猪苗代湖南東側 では, 顕著 に

幅 の狭 い(数km)尾 根状線構造が40km以 上連 なって

いる. この構造線 の南東部 は, これよ り数倍幅 の広 い谷

状線構造 とな っている.

4.2.2 関東山地

三波川帯 の高密度変成岩類 に起因す ると考 え られ る高

い重力異常 を示す地域が東西方向 に分布 して いる. その

南縁 と北縁 は, 斜面状線構造で区切 られて いる. 北縁 は,

地質学的 に求 あ られ た関東山地 の北縁 に相当す る. 南縁

は三波川帯 と秩父帯の境界であ ることが予想 され るが,

地質図上の境界線 とは一致 しな い. Fig. 2-Bは, 三波川-

秩 父 帯 境 界 が 地 下 で は地 表 で 観 察 され る もの よ り

数km～10km南 に位置す る事 を示唆 している. また,

吉見 変成岩 類 を産 出す る吉見 丘陵地 域(関 東 山地北 東

端)は, 三波川帯に対応す る高重力異常分布の延長 とし

て捉え ることがで きる. これ は, この地域 が三波川帯 の

東方延長であ ることを強 く示唆 してい る. また, その東

Fig. 4. Active faults in the central part of the Japanese Islands after the Research Group for ActiveFaults of Japan (1991).

376 工藤 健 ・河野芳輝

Table 1. Active faults correspond to gravity lineaments. Fault and map numbers are after the Re-

search Group for Active Faults of Japan (1991).

日本列島の重力異常陰影図 377

方への延長が関東平野の下に存在していることが陰影図

に明確に現れている.

42.3 伊豆半島北端から丹沢山地に分布する線構造

群((6))

丹沢山地と関東山地の境界域には, 顕著な谷状線構造

が分布する. それを北東縁とし, 伊豆半島の付け根を中

心とした半円状の線構造群がみられる. この線構造群の

西縁は, 糸魚川一静岡構造線南部にあたる. 富士山直下に

糸魚川一静岡構造線中央部に対応する線構造の延長が伸

びているように見えることは興味深い.

42.4 糸魚川一静岡構造線((3))

地質学的に求あられた糸魚川一静岡構造線に沿って重

力異常の狭い溝が対応する. 幅は10～20kmで ある.

全体的傾向として, 構造線上では周囲より20mga1程

度低い値を示す. 諏訪湖より北では, 東側が顕著な西向

きの斜面状線構造になっている. Fig. 3の 線構造分布を

みると, 糸魚川一静岡構造線南部は, 前述の伊豆半島を取

り巻く半円形の線構造分布の一部としてとらえる事がで

きる. このように, 重力異常からは, 糸魚川-静岡構造線

に伴う断層は, 甲府盆地を境に北側と南側では別の断層

系のようにも見える.

42.5 中央構造線((5))

糸魚川一静岡構造線以西は溝状線構造と一致する. 地

質学的には, 中央構造線は糸魚川一静岡構造線の東側で

大きく南東方向へ屈曲し関東山地北縁へ至ると推定され

て いる. ただ し, フォ ッサマグナ地域や関東山地の北側

で は基盤岩の露出が ないため, 中央構造線北側 に分布す

るとされ る領家帯(主 と して カコウ岩類)は 発見 されて

いな い. Fig. 2-Bの 陰影図な ど, 重力異常分 布か らも,

中央構造線 は諏訪湖の辺 りか ら関東山地北縁を経て吉見

丘陵北東縁の数10km東 方 まで延長 して いることが想

定で きる.

42.6 白河-真 岡線((7))

山下(1970)に よって推定 された白河一真岡線に対 応 し

て, 西落 ちの大規模 な斜面状線構造が存在す る. 30km

西方に はほぼ平行に東落ちの斜面状線 構造が存在す る.

これは矢板一宇都宮線(山 下(1970)に よる推定構造線)

に対 応す る. 両者 に はさまれた地域 の重力異常 はほぼ平

坦 で低 く, 基盤 の裂け目の様 に見え る.

42.7 明石裂線((8))

明石裂線 を境 に, 東西 で重力異常値 が大 きく異 なる.

東側 が10mgal以 上落 ち込んでお り, 密度差0.5g/cm3

の基盤面 を想定 して も, 落差 は500m以 上 となる.

42.8 阿寺断層((9))

阿寺断層 は谷状線構造 と対応 している. 阿寺断層 の南

東端 を20km延 長 した地域 に同 じ方向性 の断層(下 条

山麓断層[活 断層研究会(1991)])が み られ, これ も線構

造 とよ く対応 して いる. これ らの断層 をっ な ぐように分

布 す る弱 い線構 造 を含め る と百数 十kmに わた る一 連

の線構造群 となる.

Fig. 5. Distribution of geologic faults after geological survey of Japan (1987).

378 工藤 健 ・河野芳輝

42.9 日本 列 島を横 切 る線構 造(仮 称 「天竜-柏 崎

線」)((4))

糸魚川-静 岡構造線 な どのほか に, 顕著 に長 く連 な る

線構造 と して, 柏崎か ら南西方向 に延長 し上 田, 諏訪周

辺を経て天竜川河 口に至 る東落 ちの線構造 が新 たに浮 か

び上が って きた(Fig. 2-A). この線構造 の南半分 は, 上

述の赤石裂線 と対応す る. 一方, 糸静線 か ら北 の フォッ

サマ グナ地域内の線構造 と対応す る地質構造線 は知 られ

ていない. 強 いて地質 との対応 を求 あれば, 八 ケ岳 や白

根山な ど第四紀の火山の並 びが ほぼ対応す る. この一連

の線 構造を, 両端の地名を取 って, 「天竜一柏崎線」 と名

付 けることにす る.

42.10 直江津一銚子線((2))

「直江津づ挑子線」は, 「南東部で は最大級 の重力異常急

変帯 と して, 北西部で はブーゲ異常分布 の正負 が大 きく

食 い 違 う境 界 線 と して 現 れ て い る」 こ とか ら, 河 野

(1988)が 提唱 した推定構璋線 である. その位置 は, 直江

津, 前橋, 銚子を結んだな め らか な円弧上 に推定 された.

そ の 後 重 力 デ 一 タ を補 い, ス ラ ブ に よ る重 力 効 果

[FURUSE(1990)]を 差 し引いた ことによ り, この線周辺

の特徴が飛躍的 に明 らか にな った. Fig. 2Bの 陰影図で

は, 直江津→眺子線の南東部 には, この線 と同 じ方 向性 の

谷状線構造群が, 中央部(前 橋市周辺)で は両側 に斜面

状線構造 が向かい合 って存在す る. この ような斜面状線

構造 に挟 まれた地帯 は, 基盤 の溝 と考え られ る. 溝の南

縁 は, 関東山地 北縁に相当す る重力異常の斜面状線構造

であ る. 北縁 は, 足尾 山地南西縁 に分布す る斜面状構造

であ る. このよ うに, 溝の両 側 は重力異常の崖 とな って

お り, 双方 の崖 は この地域 で はほぼ平行 に分 布 してい

る. Fig. 2の 陰影図では, この溝 は, 関東 山地 が東北 日

本 か ら南西方向に引 き裂かれたために生 じたよ うに見え

る.

43 線構造 と地震活動 との関係

国立大学観 測網地震 カ タログ[東 京大学 地震研究所地

震予知観 測情報 セ ンター(1989～1993)]に よ る微小地

震活動(1985年7月 ～1989年)の 震 源位 置をプ ロッ ト

した図をFig. 6に 示す. ここで は, 地殻内上部 で起 きた

地震(20km以 浅)と の比較を行 ったが, 線構造 との対

応 はあま りみ られない. 42.9の 線構造(天 竜-柏 崎線)上

や, 長野盆地 か ら十 日町盆地 にかけての信濃川屈 曲地帯

の線構造上 に部分的 な対応 がみ られる程度 である. ただ

し, 地震 デー タの量 も充分 とは言 えないので, よ り多 く

のデ ー タと照 合す る ことが, 今 後 の課題 と して残 され

た.

一方, 宇津(1982, 1985)に よる1885年 以降の マグニ

チュー ド6.0以 上 の震央分布 をFig. 3に 線構造分布図 と

Fig. 6. Epicenters with depth shallower than 20km, which occurred during the period 1985 through1989, by using Japan University Network Earthquake Catalog [Earthquake Prediction Data Center,Earthquake Research Institute, University of Tokyo (1989-1993)] data.

日本列島の重力異常陰影図 379

重ねて示 した. 東京湾周辺 を除 くと, 前述 の微小地震 に

比べてか なり良 く対応す るように見 える.

重力異常陰影図が示す顕著 な線状構造 は, 地殻 内上部

の断層構造 に起因す るものが多 くを占めて いると予想 さ

れ る. も し, これ らの線状構造 と震源分布が対応 しない

とす ると, 地殻内地震が起 こる場 につ いて の議論 はいっ

そ う難解な もの とな る.

§5. 結 論

本論文で はフォ ッサ マグナ周辺域の重力異常陰影図 に

見 られ る線構 造が, 地殻上部の切断面 また は物質境界 に

起 因す ると考え, 地 表で確認 された断層構造の情報 など

と照 合を行 った. これによ ってい ままで知 られて きた断

層構造 の地 表面 下での延長の方向や量, 地形 ・地質学的

手 法 では確認 され てい ない断層 を検 出す るこ とが で き

た. 特 に, 糸魚川一静 岡構造線 と直江津一銚子線 で挟 まれ

た地域 は, 関東 山地 を除 く大部分 が新期 の火山噴出物や

堆積物 に覆 われてい る. このため, 地表 の観察 か ら地下

構造 を議論 する ことは非常 に困難 であ った. この様な地

域 は, 断層の空 白域 となっている(FigS. 4, 5参 照)が,

重力異常線構造(Fig. 3)は, その他 の地 域 と同様な密度

で分布 している. これは この地域 の地下 に も断層構造 が

堆積物等 に埋 もれて多数存在 す ることを示 唆 してい る.

重力異常 の細 かい起伏 は, 第一近似 としては, 表層 を

構成す る物質 と, 顕著 に密度 の大 きい基盤岩 との境界面

の起伏 に起因 している. そ こで, 陰影図 によ って表現 さ

れ た映像 は, 基盤構造 その ものの形態 を透視 した もの と

みなす ことが で きる. この様 に重 力異常 陰影 図を解釈 す

ると, これまで地形図 や航空写真 を用 いて行 われて きた

断層解析, 構造運動推定 などと同様 の解析 が地下構造 の

レベルで実現可能 になったとい うことがで きよ う. 宇都

宮市周辺 や直江津団銚子線中央部 が基盤 の裂 け 目に見 え

ることを述べ たが, それ らはこの典型的 な例 である.

この様 に, 重力異常陰影図 は, 本解析地域 の地下 の密

度構造を視覚的 に把握 しやす くしただけで な く, 過去 の

構造運動 の推定等 に も役立 てる ことがで きた. さ らに,

微小地震, 地磁気異常, 深層 ボ一 リング, 人工地震 など

の探査法 を併用 することによって, 地表 の観察 では推定

できなか った新 たな活断層 が発見 されるよ うになると期

待 できる.

謝 辞

データの解析, 論文作成 にあた り, 金沢大学理学部 ・

古本宗充博士, 同 ・長尾年恭博士 に多 くの有益 な議論 を

頂 いた. また, 図の 一部 は同 ・中村健二氏 に清書 をお願

い した. ここに記 して感謝の意を表 します.

文 献

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FURUSE, N., 1990, Gravity contribution due to the

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東京大学 地震研究 所地震予 知観測情 報 セ ンター, 1989～1993, 国立大学観測網地震 力タ ログ(1985年7月

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