国内初の3次元地質地盤図 、地震防災・減災や地質汚染対策に有用
2018-03-29 産総研
ポイント
- 大量のボーリングデータ解析を基に、地層分布を3次元表示する地質地盤図を国内で初めて公開
- 従来の地質図では不可能であった立体図や任意箇所の地質断面図を表示しウェブ上で閲覧可能に
- 地震ハザードマップ、都市インフラ整備、地下水流動・地質汚染調査などでの利活用へ
概要
国立研究開発法人 産業技術総合研究所【理事長 中鉢 良治】（以下「産総研」という）地質調査総合センター【総合センター長 矢野 雄策】は、 地質情報研究部門【研究部門長 田中 裕一郎】情報地質研究グループ 中澤 努 研究グループ長と野々垣 進 主任研究員らが、今回、首都圏のモデル地域となる、千葉県北部地域（柏～成田～船橋～千葉近辺）の3次元地質地盤図を完成させた。この3次元地質地盤図は、平成30年3月30日より、産総研のウェブサイト（「都市域の地質地盤図」https://gbank.gsj.jp/urbangeol/）で公開する予定で、誰でも自由に無償で閲覧できる。
産総研はこれまで、最新の地質研究成果に基づき、日本全国の地質図を地域ごとに作成し、広く一般に提供してきた。しかし、従来の地質図は、地質構造を2次元の平面図や断面図で図示していたため、地表の地質分布は分かるものの、地下の地質構造は分かりにくかった。一方、東日本大震災では、千葉県をはじめとする沿岸域で発生した地盤の液状化が大きな社会問題となるなど、地下の地質構造の情報整備が喫緊の課題となった。また、地下水や地層などの汚染（地質汚染）の対策のために、汚染物質を拡散させる地下水の流れが分かるように、地下の地質構造を詳しく把握することが求められていた。
そこで、産総研は千葉県環境研究センターの協力を得て、千葉県北部地域の地下地質構造の調査を開始した。今回、産総研のボーリング調査に基づく最新の地質研究成果、および千葉県が保有する1万地点以上の土木・建設工事のボーリング調査データに基づいて、地下数10 mまでの地質構造を立体図や任意の箇所の地質断面図として表示できる3次元地質地盤図を国内で初めて公開する。人口が密集する首都圏において、生活や産業の基盤となる地震防災・減災やインフラ整備、地質汚染対策に3次元地質地盤図が利活用されると期待される。
3次元で可視化した地下地質構造
開発の社会的背景
産総研は、最新の地質研究成果に基づき、日本全国の地質図を整備している。しかし、従来の地質図は地質構造を2次元の平面図や地質断面図で図示するものであるため、地表の地質の分布は分かるものの、地下の地質構造はわかりにくかった。特に、都市部など地形が平たんな平野部では、山岳地域など起伏の激しい地域に比べ、地質図から地下の地質構造を理解するのは難しかった。
一方、2011年3月11日の東日本大震災により、千葉県をはじめとする一部の沿岸域や河川沿いでは、地盤の液状化が発生し、大きな社会問題となった。地震による液状化や家屋被害などの状況には地域差があり、各地域の地質構造が被害に影響を及ぼすことが明白となった。また近年、しばしば工場などで使用された有害物質が地下へ漏洩し、地下の地質を汚染する問題が表面化している。汚染物質を拡散させる地下水の流れを知るための、より詳しい地下の地質情報が地質汚染対策で求められるようになってきた。
しかしこれまで、土木・建設工事などを目的とする局所的なボーリング調査は行われてきたが、広域にわたる地下の地質構造を明らかにする調査は充分には行われてこなかった。そのため、都市部地下の地質構造に関する情報整備が強く求められていた。
研究の経緯
2013年、経済産業省は「第2期知的基盤整備計画」の重点項目として、都市部の地質情報の整備に取り組むこととした。同年、それを受け産総研は、独自に実施するボーリング調査と、自治体などが過去に実施したボーリング調査のデータを基に、都市部の広域にわたる地下の地質構造に関して、幾重にも堆積している地層の境界と分布形態を定める情報整備に着手した。
首都圏の調査を効率的に展開するために、関東平野をつくる地層が典型的に分布している、千葉市や船橋市、柏市を含む千葉県北部地域を最初のモデル地域として選定し、調査を開始した。
研究の内容
地下地質構造の解析には、千葉県環境研究センターの協力を得て、千葉県が保有する土木・建設工事のボーリング調査データを活用した。また、産総研は要所でボーリング調査を実施し、地質構造解析の基準となる詳細な地質データを取得した。この両者のデータを効果的に使用し、有機的に結びつけることで、整合性のとれた信頼性の高い地下地質構造の解析が可能となった。
具体的には、千葉県が保有する約1万地点以上の土木・建設工事のボーリング調査データを地質構造解析に活用した。土木・建設工事のボーリング調査データは地層の記載は簡素であるが、大量のデータがあることが大きなメリットとなる。一方、産総研は地質構造解析の基準となる地層区分を定めるため、約20地点で40～120 m程度の掘削深度のボーリング調査を独自に行い、砂層や泥層、砂礫層など、それぞれの地層の分布状況やその年代を特定した。これらのボーリング調査からは、地質構造解析の鍵となる最新の地質学的知見に基づいた高精度な地質情報が得られる。解析においては、産総研のボーリング調査データを軸として、土木・建設工事のボーリング調査データに地層の対比を行うことで、信頼性を高めながら地層の境界面を割り出していった（図1）。
続いて、割り出した地層の境界や分布状況を基に、コンピューター解析によって「3次元地下地質モデル」を構築した（図1右、図2）。これにより、この地域の地下の地質構造を的確に解析でき、地層の3次元的な広がりをパソコン画面上で立体図として表示できるようにもなった。
3次元的な立体図データは、一般的なウェブブラウザーを用いて利用できるため、一般への公開後は産総研のウェブサイトにアクセスすれば、誰でも自由に無料で閲覧できる。立体図以外にも、従来の2次元地質図ではできなかった任意の箇所の地質断面図の表示も可能である。また、地質平面図の基本的な縮尺は2万5000分の1であるが、ウェブ上のズームイン／ズームアウト機能により、興味のあるエリアを拡大して詳細に見ることができる。
図1 地下地質構造の3次元解析手法
図2 3次元地質地盤図の表示例
今回の地層の分布状況の広域調査により、千葉県北部地域では、地層が千葉県東部の太平洋側から西部の東京湾に向かって傾斜していることが明確に示された。また、現在の低地の地下に分布する、約2万年前以降に形成された軟弱な地層（沖積層）や東京湾岸の埋立層の分布状況が以前よりも詳細に明らかになった（図3）。さらに、関東平野では、低地だけでなく、台地の地下にも沖積層に似た軟弱な泥層が分布していることも初めて明らかとなった。このような詳細な地層の分布状況は、地震の揺れの大きさや液状化発生の予測、また、地下水流動の理解に基づく地質汚染対策に役立つと期待される。
図3 千葉県内の東京湾岸低地での、軟弱な沖積層や埋立層の分布状況
3次元地質地盤図の公開によって、地震ハザードマップの作成や地下水流動・地質汚染調査のほか、都市のインフラ整備や産業立地計画の立案、不動産取引などへ利活用されることが想定される（図4）。一般の人々が3次元地質地盤図を利用して、住んでいる場所の地下の地質構造について理解を深めることで、防災・減災への意識向上にもつながることが期待される。
図4 想定される3次元地質地盤図の利活用
今後の予定
今回完成させた千葉県北部地域の3次元地質地盤図は、2018年3月30日より、産総研のウェブサイトで公開する。今後は、3年後を目処に、東京都23区の3次元地質地盤図の完成を目指す。首都圏全体での生活や産業の基盤となる防災・減災に貢献していく。
用語の説明
- ◆千葉県北部地域
- 今回調査した「千葉県北部地域」は、東京都の東に隣接し、北側を利根川、南西側を江戸川と東京湾に囲まれた地域である。広く下総台地が発達し、河川沿いや東京湾岸域には低地や埋立地が広がっている。
- ◆地質図・地質地盤図
- 国土がどのような地層や岩石でできているのか、それらがいつ頃できたものなのか、地層や岩石の関係がどうなっているのかを、地図上に色や記号で表したものを地質図という。詳しい現地調査と室内での実験や研究を基に描いた精度の高い地質図は産総研の重要な研究成果である。
なお、今回公開する3次元の地質図の名称は「地質地盤図」とした。「地質」と「地盤」はほぼ同一の意味で使用される用語であるが、同じ地層を扱いながらも「地質」は学術的に地層の形成過程まで考慮するような場合に、また「地盤」は土木建設工事などで利用される物理特性などを扱う場合に使用される傾向がある。都市部の地質情報整備では、従来のような地質学的解析だけでなく、社会で利活用される物理特性データなども扱うことから、今回公開する地質図の名称には、「地質」と「地盤」を並記した。 - ◆ボーリング調査
- ボーリング調査とは、地面を掘削して、地下の地層を棒状にくりぬいて調べる方法。その孔を利用して、さまざまな試験を行なうこともある。
- ◆地層区分
- 地層を構成する物質や形成年代などを基に地層を区分すること。地質構造を知るには、まず地層を区分する必要がある。都市平野部は、数十万年前から繰り返されてきた気候変動により、陸地の時代と海底の時代を交互に迎えてきた。そのため、砂層や泥層と砂礫層が順番に積み重なった層状の地層をしている。また、現在の海や川沿いの低地の地下には、海や川の流れによって運ばれた土砂が堆積してできた軟弱な沖積層が広く分布している。地域によっては、さらにその上に埋立層が載っている。各地層が形成された年代は、それらに挟まれている火山灰層などの特性や各種年代測定により特定できる。今回は、これら地層の特性や堆積した年代を明らかにし、地層を的確に区分した。
