東京23区の地下の地質構造を立体的に表現できる次世代地質図
2021-05-21 産業技術総合研究所
ポイント
- 5万地点の調査データをもとに東京都心部の地下地質構造を3Dで詳細に可視化
- 地層の分布形状解析からこれまで固い地盤とされていた場所にも軟らかい地層を発見
- 首都東京の地震ハザードマップや都市インフラ整備などで幅広く利活用
概要
国立研究開発法人 産業技術総合研究所【理事長 石村 和彦】（以下「産総研」という）地質情報研究部門【研究部門長 荒井 晃作】情報地質研究グループ 中澤 努 研究グループ長、野々垣 進 主任研究員らは、東京都心部の地下数十メートルまでの地質構造を3次元で立体的に見ることができる次世代地質図「3次元地質地盤図～東京23区版～」を完成させた。
従来の平面の地質図では都市部の地下の地質構造を的確に表現することは難しかった。今回、5万地点に及ぶ大量の調査データを独自に開発した3次元モデリング技術で解析することで、東京都心部の詳細な地下地質構造を立体的に可視化した。その結果、東京下町の低地に存在する沖積層と呼ばれる軟弱な地層の分布が極めて詳細に描き出された。さらに、一般に地盤が固いとされていた山の手の武蔵野台地の一部にも、沖積層に似た軟弱な地層が分布することが明らかになった。この3次元地質地盤図は、無償でだれでも簡単に閲覧できるので、東京23区の地震ハザードマップや都市インフラ整備などで幅広く活用されることが期待される。2021年5月 21日より、産総研のウェブサイト「都市域の地質地盤図『東京都区部』」で公開する。
産総研のウェブサイト「都市域の地質地盤図」で閲覧できる東京都区部の地下地質の立体図
開発の社会的背景
2011年の東日本大震災では、首都圏でも湾岸地域を中心に液状化被害が多数発生し、地震の揺れによる建物被害も広く確認されたことから、地震被害に大きく影響をおよぼす地下浅部の地質地盤特性に高い関心が集まっている。また都市インフラ整備を効率的にすすめるうえでも地質地盤情報は極めて重要である。しかし、都市平野部は開発が進んでおり地層を直接観察することは容易ではないため、地下の地層の正確な情報を得ることは難しい。東京都心部も例外ではなく、地下にどのような地層がどのように分布しているか、詳細は不明であった。
研究の経緯
産総研の地質調査総合センターでは、国土の基盤情報として全国の地質図の整備に取り組んでいる。従来の地質図は地層の分布を平面図に色分けして描くが、平野部は平坦なため、平面図で地下の地層の分布を表現するのは、地図上に高層ビルを表現するのと同様に難しい。そこで平野部の地質図整備では、地層の研究と独自開発の3次元モデリング技術をもとに、地下の地層の分布形状を立体的に可視化し、2018年には千葉県北部地域の3次元地質地盤図を国内で初めてウェブ公開した(2018年3月29日産総研プレス発表）。そのノウハウをもとに、4年間の調査・解析を経て、このたび東京都区部の地下地質構造を示す3次元地質地盤図を完成させた。
なお、本研究は、経済産業省の第2期知的基盤整備計画の重点化項目として行ったものである。
研究の内容
平野部の地質調査では、一般に地面に孔をあけて地層を観察・計測するボーリング調査が実施される。産総研地質調査総合センターは、多数のボーリング調査データを解析し、東京都心部の地下の地質構造を3次元で可視化した。解析したデータは東京都土木技術支援・人材育成センターから提供を受けた土木・建築工事のボーリング調査データで、5万地点におよぶ。また、産総研は要所で独自に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結びつけることで、信頼性の高い地下地質構造の解析が千葉県北部地域3次元地質地盤図と同様に可能となった。解析では、産総研のボーリング調査データを軸として、土木・建築工事のボーリング調査データへと地層を対比して地層の境界面を割り出していった（図1）。続いて、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地層の3次元形状を明らかにした（図1）。
東京下町の低地の地下には従来から、沖積層と呼ばれる軟弱な泥層を主体とする地層が、最終氷期（最盛期は約2万年前）に海面の低下により形成された谷を埋めるように分布することが知られていた。今回のボーリング調査データの解析により、この沖積層が埋積する埋没谷の3次元形状を、詳細に描き出すことができた（図2）。埋没谷底は、東京湾岸の最も深いところで、深さがおよそ80 mであった。一方、山の手の武蔵野台地の地下についても、堆積年代や堆積環境などをもとに地層の区分を見直し、同様の3次元解析を行ったところ、一般に地盤が固いとされていた台地の地下にも、一部に沖積層に類似した軟弱な泥層が昔の谷を埋めるように分布していることが明らかになった（図3）。この谷は低地の地下の谷よりもさらに古い、14万年前頃の氷期に形成されたもので、その後の約13万～12万年前の間氷期に海が侵入し、内湾の軟弱な泥層によって埋められた。
3次元地質地盤図に示されるこのような地下の地質地盤情報は、地震ハザード予測や都市インフラ整備などに活用できる。産総研のウェブサイト「都市域の地質地盤図」では、東京都心部の地下の地層の3次元的な広がりをパソコン画面上で立体図として、だれでも簡単に閲覧することができる（図4）。立体図以外にも、従来の2次元の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（図4）。また、地質平面図では、興味のあるエリアを拡大して詳細に見ることができる（作成の基本縮尺は2万5000分の1）。
図1 地下地質構造の3次元解析手法（2018年3月29日産総研プレス発表資料を一部改変）
産総研と東京都が保有するボーリング調査データをもとに、独自開発の3次元モデリング手法を用いて地下の地質構造を3次元で可視化した。
図2 東京下町の低地の地下の埋没谷形状
最終氷期（最盛期は約2万年前）に河川の侵食により形成された地下の埋没谷の詳細な3次元形状を描き出すことができた。谷は主に軟弱な泥層からなる沖積層と呼ばれる地層が埋めている。
図3 山の手の武蔵野台地の地下の埋没谷形状
一般に固い地盤とされる武蔵野台地の地下にも、一部に沖積層に似た軟らかい泥層で埋積された谷地形が埋没していることが明らかになった。
図4 3次元地質地盤図の表示例
産総研のウェブサイト「都市域の地質地盤図」では、東京都心部の地下の地層の3次元的な広がりを、立体図や任意の箇所の地質断面図を描画して閲覧することができる。
今後の予定
埼玉県南東部や千葉県中央部、神奈川県東部などで順次、地下の地質構造の解析をすすめ、首都圏主要部をカバーする3次元地下地質情報を整備する予定である。分かりやすく利用しやすい地質情報を提供することで、都市の地震防災やインフラ整備に貢献していく。
用語の説明
- ◆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。（2018年3月29日産総研プレス発表より） - ◆沖積層
- 最終氷期最盛期（約2万年前）以降に河川沿いや沿岸域に堆積した地層。新しい時代に形成された地層で、水分も多く含むため、軟らかいことが多い。低地の地盤を構成し、東京下町の低地の地下には、最終氷期に形成された深い谷を埋めて沖積層が厚く分布している。
- ◆最終氷期
- 約70万年前以降の地球は、およそ10万年のサイクルで氷期（氷河期）と温暖な間氷期（氷期の間の意）を繰り返していた。一番新しい氷河期は11.5万～1.17万年前であり、最終氷期と呼ばれる。最終氷期の最盛期は約2万年前とされ、氷床の発達により地球上の海水が減少し、海面は現在よりも120～130 mも低かった。そのため河川の侵食により各地に深い谷が形成された。
