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[SSS14-06] 空中重力偏差法探査データを用いた海陸境界域の断層構造抽出
キーワード：海陸境界域、空中重力偏差法探査、断層調査、3次元解析、密度モデル、水平勾配
断層調査に用いられる重力探査は主に地上重力探査・船上重力探査であり，海陸境界域に測定の空白域が生じている（例えば，産総研，2013）。このため海陸境界域では，解析の分解能，信頼性が低下し，断層構造の抽出が困難となっている。これを解消するため，一部の海陸境界域では，空中重力探査が実施され，成果を上げている（例えば，駒澤他，2009；瀬川，2014）。さらに海陸境界域での観測精度を高めるため、佐藤他（2017）は海陸境界域の断層構造抽出可能性の検討を目的として，海域から陸域にかけて断層が延伸していると推定される茨城県北部において，空中重力偏差法探査（airborne gravity gradiometry；AGG）を実施し，これまで陸域と海域で別々に想定されていた断層が，陸域から海域にわたり連続性を有することを示唆した。
AGGは，独立行政法人エネルギー・金属鉱物資源機構（JOGMEC）が地熱資源探査を目的とし，平成24年度に日本で初めて導入したものである。以降，令和6年度までに全国21地域で実績がある。AGGは，重力偏差法探査の特長（一般的な地上重力探査よりも浅い深度1～2 km程度の密度構造を強調および重力偏差テンソル6成分を用いたより高精度の解析が可能）と空中物理探査の特長（高い測点密度および海域・陸域など表層の状況によらない均質なデータ取得）を兼ね備えるものである。
従来は，重力探査による地質構造調査では，ブーゲー異常の鉛直一次微分や水平勾配といったフィルター解析により，重力異常の急変部を断層などの地質構造と解釈してきた。しかしながら，この抽出結果では地質構造の傾斜方向・角度や深度は表現されてない。
これに対して，重力偏差テンソルを3次元解析して得られる密度モデルを用いた場合，地質構造の傾斜方向・角度や深度方向への連続性などを3次元的に解釈することができる。二ノ宮・代田（2024）は，密度モデルに見られる密度分布の水平勾配を計算し，密度急変部を反映する高水平勾配帯をトレースして，それを密度コントラストを伴う断層と解釈した。トレースは高水平勾配線（High Horizontal Derivative Line；HHDL）と呼称される。地熱資源探査では，HHDLを地熱流体が胚胎する断層およびそれに伴う断裂帯と解釈し，それを掘削ターゲットとして成果を上げている。
今回，佐藤他（2017）で取得された茨城県北部のAGGデータを用いて密度構造を3次元解析し，HHDLにより地質構造を抽出した。調査地域西部の山地部で抽出されたHHDLは，阿武隈帯の花崗岩・変成岩の岩相境界を反映するものと考えられる。また陸域から海域かけては，NW-SE方向に連続する高密度の盛り上がりが複数認められ，その縁辺部に同方向のHHDLが抽出された。これらは調査地域北方に分布する正断層（湯ノ岳断層，二ツ箭断層など；産総研，2024）と類似した構造と考えられる。海域には，音波探査で見出されているNS系の断層（日本原電㈱，2015）と調和的な方向性を示すHHDLも抽出された。
以上のように，AGGデータを用いて3次元解析した密度モデルから，海陸境界域を跨いで分布する断層を抽出することができた。AGGの可探深度は震源域に比べやや浅いものの，他の探査手法と組み合わせることにより，能登半島地震震源域のような海陸境界域での断層調査に大きな威力を発揮できると考える。
引用文献
駒澤正夫，大熊茂雄，瀬川爾朗（2009）：能登半島北部沖における空中重力調査，地質調査総合センター速報No.49，平成20年度沿岸域の地質・活断層調査研究報告書，p.81-89．
日本原子力発電株式会社（2015）：東海第二発電所 敷地周辺及び近傍の地質・地質構造について．
二ノ宮淳，代田敦（2024）：空中重力偏差法探査データを用いて3次元解析した密度モデルからの地質構造の抽出，JpGU講演要旨．
産業技術総合研究所（編）（2013）：日本の重力データベースDVD版，数値地図．
産業技術総合研究所（2024）：活断層データベース2024年12月20日版，https://gbank.gsj.jp/activefault/
佐藤秀幸，山下伊智朗，Craig Annison，二ノ宮淳，千葉昭彦，代田敦，相部翔（2017）：空中重力偏差法探査を用いた茨城県北部地域における断層構造調査，JpGU講演要旨．
瀬川爾朗（2014）：日本列島における空中重力測定の実績と，活断層，地下密度測定を目的とした精度向上のためのいくつかの試み，測地学会誌，60，p.121-131．
AGGは，独立行政法人エネルギー・金属鉱物資源機構（JOGMEC）が地熱資源探査を目的とし，平成24年度に日本で初めて導入したものである。以降，令和6年度までに全国21地域で実績がある。AGGは，重力偏差法探査の特長（一般的な地上重力探査よりも浅い深度1～2 km程度の密度構造を強調および重力偏差テンソル6成分を用いたより高精度の解析が可能）と空中物理探査の特長（高い測点密度および海域・陸域など表層の状況によらない均質なデータ取得）を兼ね備えるものである。
従来は，重力探査による地質構造調査では，ブーゲー異常の鉛直一次微分や水平勾配といったフィルター解析により，重力異常の急変部を断層などの地質構造と解釈してきた。しかしながら，この抽出結果では地質構造の傾斜方向・角度や深度は表現されてない。
これに対して，重力偏差テンソルを3次元解析して得られる密度モデルを用いた場合，地質構造の傾斜方向・角度や深度方向への連続性などを3次元的に解釈することができる。二ノ宮・代田（2024）は，密度モデルに見られる密度分布の水平勾配を計算し，密度急変部を反映する高水平勾配帯をトレースして，それを密度コントラストを伴う断層と解釈した。トレースは高水平勾配線（High Horizontal Derivative Line；HHDL）と呼称される。地熱資源探査では，HHDLを地熱流体が胚胎する断層およびそれに伴う断裂帯と解釈し，それを掘削ターゲットとして成果を上げている。
今回，佐藤他（2017）で取得された茨城県北部のAGGデータを用いて密度構造を3次元解析し，HHDLにより地質構造を抽出した。調査地域西部の山地部で抽出されたHHDLは，阿武隈帯の花崗岩・変成岩の岩相境界を反映するものと考えられる。また陸域から海域かけては，NW-SE方向に連続する高密度の盛り上がりが複数認められ，その縁辺部に同方向のHHDLが抽出された。これらは調査地域北方に分布する正断層（湯ノ岳断層，二ツ箭断層など；産総研，2024）と類似した構造と考えられる。海域には，音波探査で見出されているNS系の断層（日本原電㈱，2015）と調和的な方向性を示すHHDLも抽出された。
以上のように，AGGデータを用いて3次元解析した密度モデルから，海陸境界域を跨いで分布する断層を抽出することができた。AGGの可探深度は震源域に比べやや浅いものの，他の探査手法と組み合わせることにより，能登半島地震震源域のような海陸境界域での断層調査に大きな威力を発揮できると考える。
引用文献
駒澤正夫，大熊茂雄，瀬川爾朗（2009）：能登半島北部沖における空中重力調査，地質調査総合センター速報No.49，平成20年度沿岸域の地質・活断層調査研究報告書，p.81-89．
日本原子力発電株式会社（2015）：東海第二発電所 敷地周辺及び近傍の地質・地質構造について．
二ノ宮淳，代田敦（2024）：空中重力偏差法探査データを用いて3次元解析した密度モデルからの地質構造の抽出，JpGU講演要旨．
産業技術総合研究所（編）（2013）：日本の重力データベースDVD版，数値地図．
産業技術総合研究所（2024）：活断層データベース2024年12月20日版，https://gbank.gsj.jp/activefault/
佐藤秀幸，山下伊智朗，Craig Annison，二ノ宮淳，千葉昭彦，代田敦，相部翔（2017）：空中重力偏差法探査を用いた茨城県北部地域における断層構造調査，JpGU講演要旨．
瀬川爾朗（2014）：日本列島における空中重力測定の実績と，活断層，地下密度測定を目的とした精度向上のためのいくつかの試み，測地学会誌，60，p.121-131．