静岡大学地球科学研究報告19 （1993年7月） 45頁〜59頁 Geosci．Repts．Shizuoka Univ．，19（July，1993），45−59
静岡県中西部における重力異常と地震災害の関係
三尾有年＊・里村幹夫＊
Relation between gravity anomalies and earthquake disasterin the central and western parts of Shizuoka Prefecture，CentralJapan
Aritoshi MlO＊ and Mikio STOMURA＊
Gravlty meaSurementS have been carried out at179statiOns mainlyln the area around the Kiku river and the Ota river，Whichislocatedinthe central and western parts of Shizuoka Prefecture．Compiling the present gravity data with other ones，We made a new gravity anomaly map．Itis well known that severe damage was Suffered due to the1944Tonankai earthquakein this area．
The regional trend was subtracted from the Bouguer anomaly under the assumpt10n that the trend has a surface of second degree．The residual gravlty anomaly，formed by subtracting the mean trend，reflects shallow structures．Thereis good agreement between the area with a negative residual gravlty anOmaly andthat Where the Tonankaiearthquake caused severe damage．
In order to examine the agreementin gravity and disaster distribution quantitatively，graVlty decrements due to the soft ground and the Pleistocenelayer around the Kiku river andthe Ota river were calculated uslngthe three−dimensional
Talwani s method．The gravlty effects oftheirlayers can explain thelow gravity
anomaly along thelower course of the Ota river，butit cannot explain thelow gravlty anOmaly alongthe upper course of the Ota river andin the area along the Kiku river．It suggests that the Pleistocenelayersin the upper course of the Ota river andinthe area ofthe Kiku river are thickerthan previously realized．
Kcy words：Bouguer anomaly，earthquake disaster，Tonankaiearthquake
Ⅰ．はじめに
東海地域はフィリピン海プレートがユーラシアプ レートの下にもぐり込むことにより，歪みが蓄えら れている．また，1854年に起こった安政の東海地震 から今までに静岡県全体に大きな被害をもたらした
地震は起こっておらず，石橋（1976）は，近い将来巨 大地震，いわゆる東海大地震が来ると指摘した．
静岡県では，県庁の地震対策課によってボーリン グなどの詳しい資料が集められ，地震が起こったと きの被害予想が調べられている．地震の被害が大き
＊静岡大学教養部地学教室
Institute of Geosciences，Faculty of Liberal Arts，Shizuoka University，Shizuoka422，Japan
1370 45′
Fig．1．Distribution of gravlty Stations．
gravity measurements．
Circles：preSentinvestlgation；
SquareS：Shizuoka Universlty；
triangles：Otherinstitutes．
いところは，軟弱地盤に対応し，こういう地域は局 所的に低重力になることが予想される．
地震の被害率と地盤の強弱とを比較した研究は今 までにも多く存在するが，重力異常と地震の被害率 とを比較したものはほとんどなく，河野他（1981）が 福井地震（1948）のときの被害率と重力異常との対応
を調べ，その相関を論じている程度である．ボーリ ングに比べて重力測定は簡単に実施することができ る．したがって，地震が起こったときに被害率が高 くなる地域を重力で検出できれば地震対策の一つの 方法として防災面への貢献ができる．
本研究では，東南海地震（1944）のときに被害率の 高かった菊川流域と太田川流域を中心に179点の重 力測定を実施し，既知の資料と併せて新たなブーゲ 異常図を作成した．そしてその図と東南海地震発生 時の被害分布図と比較し，重力異常と被害率との間 の相関関係の有無を考察した．またボーリングから 得られている軟弱地盤の深さと重力から計算される 低密度層の深さとの考察を行った，
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340 34′
138015′
SymboIs show theinstitutes performlng
日本のように多くのボーリングデータがあり地質 構造が詳しく調べられている地域では地震被害予想 は容易にできるが，諸外国では地質構造が調べられ ていなかったり，ボーリングデータを集めるのが困 難な地域が多い．そのため巨大地震が起こったとき の対策が十分できず，被害率が高くなることが予想 される．本研究は，こうした条件の地域での重力デー タの有効性を示す意味も持っている．
Ⅱ．重力測定
測定に用いた重力計は，静岡大学教養部地学教室 所有のLaCoste＆Lomberg重力計G−719である．
測定は最初と最後の測定を同じ基準点で行なうルー プ測定方式を用いた．基準点は静岡大学教養部C棟 603号室（34057．80′N，138026．00ノE，標高59．8m）
である．その重力値は，静岡地方気象台地震計室一 等重力点（日本重力基準網1975の重力値979．74144 Gal）との比較測定により得た979．72404Galである．
静岡県中西部の重力異常と地震災害
また，重力計の定数については，製作会社から与え られた計器定数に静岡一熊本間の重力測定から求め られたコレクションファクターの1．000658を乗じた．
測定点は，2万5千分の1の地形図の水準点，三角 点，独標点からおもに選んだが，測定したい地域に 基準点がない場合や見つからない場合には，地形図 のコンターから標高のわかる地点を選んだ．その緯 度，経度は2万5千分の1の地形図から0．01分の位 まで求めた．測定対象地域の地形はおおむね標高が 低く，なだらかであるので，標高の決定誤差は最大 で2〜3mであると考えられる．それはブーゲ異常 では，約1mGalに相当する．
今回測定を行なった重力測定点は179点である．
測定範囲は東経137045′〜138015′，北緯34034′
〜34051′である．また本地域はこれまでに静岡大学
（里村・安間，1986；SATOMURA，1989），名古屋大 学（YAMAMOTO et al．，1982；志知他，1993），地 質調査所（駒沢他，1985），国土地理院によって494 点のデータが得られている．これらを併せて測定点 の分布をFig．1に示す．
Ⅲ．密度の推定
ブーゲ異常図を作成するにあたって，適切なブー ゲ補正と地形補正を施すために，地殻表層の密度を 仮定しなければならない．
密度を決定する方法については，標高とブーゲ異 常との間の相関を用いるg一九法がよく使われるが，
今回の範囲は平野での測定をおもに行っており，標 高の値が全般的に低い．そのためんが低い値でブー ゲ異常値がばらついてしまい適当な借を得ることが 出来ない．
そこで，FuKAO eとαJ．（1981）の方法を用いて平 均密度の最適値を見積った．メッシュサイズは5〜
10kmまでは1kmきざみで，10km〜32kmまでは2 kmきざみで計算をした．メッシュの形は正方形を 用いた．
Fig．2に平均密度とメッシュサイズとの関係を示 す．メッシュサイズが14〜24kmの間での値が一定
となったのでその密度の平均である2．50g／cm3を最 適値とした．なお地形補正は山本（1984）の方法によ
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Fig．2．The relation between the most Suitable mean denslty and meshsize．
り，測定点から80kmまでの範囲で地球の曲率を考 慮にいれた計算を行っている．今回行った重力測定 の測定結果をTablelに示す．
Ⅳ．ブーゲ異常
北緯34034′〜34051′，東経137045′〜138015′の
673点の範囲の重力測定データから密度2．50g／cm2の ブーゲ異常値を求め，その値をもとに30×30の格子 データに変換した．格子間隔は東西方向が1530m，
南北方向が1040mである．この格子データにコンター リングを行ったものがFig．3である．
またローカルな影響を取りだすために広域的傾向 をFig．3から差し引いた．ブーゲ異常の広域的傾向 は2次曲面とみなし，最小二乗法を用いて求めた．
その結果をFig．4に示す．ブーゲ異常からこの広域 的傾向を差し引いた残差重力異常をFig．5に示す．
これをみると，低重力異常域が菊川流域，太田川流 域，大井川流域にみられる．逆に高重力異常域は，
勝間田川から北西方向へ延びる地域，小笠山，そし て天竜川沿いの地域に現われている．
Ⅴ．東南海地震の被害分布地域の地質 静岡県を襲った過去の被害地震は，1854年12月23
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34〇 51′
巨∃甜〜100黎
⊆∃20〜59
340 34′
1370 45′ 2・50g／C適 138015′
Fig．3．Bouguer gravity anomaly（density：2．50g／cm3，COntOurinterval：2mGal）．
Disaster distribution by the1944、Tonankai earthquakeis also shownin this
Ilgure・
340 51′
340 34′
1370 45′ 138015′
Fig．4．Regionaltrend ofthe Bouguer anomaly（contourinterval：2mGal）．
静岡県中西部の重力異常と地震災害
340 51′
340 34′
1370 45′ 138015′
Fig・5・Residual gravlty anOmaly，Subtracting the reglOnal trend from the Bouguer anomaly（contourinterval：2mGal）．
日に起こった安政の東海地震が有名である．しかし この頃はまだ江戸時代であり，被害状況を表した記 録はあるが，その当時の複雑な身分社会のため正確 な記録が取られていない．
東南海地震は，1944年12月7日熊野灘沖を震源と してマグニチュード7．9の大きさで東海地方を襲い，
静岡県では遠州地域の菊川や太田川地域に大きな被 害をもたらした．
大庭（1957）による東南海地震の被害分布図をFig．
3〜Fig．5に重ねて示した．Fig．3をみると，太田川 や菊川などの河川のまわりでの被害が目立つ．特に 60％以上の被害地域は，太田川上流や菊川下流域と なっている．また勝間田川や萩間川流域では被害率 は小さく，その範囲は狭い．一方，天竜川流域では 小被害率で広い範囲で被害があり，大井川流域では 被害は軽微であった．地質構造は，大井川，天竜川 流域が砂礫質，太田川，菊川，萩間川，勝間田川流 域が泥質または砂泥互層であり，いわゆる軟弱地盤 の地域である．
51
Ⅵ．東南海地震の被害地域と重力異常との比較
東南海地震の被害分布図と広域的な影響を取り除 いた残差ブーゲ異常図（Fig．5）を比較してみる．太 田川上流域や菊川下流域での高被害率と重力異常図 の負の部分とがよく対応している．萩間川や勝間田 川流域では，被害範囲が小規模なためか，あまりよ
く対応しているとはいえない．また，この範囲では 最大の河川である天竜川流域では，被害が生じてい るにもかかわらず，高重力異常域となっている．こ れは，天竜川に沿って赤石裂線が通っており，重力 が天竜川をはさんで西へ向かって急激に大きくなっ ているため，この急激な重力の変化の影響がフィル ターで取り切れなかったためである．
Ⅶ．低密度層についての考察
軟弱地盤とブーゲー異常の関係を調べるために三 次元タルワニの方法（TALWANI et al．，1960）を用 いて菊川・太田川流域の軟弱地盤の引力効果を計算 した．軟弱地盤の形状は，Fig．6とFig．7に示す静岡
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Fig・6・Iso−thicknessoftheso允groundlayerintheareaalongtheKikuriver
（afterEarthquakePreparednessDivision・ShizuokaPrefecturalGoverment，
1982）．
静岡県中西部の重力異常と地震災害 53
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Fig．7．Iso一払ickness of tbe soft groundlayerin the area along the Ota river
●●
（after Earthquake Prepared．ness Division，Shizuoka Prefectural Goverment，
1982）．
340 51′
340 34′
1370 45′ 138015′
Fig．8．The gravity effect ofthe soft groundlayer obtained from the structures shownin Figs．5，6and7（density contrast：0．6g／cm2；COntOurinterval：0．2
．＿、〈√1〈1＼
⊥1▲ud・⊥／．
340 51′
340 34′
1370 45′ 138015′
Fig．9．Reesidualgravlty anOmaly subtracted the gravlty effect of the soft ground
from the gravity anomaly shownin Fig．5（contourinterval：2mGal）．
静岡県中西部の重力異常と地震災害
−▲− Kikuriver
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− 一
1 2 3
A p【g／cm3］
Fig．10．Relation betweenthe densltylacks
Of the soft ground and maximum
attraction effects ofthe densitylacksin the areas along Kiku river and Ota river．
県静岡県地震対策課（1982）による菊川と太田川流域 の軟弱地盤の等厚線分布図から読み取った．
軟弱地盤と周りの岩石との密度差は，静岡県地震 対策課（1982）がボーリングデータから求めた岩石密 度をもとに推定した，その値は0．6g／cm3である．計 算結果をFig．8に示す．図を見ると最大−0．9mGal の影響が太田川流域で算出された．広域的な傾向を 差し引いた残差重力異常（Fig．5）からさらに菊川，
太田川流域の軟弱地盤の引力効果（Fig．8）を取り除 いた結果をFig．9に示す．しかしFig．5に示す残差重 力異常図とFig．9に示す図との間に差はほとんど見 られない．これは軟弱地盤の引力効果が小さいこと を意味している．そこで，この負の重力異常を軟弱 地盤と周りの岩石との密度差だけで説明するには，
密度差をどの程度と考えればよいのかを示すために，
Fig．10に菊川と太田川流域の軟弱地盤の引力効果が 最大のところのそれぞれの値と密度差との関係を示 す．この図をみると，太田川流域での最大の引力効 果−4mGalを説明するには軟弱地盤とまわりの岩 石の密度差が非現実的な3．0g／cm3となってしまうと がわかる．したがって，Fig．5の残差重力異常を
55
Fig．6とFig．7に示された軟弱地盤の層厚からだけで 説明することができないことが結論される．
Fig．11にこの地域の地質図（静岡県地震対策課，
1987）を示す．この地質図には軟弱層の下の洪積層 の深さが記されているので，その億を用い洪積層の 重力への影響を三次元タルワニの方法で計算した．
計算の都合上，洪積層は地表から深さ50mよりも深 いところにしか堆積していないと仮定した．この計 算結果をFig．12に示す．このときまわりの岩石との 密度差は静岡県地震対策課（1982）が，ボーリングの 結果から求めた岩石密度表をもとに推定した0．3g／
cm3を用いた．
軟弱地盤のときと同様に，ブーゲー異常から広域 的な傾向と軟弱地盤の影響を取り除いた結果（Fig．9）
からこの影響量をさらにとり除いた結果が，Fig．13 である．これをみると，太田川下流域の低重力異常 は解消されているが，太田川上流域，菊川流域では まだ低重力異常が残っている．この結果は計算に用 いた地質図の洪積層の深さが，実際には太田川上流 や菊川流域でもっと深くなっていることを表してい
ると考えられる．
Ⅶ．二層構造のインバージョン
以上の計算ではボーリングや地質調査から求めら れている地下構造をもとにそれから期待される重力 異常を求め，それと実際の重力異常とを比較してき たが，逆に重力異常から期待される地下構造を考え ることにする．
萩原（1987）は地下構造を2層であると仮定したと き，境界面の起伏を重力異常からイテレーション法 によって計算する方法を提案している．計算には次 式が用いられる．
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ヱ）
2汀
△g（よ，ツ）
2汀G△p
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340 51′
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1370 45′ 138015′
Fig・11・Geologicalmap andiso thickn讐S Ofthe Pleistocenelayer（unitsin m）
（after Earthquake Preparedness DivislOn，Shizuoka Prefectural Government，
1987）．
34V 51′
340 34′
1370 45′ 1◆38015′
Fig．12．The effect of the Pleistocenelayers obtained from the structures shownin Fig．11（density contrast：0．3g／cm3；COntOurinterval：0．5mGal）．
静岡県中西部の重力異常と地震災害
1370 45′
340 51′
340 34′
138015′
Fig．13．Residual gravity anomaly subtracted the effect of the Diluviumlayers from the structures shownin Fig．9（contourinterval：2mGal）．
340 51′
340 34′
137〇 45′ 138015′
Fig．14．The depth ofthe denslty COntraStlayer obtained throughtheinversion of
gravity anomalies（density difference：0．6g／cm3；COntOurinterval：100m）．
57
ここでβは境界面の平均の深さ，△βは2層の密 度差，月＝（ズ −￡）2＋（〆−ツ）2＋αである．〝（ェ ，
〆）は境界面の平均深度かからの差であるとする．まずんの第0次近似値を
‰（よ，ツ）＝
△g（よ，ツ）
2汀G△β
（2）
で表すものとし，これを式（1）に代入するとれ（文，ツ）
が求まる．同様なイテレーション計算を繰り返すこ とにより鋸は真の値に近づく．
本研究では，洪積層と基盤の境界の平均の深さか＝
200m，密度差0．6g／cm3とし，イテレーションの回 数を3回とした．その結果をFig．14に示す．本来積 分区間は−∞〜∞まで取らなければならないが，30
×30の格子データ上での数値積分である．そのため，
図の端の方は精度が悪くなっているが，中央部はデー
タカi右隅て芯志、えごγの尊王饗は′lヽさい しナの結早に上
ると菊川流域での表層の厚さは450mとなり，地質 図に記されている深さの2倍程度となる．
Ⅸ．まとめ
東南海地震の被害率が高かった菊川流域と太田川 流域を中心とした地域の重力測定を行ない，密度を 2．50g／cm3と仮定して，ブーゲ異常図を作成した．
まず広域的影響と考えられる二次曲面で表される成 分をブーゲ異常図から取り除いた．この残差ブーゲ 異常は表層近くの密度構造を反映していると考えら れる．そこでこれを東南海地震の被害分布図と比較
してみると，重力の負の異常のところと地震被害が 大きいところがよく対応した．
次に太田川，菊川流域での軟弱地盤の引力効果を 3次元のタルワニの方法で計算した．しかしこの引 力効果は2次成分を差し引いた残差ブーゲ異常図の 負のブーゲ異常値よりも小さい値を取った．そこで 軟弱地盤の下の洪積層の引力効果を3次元タルワニ 法により計算した．これを軟弱地盤の引力効果を差 し引いた残差重力異常図からさらに差し引いた残差 重力異常図を作成した．この残差重力異常図は太田
川下流域の低重力は説明できたが，太田川上流や菊 川流域の低重力は説明できなかった．これは計算に 用いた地質図よりも実際の洪積層が厚く分布してい るためであると考えられる．
また，萩原（1987）の地下構造を2層とみなして重 力異常から境界の深さを求める方法を洪積層とその 下の基盤とに適用した．これによると，太田川，菊 川流域の低密度層は，重力的には地質図に示されて いる洪積層よりも厚く分布していると考えられる．
謝 辞
今回の研究にあたり名古屋大学理学部，国土地理 院の未公表の重力データを利用させていただいた．
地形補正の計算には，北海道大学の山本明彦博士と 名古屋大学の志知龍一博士にお世話になった．また 名古屋大学の志知龍一博士と金沢大学の河野芳輝教 授には原稿を読んで適切な助言をいただいた．以上
の￣方々に謝音を嘉すス
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