弘 田柵跡 内の河川跡調査

秋 田大学鉱 山学部資源地学研究施設報告,第59号,37‑44ペー ジ,1994年3月

弘 田柵跡 内の河川跡調査

西 谷 忠 師 *

Re s e ar c hf orr i v e rt r a c ki nHo t t as t o c k ades i t e

Tadas hiN

S HI TANI

( Abs t r ac t )

Ge ophys i c alpr os pe c t i ngt e c hni que shav ebe e nappl i e dt of i ndt her i v e rt r ac ki nHot t a s t oc kades i t ei nAki t aPr e f e c t ur e. El e c t r i cpr os pe c t i ngl Se f f e c t i vei nf i ndi ngt hel as ts t age ofr i v e r,gr av e ls t r at um and c l ay l aye r. I c an t r ac et hel as ts t ageofr i v e rwi t h one me t e re l e c t r odei nt e r vali nhor i z ont als ur v e y.Sandys oi lorc l ayl aye ri si de nt i f i e di ft hr e e t of i veme t e re l e c t r odei nt e r vali sus e d. TheVLFs ur v e yl Snote f f e c t i v et odi s t l ngui s ht he s ur f ac es t r uc t ur ei nde t ai l .

Ke ywor ds:r i v e rt r ac k,e l e c t r i cs ur ve y,VLFs ur ve y,s ur f ac es t r uc t ur e

1 . は じめに

払田柵跡 は秋田県仙北郡 にあ り,秋 田の古代史 を 考察す る上では極めて重要な遺跡である. この払 田 柵跡内には,大 きく蛇行 しなが ら東か ら西へ流れ る 河川が存在 したことが発掘調査 によって確認 されて いる ( 秋田県教育庁払 田柵跡調査事務所 ,1 9 9 2 ) .

Fi g. 1は払田柵 の中央部 と発掘 によって示 された 河川跡の位置である.外郭南門か ら西側 に続 いて い た角材列が途中でな くな り,再 び現われ ることは河 川の蛇行 と関係がある. この河川跡 は表面付近で は 3 0c m 程度 の深 さを持 ち幅 は 4. 5‑6m で あ る.更 に地表か ら 2m 程度 の部分 に は砂質土 が あ り,疎 層に達す る.現地ではこの傑層を砂利層 と呼んで い

37

る. この慣習 に従 って,以後砂利層 という名称 を用 いることとす る. Fi g. 2 は トレンチによって明 らか になった断面である.最終段 階 の河川跡,砂質土, 砂利層が明確 に見え る. これ らは地表か ら 0. 3‑0. 6 m の深 さか ら始 ま って い る.通常 は水 田 と して利 用 されているため河川跡が存在す ることは知 られて いなか った.砂利層 の分布す る幅 は 6 0‑7 0m で あ る. この砂利層 は大規模 な洪水時 に形成 されたと考 え られている.

この最終段階の河川あるいは砂質土や砂利層か ら 期待 される旧河川の分布を物理探査の手法 によって 明 らかにす ることが本調査の目的である.用 いた物 理探査の手法 は電気探査 と VLF 探査である.

(平成6年2月5ヒl受付,平成6年2月14日受理)

*秋 田大学鉱 山学部資源 ･素材工学科応用地球科学教室.

I n s t i t u t eo fAp p l l e dEa r t hS c i e n c e s ,De p a r t me n to fGe o s c l e n C e S ,Mi n i n gEn g l n e e nn ga n dMa t e r l a l sPr o c e s s i n g

Ml n l n gCo l l e g e ,Ak l t aUn l V e r S l t y

3 8 ^西

^師

‥‑ r : 二 三: : : 二 二 : ̀ ‑ I . I : : 二 二 : t J r ≡: r ≡二二三≡≡書芸責長

Fi g.1 Bl ac kpar ti nt hef i gur ei st hel as t s t ageofr i v e r. The yar er e v e al e dby 9 2 ndand9 3 r de xc avat i oni nHot t a s t oc kade. Dot t e dl i nei st hee s t i ma‑

t i onoft het r ac eofr i v e r. Fi g.3 5ur v e yl i nei nHot t as t oc kade.

Cr os smar ki ndi c at e st heor l gl nOf hor i z ont alorpe r pe ndi c ul ars ur v e y.

Sol i dl i nei ndi c at e st hee xt e ntofs ur v e y Hor i z ont ale l e c t r i c als ur v e yandVLF s ur v e yar eappl i e dt o2 5 1 A,2 5 1 B,2 5 2 A and2 5 2 B. Ve r t i c ale l e c t r i c al s ur v e yar eappl l e dt o1 , 2,3and4.

∈ H=3320m ‑ ■

Fi g.2 Cr os ss e c t i onofar i v e rt r ac ks oi ll aye r. I ne xc av at i ont hi spar ti sc al l e dSI . 1 0 3 5･

Thel as ts t ageofar i v e re xi s t sne art hes ur f ac e. Sandys oi landgr av e ll aye rc an

bes e e n.

弘田柵跡内の河川跡調査

2 . 探査場所

探査範囲 は第9 2 次 ･9 3 次調査で明 らかになった河 川跡 の位置 を 目安 と して測線 を選 んだ ( Fi g.3).

探査地域 の地表面下 の様子 は トレンチの結果を参照 して次の三種頬 に分 けられ る.

(イ) 河川跡ではない場所, (ロ) 河川跡で砂利層のある場所,

( ハ) 河川跡で砂利層があ り,上部 に最終段 階 の 河川跡のある場所.

本探査では (ロ)砂利層,及 び ( ‑)最終段 階 の河 川跡を含む砂利層,の分布を物理探査で把握す る こ とを試みる.砂質土 と砂利層 を含めた ものとして こ こでは砂利層 と呼んでいる. トレンチによって河川 跡が確認 されている場所の近 くをまず選 び,河川 の 特徴を捉え, この結果を基 に河川 の方向を推定する.

3 . 探査方法

探査手法 としては電気探査及び電磁探査の一種で ある VLF 探査の二手法 を用 いた. 電気探査 に は垂 直探査 と水平探査の二種類がある.

3 .1 電気探査 ･垂直探査

深 さ方向の地下比抵抗分布 を知 るための手法が電 気探査の垂直探査である.垂直探査で は四本の電 極 を等間隔に打 ち込み,両端の C l ,C 2電極 に電流 を 流 し,内側の P l ,P2 電極で電圧 を測定す る.電 位 電極 ( p‑ ,P2 ) の中間点 が観測点 にな る.地 中 に 流 し込む電流 とその時に電位電極間で測定 した電圧 か ら抵抗 ( R) が得 られ る. この値 を用 いて見掛 比 抵抗 (βa )

p

‑ 27 TRa

を計算す る. a は電極間隔である.電極間隔 を広 く とると,より深 くまでの情報 を知 る ことが出来 る.

電極間隔を最初短 く,次第 に間隔を大 きく取 りなが ら測定を行 う. このような測定方法が垂直探査で あ る.電気探査 は物理探査ではよ く用 い られ る探査 手 法である ( 西村 ,1 9 9 1 ) .

Fi g. 3 の探査測線図で 1 , 2 , 3,4 が垂直探査を行 っ た地点である.

3 9

3 .2 電気探査 ･水平探査

電極間隔を一定 に して,水平方向に移動 しなが ら 測定す る方法が電気探査の水平探査である. この方 法では地下の一定深度迄 の平均的な比抵抗の変化を 捉え ることが可能である.今回の調査 の場合,河川 跡のある場所では比抵抗の変化があると予想で きる ため,水平探査 は有効 な探査手段 になると期待 出来 る.

測線 5 1 ,5 2 そ して測線 2 5 1 A,2 5 1 B ,2 5 2 A,2 5 2 B

が水平探査を行 った場所である.

3 .3 VLF 探査

VLF 探査 は潜水艦通信用 に使 われて い る VLF

波を利用 した探査手法である.愛知県依佐美か ら発 信 されている 1 7 . 4k Hz の VLF 波を使 って探査 を行 う.測定方法 は最初 に VLF 発信局を探 し, その方 向に電極を設置 して電場成分を, これ と直角方向 に 磁場成分を測定す る.現場 で見掛比抵抗 と電場 と磁 場 の位相差を得 ることが出来 る.探査深度 は比較 的 深 く 2 0 ‑4 0m である.位相差 は表層付近 とそれより 下部の比抵抗値のコン トラス トを示す. 4 5 度が一様 な大地の場合である. 4 5 度 より位相差が小さい場合, 表層付近 より下部の層の方が比抵抗値が高いと考え

られる ,4 5 度 より大 きな位相差の場合 は逆 に表層 よ り下部層の比抵抗が小 さい.

測線 5 1 ,5 2 が この VLF 探査を行 った場所である.

4. 探査結果

4.1 電気探査 ･垂直探査

測線 1 ,2,3,4 で行 った電気探査 ･垂直探査 で は それぞれ特徴を明 らかにす ることを目的としている.

測線 1 と 4 では最終段階の河川 と砂利層が期待 出来 る場所である.測線 2 は砂利層の影響を見 るためで あ り,測線 3 ほ河川跡のない場所での地下の様子 を 知 るための測線である.

Fi g. 4a〜4 Cに垂直探査の結果を示す. ここで示

す グラフは横軸 に対数で電極間隔を,縦軸 には対数

で比抵抗値をプロッ トしてある.あ る電極 間隔 で測

定 された比抵抗値 は地下のその深度での比抵抗では

な く平均的な比抵抗で,見掛 け比抵抗 と呼ばれて い

る.図中の実線 は地下構造 モデルを仮定 して理論 的

4 0

00(U0

0

6

回

J ｡ ) A

^!

!S a Ulu a Jed dv

西 谷 忠 師

0.01 01 1 10 100

a(m)

000

0 0

7 6

㈲(

ud ) ^ l

0.01 01 1 10 100

a(m)

015 ll 32m

に計算 した見掛比抵抗であ る.図の下部 に柱状図 で 試行錯誤的 に求 めた出来 るだけ観測値 を再現す る構 造 モデルを示 してあ る.なお,測線 1で は地 表 の状 態が測定値 に与 え る影響 を見積 もるため同 じ位置で 測定 を二回行 った.一回 目 ( 測線名 1A) は雨 の直 後で,二回 目 ( 測線名 1B) は‑ 回 目か ら二 日後 の やや地表が乾燥 した状態で測定 を行 っている.解 析 の結果で は両者共 ほぼ同 じ傾向を示 していた.比 抵 抗 は地表付近でわずか に違 いが見 られ る程度で河川 跡,あ るいは砂利層を探査す るためには,地表付近 の状態 はほとん ど影響 しないと解釈 してよい.

Fi g. 5 には地表 か ら 5m までのモデル構造を示す.

測線 1A,1B,4 に見 られ る地表 か ら 2 0c m〜6 0c m 程度 の低比抵抗 は最終段階の河川 を示 していると考 えてよいであろ う.測線 1A,1B,4,2に見 られ る

(UCCハU(UnUO009876543

回 (LU ･

A)

001 01 1 10 100

a(m)

007 D45 57 245m

Fi g.4 Re s ul t sofe l e c t r i c alv e r t i c als ur v e y.

Abs c i s s ai ndi c at e sani nt e r valofe l c t r ode andor di nat ei ndi c at e sappar e ntr e s i s t i v i t y val ue s. A s ol i dc i r c l ei same s ur e me nt val ueands ol i dl i nes howst het he or e t i c al val ueofamode ls t r uc t ur e. St r uc t ur al mode li ss hownbe l ow t hef i gur e.

( a)Re s ul tofl i nel A.Las ts t ageofr i v e r andgr ave ll aye rar ee xpe c t e di nt hi sl i ne.

( b)Re s ul tofl i ne2. I nt hi ss ur v e yl i ne s andys oi landgr av e ll aye rar ee xpe c t e d.

( C )Re s ul tofl i ne3. Thi spl ac edoe snot s how t hei ndi c at i onofr i v e rt r ac kand gr av e ll aye r.

1 m 付近か ら 4m 付近 , 測線 3 の 0. 5m か ら 5m 付 近 まで存在す る低比抵抗 は粘土層を示 していると考 え られ る.先 はどの最終段階の河川跡 とこの粘土 層 に挟 まれた比抵抗 のやや高 い部分が砂質土 および砂 利層 を示 していると考え られ る. 地表か ら 2 0 c m 程 は どの場合 も表土 あるいは人工的 に乱 されている部分 であろ う.最終段階 の河川 はこの下 に存在す る. し か し,砂利層 のみ,あるいは河川 と関係 のない場所 で は低比抵抗 は存在 しない.測線 3 で は洪水 の影響 を受 けていないため,粘土層が 0. 5m か ら始 ま って いる. また 0. 1m か ら 0. 5m のやや高 い比抵抗 は耕 作 の影響が出て いるもの と考え られ る.

上記 の解釈 は トレンチの結果 とよ く一致 してい る ことが分 る.電気探査 によって推 定 され る

. 4m‑

1 . 2m のやや高 い比抵抗 は砂利層 と砂質土 を含 ん だ

払田柵跡内の河川跡調査

5 m 0 2 3 4 1A

1B

4 2 3

Fi g.5 St r uc t ur almode lt o5m. Li nel A,1 Band4ar et hel oc at i ont hatbot hl as ts t ageof r i v e randgr av e ll aye rar es e e n.Li ne2pos e s sonl ygr av e ll aye r.Li ne3i st hel oc at i on ofnoi nf l ue nc eofr i v e rf l oodi ng.

ものであ り,砂利層 のみの探 査 とはな って いな い.

これは磯 の大 きさは比抵抗 には直接反映 されていな いためであろ う.

なお,地下構造 モデルを求 め るときには, まず初 期 モデルを与え理論計算 を行 い,観測値 との差を求 め る. この差 を最小 とす るよ う更 にモデルを変更 す る, この操作 を繰 り返 して最終的なモデルを決定 し ている.従 って, ここに示 したモデルは解釈 の一 つ であ りこれ以外 に も観測値 を再現す る地下構造 モデ ルを考え ることは可能 である.

4.2 電気探査 ･水平探査

水平探査で は水平方向の比抵抗 の分布状況 が把握 で きる.測線 5 1 で は,地下 の様子が河川跡で はな い 所‑砂利層‑最終段階の河川跡‑砂利層 と変化す る 場所である.測線 5 2 で は,地下 の様子が砂利 層‑最 終段階の河川跡‑砂利層 と変化 している. これ ら地 下構造 の変化が どの様 に測定値 に現れるかを調べた.

41

測線 5 1 ,5 2 の結果 をそれ ぞれ Fi g. 6a,6b に示 す.

トレンチか ら予想で きる河川跡や砂利層 の位置 を図 中 に示 してあ る. Fi g. 6a で は秋 田県教 育 庁払 田柵 跡事務所 ( 1 9 9 2 ) が予想 してい る河川 の流 路 で は結 果 を説明で きないため砂利層 の北限 および最終段階 の河川跡 の位 置 を北 に 1m 程 度移動 して あ る.電 極間隔 乱が大 き くな るにつ れ て変 化 は滑 らか にな るが,比抵抗 の差 は小 さ くな る傾 向が見 られ る. a が 0. 5 m,1m で は変 動 が激 しいが,最 終 段 階 の河 川 の部分で最低値 を示 している.最終段階の河川 が そのまま静 かに保存 されているので はな く,地表 付 近 の擾乱,内部 での撹乱 な どが この比抵抗変化 の大 きな変動 に直接現 われているためであろ う.また特 徴 として,河川跡でない場所か ら砂利層 に移行す れ ば全体的に比抵抗 が高 くな る傾向が見 られ る. Fi g.

6b で は最終段階の河川跡 の部分 で比抵抗 が減少 し

ている ことが分 る. しか も, この傾 向 は aが 1m

4 2

0

0

8

(u J ｡

aJ

い (Lu ょ)A)!^llSIS｡tjtu eutZddv iZtp 00 0 0 0 98

700 65 4 0

西 谷 忠 師

( a) ｢ ‑

0 5 10 15 20 25 30

Di s t an c e ( m)

5

Di s t an c e ( m)

20 25

Fi g.6 Re s ul t sore l e c t r i c alhor i z ont als ur v e y ande xpe c t e dc ondi t i onofr i v e r.

( a)Li ne5 1.Not r ac eofr i ve r,l as ts t age ofr i v e randgr av e ll aye rar ei nc l ude di n t hi sl i ne. ( b)Li ne5 2.Bot hgr av e ll aye r andl as ts t ageofr i ve rar ei nc l ude d.

の時に最 もよ く現われている. この測線で も電極 間 隔が小 さいときに比抵抗の変動が激 しく,低 い比抵 抗値を示す.

これ らの結果か ら,最終段階の河川跡を探査す る ためには,電極 間隔 a を 0. 5m また は 1m と して 水平探査を行 い,比抵抗の減少す る場所,あるい は 変動が激 しく,低い値を示す場所を見つければよい ことが分 る.また,砂利層を探査す るためには電極 間隔 a を 3m また は 5m と して水平探査 を行 い, 比抵抗が急 に上昇す る部分を兄いだせば,そこが砂 利層の始 まりであると考えてよい.垂直探査の結果 と総 合 して考 えれば,電極 間隔 a が 1m の場 合, 効果的に最終段階の河川跡を探査す ることが可能で

(∈ ･ U )hl≧lS一Satこ ua)edd

8頼 へ､ i l 伊V打＼ ∨ 最 "J j / ＼ ‑ / ｢ 忠‑

7 0

0

8

1‑ 8 (

v

0 5 1 0 1 5 DI S t a n C e ( m)

､ ノ＼ 一 L J r‑ 〆〜

5 10 15 20

DI S t a n

e

Phas e(deg) 0 5 0 50 4 3 3 22

deg)

5

2

Fi g.7 Re s ul t sofVLFs ur v e y. Sol i dl i ne i ndi c at e sappar e ntr e s i s t i vi t yanddot t e d l i nei ndi c at sphas eangl ebe t we e ne l e c t r i c f i e l dandmagne t i cf i e l d. Sur v e yl i ne s ar et hes ameast hee l e c t r i c alhor i z ont al l i ne s. ( a)Re s ul toHi ne5 1 . ( ち)Re s ul t ofl i ne5 2.

あ り,電極 間隔 3m が砂質土 お よび砂利層 の部分 を兄 いだすには適当な間隔であると結論づけられる.

探査効率か ら考え ると河川跡探査 は電極 間隔 1m , 砂質土および砂利層探査 は電極間隔 4‑5m が現実 的であろう.

4.3 VLF 探査

VLF 探査 は測線 5 1 と測線 5 2 で行 って い る. Fi g‑

7a,7b がそれぞれ測線 5 1,5 2 の結果である.

測定値 は共に変動が激 しい.最終段階の河川跡 と

砂質土および砂利層 との境界付近で比抵抗や位相 に

変化が認 め られ る. しか し, どれが河川跡 に対応す

るのか,砂利層の部分 はどこであるのかを特定す る

のは難 しい.測線 5 2 の 1 4m か ら 1 8m にか けての低

弘田柵跡内の河川跡調査 43

FれH

l

^I l ^ ll S!S a t こUOJtZ ddv

60 50 40 0 0 3 2

nV 0 0

5 4 3 F lu 5

∈･U ) ^l I≧ lS

at二 u aJtZddv

∴ ∴

a

l

叫

(∈

｡Jted dv nut8

0

4

｢ ｢ ｢ ^{｢m ｢} ｣

l

ノ ー 一 一 ∴ 5 a m

0 5 10 15 20 25 30 35

0

40

DI S t a n C e ( m)

0 5 10 15 20 25 30 35

DI S t a n C e ( ∩)

Fi g.8 Es t i mat i onorr i ve rt r ac kbyhor i z ont al s ur v e y.Thee l e c t r odei nt e r vali si ndi c at e d by' a' .( a)Li ne2 5 1 A.Tbee l e c t r odel nt e r ‑ yali soneme t e r･ ( b)2 5 1 B ･ El e c t r ode l nt e r Val sar e1 ,2and3me t e r s.

比抵抗 はより深 い部分, おそ らく 2 5m 以深 の構造 を反映 してい る もの と解釈 して もよいで あ ろ う.

VLF 波を利用す る場合,対象 と して い る地下比抵 抗が平均 1 0 0 E ? ･m であれば探査深度 は約 4 0 m で あ る,約 4 0 m 迄 の比抵抗 の分布 が総合 され た もの と して測定値が得 られる.比抵抗のコン トラス トが今 回の測定の場合 に比べて大 きければその構造 を把握 できるであろう.概括的 な構造把握 には VLF 探査 は有効 と思われ る. しか し,今回の測定 のように地 表付近 の構造である河川跡の探査 には残念なが らあ まり有効な手段ではない.

5 . 河川跡 の推定

電気探査の垂直探査 と水平探査の結果を参考 に し て,河川跡の分布がまだ把握 されて いない場所で河

0

09080 70 60 50 40 い(∈･U )を≧ts's O u lu aJ tZd d v ( ^{Di s t a n c e}

0

20 3 0 40

D

i

( m)

Fi g.9 Es t i mat i onofgr av e ll aye rbyhor i z on‑

t als ur v e y. El e c t r odei nt e r vali s5m.

( a)Ll ne2 5 2A. ( b)Li ne2 5 2B.

川流路の延長位置推定 と砂質土 および砂利層の始 ま る位置の推定を試みた.このために測線 2 5 1 A で は電 極間隔を 1m ,測線 2 5 1 Bでは電極間隔を 1m,2m , 3m として測定を行 った.両測線 とも最終段階 の河 川跡の推定が 目的で あ る.この結果 を Fi g. 8a,8b に示す.図 8a が測線 2 5 1 A の結果 で あ る.原点 か

ら 1 6m〜2 3m 付近 に比抵抗 の低 くな る部分 が存在 す るので この位置が最終段階の河川 と推定 で きる.

Fi g. 8b が測線 2 5 1 Bの結果で ,1 8m〜2 4m に比抵 抗の小 さくなる傾向が認 め られ,やはりこの位置が 最終段階の河川跡 と考えてよいであろう.

次 に砂質土 あるいは砂利層探査 の 目的で測線 2 5 2 A,2 5 2 B で測定を行 った.電極間隔 は共 に 5m で あ

る. これ らの測線 は原点では砂利層が存在 しないが

測線の途中か ら砂利層 が あ ると期待 され る. 測線

44 西 谷 忠 師

0

( ∩)

｣ ｣ ｣ ｣｣

Fi g.1 0 Expe c t e dt r ac eofr i v e randt hebor de r ofs andys oi landgr av e ll aye r. Thedot ‑ t e dl i nei nt hel owe rl e f ti ndi c at e st he e xpe c t e dt r ac eoft hel as ts t ageofr i ve r.

Thedot t e dl i neofuppe rr i ghti st hee x‑

pe c t e dbor de rofs andys oi landgr ave l l aye r .

2 5 2 A での結果を Fi g. 9a に示す.距離 2 4m 付近 か ら比抵抗が急 に大 きくなる傾向が認め られ, この位 置か ら砂質土あるいは砂利層が存在す ることが予想 で きる.測線 2 5 2 B での結果 は Fi g. 9b で あ る.刺 線 2 5 2 A と同様 に距離 1 0m 付近か ら比抵抗が急 に大 きくなっているため, この位置か ら砂利層が存在 す ると考え られ る.

上記の結果か ら推定で きる河川の延長,砂利層 の 境界を Fi g.1 0 に示 した.

6 . まとめ

物理探査の手法を用いて最終段階の河川跡や砂質 土あるいは砂利層を兄いだす ことを試みた.電気探 査の垂直探査 によって河川跡の特徴,砂質土 ･砂利 層の比抵抗,位置を把握す ることが出来た.洪水 の 影響 のない場所で は粘土層が地 表 5 0 c m 近 くまで存 在す ることがわか った.洪水 により影響 を受 けた場 所で は,表土,最終段階の河川跡,砂質土 ･砂利層 そ して粘土層を把握す ることがで きた.電気探査 の 水平探査 は河川の延長状態を捉 え る ことに有効 で, 電極間隔を 1m 程度 にすれば最終段 階 の河川跡 を 探査で きることを示 した.同 じく電気探査の水平探 査で電極間隔を 3m〜5m にすれば砂質土 ･粘土層 の始 まる位置を特定で きることも示 した.電磁探査 の一種である VLF 探査 は地表付近 の河川跡 の状態 を探査す るためにはあまり有効で はなか った.

文 献

秋田県教育庁払田珊跡調査事務所 ( 1 9 9 2 ) :払 田柵

西村 康 ( 1 9 9 1 ):考古学 にお け る物理探査 の利用

の現状,物理探査 ,4 4,4 0 4‑41 1.