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津波堆積物研究方法


澤井祐紀論文(2012)による津波堆積物の研究法
2017.9.16
澤井祐紀「地層中に存在する古津波堆積物の調査」[総説]
 2012年9月(第118巻第9号)地質学雑誌(東日本大震災特集)
特集 東北地方太平洋沖地震:統合的理解に向けて(その3)p535
-558


 2011年3月の東北地方太平洋沖地震による巨大津波は、西暦869年の
貞観地震の津波堆積物研究によって再来が予想されていたため、中央
防災会議は古期津波研究手法を再評価し、2011年9月、地震学・地質
学・考古学・歴史学等の統合的研究の充実・促進が新たな提言として
公表した。

 今後は自治体などでも津波堆積物の調査を事業的に実施し津波想定
の参考資料とするようになる情勢である。このため、本論では津波堆
積物研究の既存文献、津波堆積物の適地海岸地形、採取方法と分析方
法、津波堆積物の認定方法とその問題点について、詳細に解説してい
る。

【津波堆積物の定義】
 突発的な事象により、地質学的には短時間で形成された堆積物をイ
ベント堆積物という。(志岐,1988,1993)
 津波堆積物は、イベント堆積物の一種で、「津波またはそれから派
生した水流によって海底や沿岸の砂泥や礫などが浸食され、それらが
別の場所へ運搬され再堆積したものの総称」と定義することができ
る。

【津波堆積物の研究の歴史】
1)世界で初めて津波堆積物の論文が発表されたのは、1960年チリ地
震津波によって形成された三陸地方の津波堆積物と言われている(今
野ほか,1961)
2)今野ほかの報告以後、1980年代後半、研究活発化
3)貞観津波の研究報告(阿部ほか,1990;Minoura & Nakaya,
1991;澤井ほか,2007,2008;宍倉ほか,2007;菅原ほか,2001,
2011))
4)2004年スマトラ沖地震津波研究(後藤・藤野,2008)
5)北海道太平洋沿岸の未知の連動型地震津波(七山ほか,2003)
・・中央防災会議により「500年間隔地震」が取り上げられ、2005年9
月「日本海溝・千島海溝周辺海溝型地震に係る地震防災対策の推進に
関する特別措置法」施行につながった。

【古津波堆積物の調査に適する地形】
 砂が定常的に堆積する海浜では、砂質の津波堆積物は認定が難しい
ため、津波堆積物が形成されやすく保存されやすい環境を選定する必
要性がある。

1)浜堤列平野
 浜堤(beagh ridge)とは、海浜沿いに発達する砂礫の細長い高まり
が、海岸線の前進により内陸側に取り残された地形。過去の海岸線の
指標になる。
 浜堤と浜堤の間は堤間湿地と呼ばれる窪んだ地形となり、泥炭(あ
るいは泥炭質の泥岩)が静穏に堆積する。この堤間湿地に堆積した新
たな津波堆積物は泥炭層とのコントラストが明瞭で、津波堆積物の認
定が容易である。

2)沿岸湖沼
 ラグーンを含んだ沿岸湖沼も津波堆積物を認定する適地である。湖
沼では堤間湿地よりさらに静穏な環境が保たれ、湖底には細かな砂が
年に数ミリという速度で堆積し、天然の地質学的時計として利用でき
ることが指摘されている(福沢,1995)。このため、巨大津波の再来
間隔の時間分解能が高いことが最大のメリットである。
 一方でストーム堆積物(高潮)も保存されやすく、丹念な年代測定
と地域間対比が求められる。

3)その他
 海岸段丘の堆積物は露頭で観察できる利点があるが、年代測定の困
難さが指摘される。

 

 図4 津波堆積物の様々な堆積構造
a)津波によって削剥された地表面の物質を取り込んだ偽礫
   (タイ,2004年津波)
b)平行及び斜交葉理(2011年津波,青森,Dr.Koichiro Tanigawa)
c)Multiple vertical grading sequences[多重鉛直級化層]
 (2011年津波,千葉)

【古津波堆積物に対する観察・分析項目】
1)イベント堆積物の平面的な連続性
2)イベント堆積物の厚さと粒度の変化
3)イベント堆積物中の堆積構造(図4)
4)イベント堆積物の海成・非海成
・・化石群集、無機化学分析、バイオマーカー
5)歴史記録との対比

【地層中の津波堆積物に対する調査戦術】
1)地形の読み取り
2)試料観察の方法
3)掘削地点の数

【津波堆積物の年代測定】
1)測定方法 放射性炭素、過剰Pb-210法とCs-137法、火山灰層序法
2)試料の選定
3)年代測定の限界と解釈の難しさ

【津波堆積物からの波の高さは復元できるか?】
1)遡上高および浸水高
2)流速
3)浸水域
4)数値計算による復元

 
 
図9 特徴的な津波に対する術語を示す模式図
  Fd:流れの深さ
  Ih:浸水高
  Rh:遡上高
  E:平均海面からの高さ

【2011年東北太平洋沖地震による津波堆積物】
・砂質層とこれを覆う厚い泥層(mud drape)が観察され、砂質層を主
体とする貞観津波と異なっていた。この点は今後の研究課題である。

【おわりに】
・本論では地層中の津波堆積物の認定について、問題点や不確実性を
列挙したが、今後の津波堆積物研究成果の社会的責任の大きさを考慮
し、成果の一定の質を保ち、かつ正しい理解と普及を望んでいる。
・津波堆積物データとして、調査位置、写真を含んだ観察事項、分析
方法、年代測定に関する情報を含めて詳細に公表することが重要であ
る。津波堆積物は発展途上の研究分野であり、第三者の閲覧、再検証
が可能でなければならない。

(私のコメント)津波堆積物自体の地質学的な細かな性状や分析によ
る認定と、調査個所における堆積物の欠損などを考慮すると、各自治
体は、委託研究として発注した調査結果を安易に鵜のみにせず、自ら
も津波堆積物に関する知識を高め、批判的に正しく評価する必要性が
あると思われる。


後藤・藤野(2008)2004年インド洋大津波後の津波堆積物研究
2017.8.21
後藤和久・藤野滋弘(2008)2004年インド洋大津波後の津波堆積
物研究の課題と展望,地質学雑誌,第114巻第12号,p599-617


2004年12月26日,インドネシア・スマトラ島西方沖を震源とする
Mw9.2の巨大津波が発生した。震源域は約1000kmにわたり、インド洋
のみならず地球全域に伝播する巨大津波であった。
 この津波により、インド洋周辺の国々は大きな被害を受け、死
者・行方不明者約23万人を出す未曽有の大災害となった。

 一般社会のみならず、この津波の与えた研究者に対する衝撃も大
きく、この津波発生後、現地調査で新しい知見が明らかとなり、津
波堆積物研究の論文数が世界的に急増した。

【津波の概要】
・2004年インド洋大津波は、震源に近いインドネシアのみならずイ
ンド洋全域に広がり、約2時間後にはスリランカやタイ沿岸域に到達
した。津波波高は局所的にはインドネシア・スマトラ島北西部で最
大49m(柴山ほか,2005)、タイで最大約19m(Tuji et al.,2006)と
報告されている。エビの養殖池のため沿岸のマングローブ林を伐採
していたインドネシア・バンダアチェ市、土地利用がされたリゾー
ト地のタイ・プーケット島、スリランカ南西のサンゴ礁違法採掘沿
岸で被害が拡大した。

・人的被害に加え、土砂堆積に伴う農作物被害、港湾機能障害、浸
食や洗掘による構造物の倒壊、沿岸林の破壊、ビーチの砂の流出や
汚染に伴う観光への影響、漂流物による被害拡大など甚大な被害が
生じた。



【津波堆積物】
 本論では、津波の概要、津波堆積物の浅海底〜海岸線付近の状況
と陸上の状況を解説した。

1.浅海底〜海岸線付近
 サンゴ被害潜水調査による。海底地形とサンゴ被害の関係は、緩
斜面のサンゴ被害の方が急斜面の上より大きく、影響がより深く
(水深20mを超える)まで及んでいる(Chavanich et al,.2008)。
 また、タイ南部・バカラン岬では、礁原上に数メートル大のサン
ゴ岩塊が多数出現した。これは、いわゆる津波石であり、付着して
いるサンゴの生息水深から、バカラン岬のサンゴ岩塊は水深10m以
浅に分布していたサンゴ岩塊が起源と考えられる(Goto et al.,
2007)

2.陸上
1)津波堆積物の供給源
 沿岸地域に残された津波堆積物は、平坦な地域では海岸線から数
百m、時には数kmまでとぎれることなく続く。層厚はほとんどの
場所で1〜20cm、厚い場所でも50cmに達することは希である。
 海岸浸食の激しさから、大量の土砂が砂浜から供給されたことは
疑いがない。

2)津波堆積物の堆積学的特徴
 沿岸低地に残された津波堆積物の巨視的な特徴として
a:内陸に向かって薄くなる薄層化傾向
b:内陸への細粒化傾向
があるが、津波は”複数回の波”という要素が関わっているため、
あくまで巨視的に見た場合の特徴といえる。
 
3)地層中の津波堆積物の認定と留意点
 津波堆積物とストーム堆積物の区別にはまだまだ調査研究が不足
しているが、押し波・引き波の堆積構造をもつユニットをもつ場合
ともたない場合があり、これは押し波と違い引き波が低い個所を中
心に流れ、同じ流路をとらない場合があることの表れである。

3.津波堆積物形成と津波水理量の関係
 津波堆積物から得られる層厚や粒度、空間分布などの情報を用い
て、過去の津波の規模を評価するための水理量(例えば、波高、浸
水域、流速、流体力)を推定出来るだろうか。
 2004年インド洋大津波では、浸水高約6〜8mだった、スリラン
カ・キリンダ漁港において、津波前後の深浅測量(海底地形測量)
データから最大3〜4mの海底浸食があり、海岸沿いに土砂が堆積し
汀線が最大90m前進したことが報告された。今後、土砂移動モデル
を用いた津波堆積物研究を新たに展開できるものと期待される。

4.今後の課題
1)海底下の津波堆積物の堆積学的調査
2)サンゴの被害実態を定量的に評価する方法
3)ストーム堆積物と津波堆積物の区分の精度向上
4)津波堆積物の供給源の可能水深
5)津波堆積物に関する土砂移動収支
6)津波堆積物と津波水理量の同一測線での調査(断面遡上計算に土
砂移動モデルを組み込み、堆積物の形成過程を定量的に議論する)
7)津波の水理量と津波堆積物の分布を関連付けるデータと蓄積(水
理実験や数値計算の深化)
8)陸上で観察された砂質の津波堆積物の分布や層厚を土砂移動モデ
ルで再現する方法

【津波直後の対応と緊急調査】
1)地質学的緊急調査の実施体制とその反省
 津波発生直後の津波堆積物調査では、関係する地元の被災者に対
し、津波実態調査と広報活動も兼ねる働きが必要とされる。

2)津波工学分野との相補的な緊急調査の実施に向けて
 津波工学者との共同研究に関連し、復興計画においては精度の高
い津波シュミレーションが必要となり、この場合、水理量として、
1)海岸線−最大遡上域の波高変化,2)流速と流体力、3)流れの方
向などの流況、4)津波来襲回数、などが必要であり、現地調査時に
て着目すべき点である。

【地質学的緊急調査項目の整理】
1)事前調査準備
 カウンターパート研究者の有無や現地政府の許可、交通・通信事
情の事前入手など
2)津波堆積物調査
 海岸線から最大遡上域まで、測線を設定して、数カ所から数十カ
所で層厚、粒度、堆積構造を調べる。加えて、侵食量や引き波の影
響を調べておく。
3)海岸線-内陸方向の浸水高分布,遡上高と浸水域
 津波の進入経路や局所流経の復元、高解像度の数理計算の再現性
確認のため


図8.(a)津波に関係する水理量の模式断面図
  (b)津波堆積物と津波浸水深さの記載例

[津波に関する基本的な水理用語](首藤ほか,2007)
浸水高:津波来襲時の潮位を基準とした遡上途中の津波の高さ
遡上高:陸地を這い上がった津波の最高到達高さ
浸水深:地盤からの浸水深さ。建物の浸水痕跡や家屋・樹木の破壊
状況で知ることが出来る。

4)地形調査
 被災地の衛星画像入手、レベルやレーザー距離計による水準測量
5)津波の流速
 津波流況の映像データからの算出したり、痕跡水深からベルヌー
イ式で推定する。
6)長期的に収集すべきデータ
 津波堆積物の埋没、侵食過程、保存に関する研究

【まとめと今後の展望】
 1980年代、90年代の津波堆積物研究は記載学的研究が中心で、津
波再来周期の推定や津波堆積物の地層中での認定方法に関する議論
が行われてきた。
 将来の津波災害リスクを正確に評価するためには、再来周期に加
え、過去の津波の規模を推定す事が不可欠であり、今後も津波の規
模を津波堆積物から定量的に推定しようとする研究が増加するもの
と考えられる。
 2004年インド洋大津波後の津波水理量と津波堆積物の関係に関す
る大きな進展は、詳しい流況が分かっている同津波を対象に土砂移
動モデルや巨礫移動モデルの再現性が確認された。
 今後は、地質学的知識だけでなく、津波の水理学的特徴を理解
し、水理実験や数値計算を用いて、堆積物の形成過程を定量的に理
解する必要がある。

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