静岡県熱海市逢初川の砂防堰堤の埋積土の放射性セシウム濃度と粒子組成の層位変化 －2021年７月３日の土石流堆積物の識別－

【論文情報】
題名: 静岡県熱海市逢初川の砂防堰堤の埋積土の放射性セシウム濃度と粒子組成の層位変化　―2021年７月３日の土石流堆積物の識別―
誌名: 静岡大学地球科学研究報告, 49号.
著者:　 北村晃寿1,2，矢永誠人3，岡嵜颯太4，片桐　悟4，中西利典5，森　英樹6

１：静岡大学理学部地球科学科，２：静岡大学防災総合センター，３：静岡大学理学部放射科学教育研究推進センター，４：静岡大学大学院総合科学技術研究科，５：ふじのくに地球環境史ミュージアム，６：静岡大学技術部教育支援系教育研究第二部門

【発表内容】
　2021年７月３日午前10時30分頃、静岡県熱海市伊豆山地区の逢初(あいぞめ)川沿いで土石流が発生し、伊豆山港に至り相模湾へ流入した(図１)。その後の調査で、逢初川の源頭部にあった盛土が大量に崩落していたことが判明した(静岡県、 2021a)。国土地理院(2021)は、2009年と2019年の地形測量データを比較し、同期間に形成された盛土の体積量を約56,000 m3と見積もっており、そのうちの約55,500m3が崩落したと静岡県(2021a)は報告している。
静岡県の報告書を基に、木村(2021)は、盛土は三層構造で、2009年６月期前の盛土層、褐色の土砂、黒色の土砂の順に重なり、2021年７月３日の崩落崖は、褐色の土砂、黒色の土砂の境界付近にあたるとした(図２)。この解釈が正しいのならば、黒色の土砂は、褐色の土砂よりも崩落しやすい性質を有していた可能性があり、これは崩落原因の一つになりうる。
北村(2022)は、未崩落の盛土の黒色の土砂と土石流堆積物から海生二枚貝類の貝殻を発見し、それら種組成と年代値から、土石流堆積物の多くを占める盛土の黒色の土砂の採集地の一部は海浜で、さらに現世堆積物と中部完新統の２つの供給源がありうることを示した。海の堆積物は波や流れで、粒子が円磨しており、そのために空隙率が高く(高含水率(36%：北村・池田，2021)を保持)、内部摩擦角が小さく、安息角は低角という特徴を有する可能性があり、これらの特徴は、斜面崩壊・ 流動化しやすい性状である。この北村(2022)の研究結果は、黒色の土砂が、褐色の土砂よりも崩落しやすい性質を有していた可能性を支持する。
さらに、北村ほか(印刷中)は、砂サイズのチャート岩片が黒色の土砂の有効なトレーサー物質となることを明らかにした。海生二枚貝類の産出はまばらだが、砂サイズのチャート岩片は500個の粒子当たり1、2個ではあるものの、海生二枚貝類の発見確率よりも高い。特に、試料サイズの小さいボーリングコア試料においての黒色の土砂の有無の調査に適している。

本研究では、逢初川の源頭部と集落の間にある砂防堰堤を埋積した土石流堆積物を対象とする。研究目的は、崩壊初期の土石流はどのような堆積物を運搬したのかを解明するためで、その堆積物は、崩壊の引き金となった初期崩壊物質の性状の推定に役立つ。分析試料は、静岡県が2021年８月下旬に、砂防堰堤で採取した長さ13.1 mのボーリングコア試料である(図３)。
この砂防堰堤は、源頭部から約450m下流にあり、竣工年度は1999年度で、堤高は10m、堤長は43mである(静岡県、 2021e) (図３)。静岡県(2021c)は、砂防堰堤の源頭部側で、土砂災害の前後で標高が１－５m高くなったことを報告している(図４)。砂防堰堤の埋積土は、既に全て除去されており、埋積土の試料はこのボーリングコア１本だけである。
本研究グループは、ボーリングコア試料について、粒度組成、放射性セシウム濃度の測定、泥質物の全有機炭素(TOC)、全窒素(TN)および全硫黄(TS)の含有量の測定、砂粒子の粒子組成の分析を行った。
本調査で最も重要な分析は、放射性セシウム134Csと137Csの濃度の測定である。2021年７月３日に発生した土石流による堆積物を特定するには、できる限り高精度の“時間目盛り”をコア試料に“入れる”必要がある。この“時間目盛り”の設定に放射性セシウム134Csと137Csは役立つ(用語説明を参照)。2011年３月11日の東北日本太平洋沖地震に伴う巨大津波による福島第一原子力発電所の事故で、134Csと137Csが放出され(Momoshima et al., 2012) (図５)、134Cs/137Cs比はほぼ1である(東京電力福島原子力発電所事故調査委員会、 2012)。静岡県にも、この時の134Csと137Csは運ばれているので、これらの濃度の層位変化から、2011年３月中旬の地表面を確定できる。つまり、この“地表面”より上に、2021年７月３日の土石流堆積物はある。
分析の結果、次の知見を得た。
１．ボーリングコア試料のうち、表層(深度０m)から深度10.58mが堆積物である。
２．堆積物は、下位から不淘汰な礫層(深度10.58－10.00m)、含礫褐色粘土層(深度10.00－3.74 m)、含礫黒色粘土層(深度3.74－0.20 m)、含礫褐色粘土層(0.20－0m)の順に重なる(図６)。
３．放射性セシウムの134Csと137Csの濃度のピークが深度3.88－3.85mに位置することが分かり、2011年３月中旬の地表面は深度3.95－3.85mの範囲と推定された(図７)。これにより、2021年７月３日の土石流堆積物の基底面は深度3.85mより上位にあることになる。
４．深度3.74mで埋積土が含礫褐色粘土層から含礫黒色粘土層に変化し、黒色粘土層の最下部の深度3.74－3.70mの試料から海綿骨針を含む泥岩岩片が検出された。よって、盛土の黒色の土砂に由来する粒子の堆積は深度3.74mから始まったと推定される。
5．深度3.85－3.74mの褐色泥層が土石流堆積物か否かは決定できないので、砂防堰堤に最初に到達した土石流堆積物が盛土の褐色の土砂か黒色の土砂かは分らない。しかし、初期の土石流堆積物の主要な供給源は黒色の土砂であることは確実である(図８)。これは、黒色の土砂が、褐色の土砂よりも崩落しやすい性質を有していた可能性を支持する。
6．埋積土の黒色泥層から検出された微化石を含む泥岩岩片は、北村ほか(印刷中)で分析した黒色の土砂や土石流堆積物からは検出されていないが、微化石を含む泥岩は、逢初川周辺には分布していない。これらのことは、黒色の土砂には、北村ほか(印刷中)の報告した土砂とは異なる採集地があることを示唆する。

【本研究成果の社会的意義】
伊豆山地区の土石流災害を踏まえた国土交通省の調査では、点検が必要な盛土は全国調査で36,000箇所以上あることが分かり、同省の報告書には、それらの災害危険性の評価方法に、測量、ボーリング、監視等の調査を挙げたが、具体的な評価指標は示していない。
一方、５月20日に「宅地造成等規制法の一部を改正する法律案」が成立し、第四条には「(略)、宅地造成、特定盛土等又は土石の堆積に伴う崖崩れ又は土砂の流出のおそれがある土地に関する地形、地質の状況その他主務省令で定める事項に関する調査を行うものとする。」とある。しかし、上記の「盛土の災害危険性の評価」と同様に、地形・地質の状況を評価する具体的基準は示されていない。
伊豆周辺では、2021年７月１日から大雨となっていたが、土砂災害は伊豆山地区の土石流だけである。これは、災害危険性としては、逢初川源頭部の盛土が最大であったことを示す。よって、その崩壊の原因究明で得られる知見は、盛土の災害危険性の評価と法律の実効性を確保するための評価基準の策定に、重要な貢献を果たす。
静岡県(2021)と木村(2021)は、黒色の土砂が土石流堆積物の主体としており、これは黒色の土砂が崩落しやすい性質を有していたことを示唆する。一方、北村(2022)は、黒色の土砂が海の堆積物を含むことを明らかにした。海の堆積物は波や流れで、粒子が円磨しており、そのために空隙率が高く(高含水率(36%; 北村・池田, 2021)を保持)、内部摩擦角が小さく、安息角は低角という特徴を有する可能性があり、これらの特徴は、斜面崩壊・ 流動化しやすい性状である。したがって、このような性状を持つ黒色の土砂の大量盛土が、伊豆山地区の土石流の発生原因の一つに挙げられる。
今回の調査では、源頭部から約450m下流の砂防堰堤を埋めた土砂について、静岡県が掘削したボーリングコアを分析した。その結果、初期の土石流は黒色の土砂を主体とすることが分かり、黒色の土砂の部分から崩落が始まった可能性が高い。このことは、木村(2021)が提示した2021年7月3日の崩落崖が、褐色の土砂とそれを覆う黒色の土砂の境界付近にあたるとする解釈と調和的である。

【用語説明】
放射性セシウム 134Cs と137Cs
放射性セシウム 134Cs と137Csはともに人間が作り出した放射性物質であるが、その由来は必ずしも同じではない。137Cs はウランの核分裂により生成するが、134Csは核分裂で直接に生成する放射性物質ではなく、核分裂生成物の一つである133Xeのベータ壊変により生じた133Cs（非放射性）と中性子との反応により生ずるものである。したがって、放射線測定の結果として、134Cs と137Cs の両者が検出されれば、その放射性セシウムは原発事故に由来するものと断定される。他方、 137Cs だけが検出された場合には、大気圏核実験に由来するものとなる。ただし、137Cs の半減期が約 30 年であるのに対し、134Cs の半減期は約 2 年と短いため、もともとの汚染レベルが低い場合には、原発事故から時が経過すればさらに放射能が弱くなるため、134Cs の検出が困難になることもある。

【引用文献】
・Adachi, K., Kajino, M., Zaizen, Y. & Igarashi, Y. (2013), Emission of spherical cesium-bearing particles from an early stage of the Fukushima nuclear accident. Scientific Report, 3, 2554.
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・地理院地図(2021)　https://www.gsi.go.jp/tizu-kutyu.html　2021年7月4日引用
・北村晃寿(2022) 静岡県熱海市伊豆山地区の土砂災害現場の盛土の崩壊斜面と土石流堆積物から見つかった海生二枚貝の貝殻. 第四紀研究, 61（印刷中）　doi: 10.4116/jaqua.61.2114.
・北村晃寿・池田昌之(2021) 2021年7月3日に静岡県熱海市伊豆山地区で発生した土石流の速報　静岡大学地球科学研究報告, 48, 63–71.
・北村晃寿・岡嵜颯太・近藤　満・渡邊隆広・中西利典・堀　利栄・池田昌之・市村康治・中川友紀・森　英樹(印刷中)、 静岡県熱海市伊豆山地区の土砂災害現場の盛土と土石流堆積物の地球化学・粒子組成分析　静岡大学地球科学研究報告, 49.
・木村克己(2021)　熱海市の逢初川土石流災害の地形・地質的背景　深田地質研究所年報, No. 22,185–202.
・国土地理院(2021)　崩壊地等分布図及び土砂堆積範囲図(７月６日第３報公開)　https://www.gsi.go.jp/BOUSAI/R3_0701_heavyrain.html#4　2021年７月８日にダウンロード
・Momoshima, N., Sugihara, S., Ichikawa, R. & Tokoyama, H. (2012) Atmospheric radionuclides transported to Fukuoka, Japan remote from the Fukushima Dai-ichi nuclear power complex following the nuclear accident. Journal of Environmental Radioactivity, 111, 28-32.
・越智康太郎・藤井健悟・萩原健太・大渕敦司・小池裕也(2017)、 関東甲信越における土壌中放射性セシウムの化学形態モニタリング　分析化学, 66, 175–180.
・及川輝樹・石塚　治(2011), 熱海地域の地質. 地域地質研究報告(5万分の1 地質図幅）. 産総研地質調査総合センター, 61p.　産業技術総合研究所地質調査総合センター (2021),　地質図Navi. https://gbank.gsj.jp/geonavi/#disclaimer　2021年10月６日引用.
・静岡県(2021a), 難波副知事記者会見　令和３年７月８日　https://www.youtube.com/watch?v=ihq8hpwGA0w　2021年７月９日引用.
・静岡県(2021b), 熱海市伊豆山地区土石流土質調査結果(速報)　https://www.pref.shizuoka.jp/kensetsu/ke350/documents/kisyateikyou_doshitucyousakekka.pdf 　2021年９月９日引用.
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・静岡県(2021d), 逢初川土石流の発生原因調査に関する地質調査（ボーリング）実施状況　http://www.pref.shizuoka.jp/kensetsu/ke350/sabouka/documents/chishitucyousakekka.pdf　2022年３月24日引用.
・静岡県(2021e), 逢初川土石流災害対策検討委員会　http://www.pref.shizuoka.jp/kensetsu/ke-350/sabouka/documents/iinnkaishiryou.pdf　2022年３月24日引用.
・静岡県(2021f), 熱海市伊豆山地区土砂災害現場の土壌の放射能調査結果　https://www.pref.shizuoka.jp/kinkyu/genshiryoku/atamishiizusanhousyasen.html　2022年３月24日引用.
・静岡県(2021g), 1.　熱海市逢初川源頭部の盛土　http://www.pref.shizuoka.jp/kensetsu/ke-520/r31018koubunnsho.html　2022年３月24日引用.
・東京電力福島原子力発電所事故調査委員会(2012), 東京電力福島原子力発電所事故調査委員会報告書　https://www.mhmjapan.com/content/files/00001736/naiic_honpen2_0.pdf

【各研究機関の役割】
静岡大学：試料採取、粒度組成、放射性セシウム濃度の測定、砂粒子の鉱物種・岩石種の同定、薄片作成、 全体総括、論文執筆
ふじのくに地球環境史ミュージアム：泥粒子の有機炭素、 窒素、 硫黄分析