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1 (1) 日本列島の地質構造の変遷 日本列島の地質構造の変遷について, 各イベントのプレート配置図を以下に示す 1 30Ma 以前 ; 日本海拡大前の日本列島 ( 図 ) 日本海拡大前 ( 少なくとも 30Ma 以前 ) の状況は, 日本列島は沿海州と連続しており ( 山北 大藤,1999;2000), 北海道付近には大陸縁に平行して北北東から西南西に伸びた沈み込み境界 ( 海溝 ) が分布する (Kimura and Tamaki,1986) 沿海州のパルチザンスク断層が棚倉構造線へ, シホテアリン断層が畑川構造線 ( または双葉断層 ) へと接続している 足尾帯は美濃帯へ, 上越帯は広義の飛騨外縁帯へと連続している また, 北海道からサハリン西部に分布する空知 - 蝦夷帯 ( 空知層群, 蝦夷層群分布域 ) が, 沿海州のジュラブレフカ帯に隣接し, 北部北上帯の北方延長部である渡島半島のジュラ紀コンプレックスは沿海州のタウハ帯に接続している 太平洋プレートは西北西へ (Jolivet et al.,1994) 移動し, フィリピン海プレートは北北西へ移動していたが, 沈み込み停止とともに西フィリピン海盆の拡大は停止する (Seno and Maruyama,1984) 棚倉構造線( 先第三紀 ; 天野,1991), 畑川構造線 ( 白亜紀 ~ 古第三紀 ; 生出ほか編,1989) 及び中央構造線 (Ichikawa,1980) は左ずれ変位を示していた なお, 日本列島と大陸の連続性を示すため, 地帯 ( 特定の岩石 地層の組み合わせにより特徴付けられ, ひとまとまりの空間的範囲を占める地殻の一部分 ) を区分し, 図 に示した 2 30Ma; 日本海及び千島海盆のリフト開始, 古千島弧の右ずれ付加開始 ( 図 ) 沿海州東方 (Jolivet et al.,1994) 及びサハリン東方においてリフティング 伸張応力によって大陸プレート ( リソスフェア ) が引き伸ばされ, 地表が沈降 陥没する現象 ( 瀬野,1990a; 瀬野,1990b;Tamaki et al.,1992) が始まり, 古千島弧 ( 日高帯を含む北海道中部及び東部 ) が北海道西部への右ずれ付加を開始する ( 木村 楠,1997) フィリピン海プレートは 30Ma から 25Ma の間は沈み込みがなかった ( 西村 湯浅,1991) 棚倉構造線及び畑川構造線は右ずれ変位 (Jolivet et al.,1994), 中央構造線の一部は左ずれ変位 (Ichikawa,1980) を示す この時期, フィリピン海プレートの南部では, パレスベラ海盆が拡大を開始している ( 西村 湯浅,1991) 東北日本の火成活動の分布は,40~30Ma の位置 ( 沿海州付近 ) から 100~200km 海溝側に移動し, ほぼ現在の火山フロントと同じ場所に位置する 一方, 西南日本は 40~30Ma の位置より 50~100km ほど海溝側に移動しているものの, その分布は富山湾から中国地方に連続し, 東北日本とは連続しない 日本海の拡大メカニズムについては, 後期白亜紀にオーストラリアからホットリージョンがマントル上昇流を伴って太平洋西部を北上し, 次々と縁海を拡大しつつ, 漸新世に日本付近に達し日本海盆を形成したとする考え (Miyashiro,1986) がある また,40Ma 前後に起こったインド亜大陸のユーラシアプレート衝突が, その後, アジア内に大規模なプレート内変形あるいはマイクロプレート化をもたらすとともに, 大陸の東縁部で横ずれ断層帯を形成し, 日本海拡大の引き金となったとする考え (Kimura and Tamaki,1986;Tamaki,1988;Jolivet et al.,1994) 3-20

2 もある 3 25Ma; 日本海, 千島海盆, 及び四国海盆の拡大開始 ( 図 ) 日本海, 千島海盆及び四国海盆が拡大を開始する 千島海盆の拡大に伴い, トランスフォーム断層が形成される ( 木村 楠,1997) このトランスフォーム断層は, 現在の網走構造線に対比される また, 四国海盆の拡大によって, 古伊豆 - 小笠原弧が伊豆 - 小笠原弧と九州 -パラオ海嶺に分断される ( 平,2000) フィリピン海プレートとユーラシアプレートの境界は, トランスフォーム境界から四国海盆の拡大開始に伴い西北西への沈み込み境界となったとする考え ( 西村 湯浅,1991) と,18Ma までトランスフォーム境界だとする考え ( 宇都,1995) がある 火成活動についてみると, 東北日本では 30Ma と比較して相対的に 50km ほど海溝側に移動し, 現在の海岸線近くに位置する 西南日本では, 近畿以東で火成活動の位置が大きく海溝側に移動するが, 依然として東北日本の活動域とは不連続となっている この頃の地殻応力場については, 佐渡島の岩脈のデータから拡大軸に平行な方向に圧縮, 拡大方向に伸張といった応力配置となる ( 鹿野ほか,1991) 棚倉構造線及び畑川構造線は右ずれ変位を示し (Jolivet et al.,1994), 中央構造線は一部で左ずれ変位を示す (Ichikawa,1980) 4 20Ma; 東北日本弧の回転開始 ( 図 ) 日本海の拡大とともに東北日本が反時計回りに回転し始め, 東北日本西部, 西南日本にそって淡水域が広がる (Jolivet et al.,1994; 浜野 当舎,1985; 新妻,1985; 佐藤 池田,1999) 古千島弧の北海道西部への右ずれ付加は継続していた ( 木村 楠,1997) 太平洋プレートとトランスフォーム断層による三重会合点は, 太平洋プレートの沈み込み位置の東進に伴い, 南西に移動する Seno and Maruyama(1984), 西村 湯浅 (1991) によれば, フィリピン海プレートは北北西の運動が考えられているが, 四国中部のマントルノジュールを含んだランプロファイヤーの産出から,24~18Ma までフィリピン海プレートと西南日本はトランスフォーム断層で接していたとする考え ( 宇都,1995) もある この間も四国海盆は引き続き拡大していたとされている 火山活動域は, 相対的に東北日本, 西南日本ともに海溝側に移動している ( 鹿野ほか,1991) 地殻応力場は, 東北日本南部で海溝及び日本海の拡大軸に平行な最大圧縮軸が認められ, 拡大に伴う伸張応力, または棚倉構造線及び畑川構造線の右ずれ変位による伸張亀裂とされている 西南日本では, 現在の沿岸部に沿う最大圧縮軸が確認されている ( 鹿野ほか,1991) 5 17Ma; 東北日本 西南日本弧の移動及び回転 ( 図 ) 20Ma 前後から始まった東北日本の回転は 15Ma まで続いたが ( 浜野 当舎,1985; 新妻,1985), 主要な回転は 18Ma に終了したとされている ( 佐藤 池田,1999;Takahashi et al.,1999) 東北日本の回転後, 西南日本が時計回りに移動 回転した 西南日本の回転による拡大は急激に起こったとする考え (Otofuji et al.,1991) もあるが,ODP(Ocean Drilling Program: 国際 3-21

3 深海掘削計画 ) による結果を踏まえると,18Ma 以降に顕著な火成活動はなく, 拡大そのものは 18Ma までに終了し,15Ma にブロック回転を生じたもの (Jolivet et al.,1994;tamaki et al., 1992) と判断される フィリピン海プレートでは, パレスベラ海盆の拡大停止に伴い, 四国海盆の拡大方向が東西方向から北東 - 南西方向へ変化するとともに ( 沖野ほか,1998), 北北西方向に移動を始める ( 西村 湯浅,1991) 畑川構造線及び棚倉構造線は右ずれ変位を示し (Jolivet et al.,1994), 東北日本は伸張応力場での地殻の薄化で沈降が生じ, 大規模に海が浸入する 太平洋プレートの沈み込みの位置は現在の配置に近いものとなる ( 鹿野ほか,1991) この時代の西南日本 日本海側の火成活動は, 日本海拡大に伴うマントル上昇流の影響であるとされている ( 宇都,1995) 6 15~14Ma; 日本海, 千島海盆, 及び四国海盆の拡大終了, 伊豆弧の衝突開始 ( 図 ) 日本海, 千島海盆及び四国海盆の拡大がほぼ終了するとともに, 日本列島はほぼ現在の位置に移動し, 現在の日本列島の基礎となる構造が形成された 棚倉構造線は右ずれ変位を示しており (Jolivet et al.,1994), 伊豆弧が日本列島に衝突を開始する (Takahashi,1994) 西南日本では若く熱いフィリピン海プレートが沈み込み, 火山フロントが前弧側に大きく移動する ( 鹿野ほか,1991; 宇都,1995) 西南日本では北北西 - 南南東方向の圧縮応力場となり, 東北日本はほぼ東西方向の圧縮応力場となる ( 鹿野ほか,1991;Takahashi,1994) 7 13~8Ma; 日本海拡大後の静穏期 千島弧前弧スリバーの衝突 日高山地の上昇 ( 図 ) 千島弧前弧スリバーが日高主衝上断層を境して衝突し ( 木村,1981), 日高山地の上昇が始まる ( 宮坂,1987) 12Ma 頃よりフィリピン海プレートの移動停止に伴い, 四国海盆の拡大が停止する ( 宇都,1995) 日本海の拡大は 15Ma にほぼ終了したとされるが, 遅くとも 13Ma 頃に完全に終了し, 現在と同様なプレート配置となる 東北日本の火山フロントは背弧側に後退し ( 鹿野ほか,1991), 西南日本では散発的なアルカリ玄武岩類の活動がみられるのみとなる ( 宇都,1995) 地殻応力場は, 北海道東部から中軸部で千島弧の西進による東北東 - 西南西方向の圧縮がみられ, 東北日本北部でも東北東 - 西南西方向の圧縮が卓越する 東北日本南部から西南日本では, 南北方向の圧縮が卓越する ( 鹿野ほか,1991) 8 6Ma; 糸魚川 - 静岡構造線の発達 ( 図 ) 千島弧前弧スリバーの衝突による日高山地の上昇は継続する ( 宮坂,1987) この頃フィリピン海プレートは, マリアナトラフの拡大開始に伴い, 北北西に移動を始める ( 宇都,1995; Kamata and Kodama,1999;Seno,2000) 糸魚川- 静岡構造線が活動を始める ( 山下編,1995) 火山フロントは, 東北日本, 西南日本ともにやや海溝側に移動し, アルカリ岩の活動が東北日本では渡島半島の西方海域, 西南日本では若狭湾から中国地方の瀬戸内海沿岸, 島原半島を経て, 天草 甑島諸島へ連続する地域で認められる ( 鹿野ほか,1991; 宇都,1995) アルカリ岩の活動が続く 11~5Ma の間, フィリピン海プレートは山陽地域の直下には存在しなかったとされている ( 宇都,1995) 地殻応力場は, 糸魚川 - 静岡構造線以東では東西系の圧縮場とな 3-22

4 り, 糸魚川 - 静岡構造線南部では, 伊豆 - 小笠原弧の衝突付加により南北圧縮が顕著となる ( 鹿 野ほか,1991;Takahashi,1994) 9 4Ma; 丹沢山地の衝突, 中央構造線の活動開始 ( 図 ) 北海道中軸部では, 日高山地の隆起速度が急速に衰える ( 宮坂,1987) 伊豆- 小笠原弧では, 丹沢山地が日本列島に衝突付加する (Takahashi,1994) 5~4.5Ma にフィリピン海プレートの移動方向が北北西方向から西北西方向に変化するのに伴い, 中央構造線では東側から右ずれ変位の活動が始まったとする考えがある ( 杉山,1991;1992) 糸魚川- 静岡構造線は, 左ずれもしくは逆断層変位を示す (Jolivet et al.,1994) 太平洋プレートの西北西への運動は 37Ma 以降ほぼ一定であったが,5~2.5Ma にかけて運動方向が時計回りに数度以内で変化 ( 北向きに ) したことがハワイ海山列の並びより認められている これについては, フィジー海台下に沈み込む太平洋プレートの部分的なデタッチメント (Cox and Engebretson,1985) や, 千島海溝への古い海嶺の沈み込みにより沈み込み速度が加速し, 時計回りのトルクが増大したとする考え (Pollitz,1986) がある 10 3Ma; 日本海東縁部での変動開始 ( 図 ) 中央構造線の右ずれ変位を示す領域が紀伊半島東部から西部へと西方に拡大する ( 杉山, 1991) 日本海東縁部で, ユーラシア ( アムール ) プレートの東進に伴い変動が始まり (Okamura et al.,1995), 陸域でも逆断層が形成され始める (Sato,1994; 粟田,1988) Ma; 日高山地衝突帯の西方移動, 沖縄トラフ 伊豆 - 小笠原背弧盆の拡大開始 ( 図 ) 千島弧衝突による断層フロントが西方に移動を始める ( 池田ほか,1997) 2Ma 頃より沖縄トラフが拡大を始める ( 木村,1990; 木村ほか,1999) 中央構造線の右ずれ変位がさらに西方に移動するとともに ( 杉山,1991;1992), 畑川構造線の一部が左ずれ変位を示す 糸魚川 - 静岡構造線は, 左ずれもしくは逆断層変位を示す 2Ma 前後より伊豆 - 小笠原弧での背弧海盆が拡大を開始しており, フィリピン海プレートの運動方向の北北西から西北西への変化をこれらのイベントから 2Ma 前後とする考え ( 瀬野,1984; 西村 湯浅,1991) がある 12 1Ma; 伊豆半島の衝突, 日本海東縁における沈み込み ( 衝突 ) 開始 ( 図 ) 伊豆 - 小笠原弧では, 伊豆半島が日本列島に衝突する ( 松田,1989) 日本海東縁では, ユーラシアプレートが東北日本 ( 北米プレート ) に対して収束境界となり始める ( 中村,1983; 小林,1983) が, 沈み込み帯は形成されていない ( 粟田,1988) とされる しかしながら, 奥尻海嶺西方の日本海盆の東縁では, 沈み込みが生じているという考えもある ( 平,2002) 現在もプレート境界の変形の一部は, 十勝平野西縁, 樺戸山地西縁等でも生じている ( 池田ほか, 1997) 中央構造線の一部は右ずれ変位を示す( 杉山,1991) 畑川構造線の一部は左ずれ変位を示す ( 生出ほか編,1989) 糸魚川- 静岡構造線は, 左ずれもしくは逆断層変位 ( 丸山, 1984) を示す 5Ma 以降, 西南日本の中国地域では火山活動域が日本海沿岸に移り, サブアルカリックな岩石がアルカリ玄武岩を伴って噴出しており, 沈み込んだフィリピン海プレートが中国山地の地下まで到達し, 火山フロントが形成され始めたことを示している ( 宇都,1995) 3-23

5 13 0.5Ma( 図 ) 及び Ma( 図 ) 日本海東縁における沈み込み ( 衝突 ) が継続する 中央構造線の一部の右ずれ変位及び畑川 構造線の一部が左ずれ変位を示す 糸魚川 - 静岡構造線は, 左ずれまたは逆断層変位を示す 15 現在 ; 日本海東縁部での変動 ( 図 ) 日本海東縁における沈み込み ( 衝突 ) 及び中央構造線の一部の右ずれ変位が継続する 糸魚 川 - 静岡構造線は, 左ずれもしくは逆断層変位を示す 3-24

6 図 日本列島周辺のプレート配置図 (30Ma 以前 ) 3-25

7 図 日本列島周辺のプレート配置図 (30Ma) 3-26

8 図 日本列島周辺のプレート配置図 (25Ma) 3-27

9 図 日本列島周辺のプレート配置図 (20Ma) 3-28

10 図 日本列島周辺のプレート配置図 (17Ma) 3-29

11 図 日本列島周辺のプレート配置図 (15~14Ma) 3-30

12 図 日本列島周辺のプレート配置図 (13~8Ma) 3-31

13 図 日本列島周辺のプレート配置図 (6Ma) 3-32

14 図 日本列島周辺のプレート配置図 (4Ma) 3-33

15 図 日本列島周辺のプレート配置図 (3Ma) 3-34

16 図 日本列島周辺のプレート配置図 (1.8Ma) 3-35

17 図 日本列島周辺のプレート配置図 (1Ma) 3-36

18 図 日本列島周辺のプレート配置図 (0.5Ma) 3-37

19 図 日本列島周辺のプレート配置図 (0.1Ma) 3-38

20 図 日本列島周辺のプレート配置図 ( 現在 ) 3-39

21 3.2.2 日本列島周辺のプレート運動の状況前節 (3.2.1) では, 現在に至るまでのプレート運動にかかわる地質構造の変遷の概要を述べてきたが, 本節では, 日本列島周辺のプレートの配置 運動速度について述べる 日本列島周辺は, 太平洋プレート, フィリピン海プレート, 北米プレート ( あるいはオホーツクプレート ), ユーラシアプレート ( あるいはアムールプレート ) の四枚の主要なプレートから構成されている 太平洋プレートは,8cm/ 年程度の速度で, 西北西に移動し, 千島弧, 東北日本弧及び伊豆 - 小笠原弧の下に沈み込んでいる (Wei and Seno,1998: 図 ) 太平洋プレートが沈み込む千島 カムチャッカ海溝, 日本海溝及び伊豆 - 小笠原海溝は, いずれも 6,000m 以上の深さに達し, 島弧には第四紀火山が分布している これらの第四紀火山は海溝と平行に分布し, 火山フロントを形成している フィリピン海プレートは,5cm/ 年程度の速度で北西に移動し (Wei and Seno,1998: 図 ), 西南日本弧や琉球弧の下に沈み込んでいる 西南日本弧の火山フロントは, 琉球海溝や南海トラフと平行に分布しているが, 中部地方におけるフィリピン海プレートの沈み込みの深さは 100km より浅く, 上部マントルを部分融解させるまでの深度に到達していないため, マグマが形成されておらず, 第四紀火山が分布していない 日本列島は, 中国大陸から続くユーラシアプレート ( あるいはアムールプレート ) 及びシベリア, カムチャッカから続く北米プレート ( あるいはオホーツクプレート ) に含まれる ユーラシアプレートと北米プレートの境界は, 従来, サハリンから北海道中軸部を経て襟裳岬沖の千島海溝と日本海溝の会合部に伸びるとされ, 日本列島はユーラシアプレートに属すると考えられていた ( 図 (a)) 現在では, ユーラシアプレートと北米プレートの境界は, サハリンから日本海東縁を経て糸魚川 - 静岡構造線につながるという考え ( 中村,1983; 小林,1983: 図 (b)) が, 日本海東縁の地震活動, 第四紀の変動帯の存在から提唱された その後, 地震のスリップベクトルから, カムチャッカ半島 オホーツク海 北海道 東北日本は, 北米プレートから独立したオホーツクプレートを形成するという考え (Seno et al.,1996: 図 (c)), サハリンから北海道中軸部に伸びるプレート境界によってさらに東北日本プレートというマイクロプレートを形成するという考えもある (Seno et al.,1996: 図 (d)) 地殻水平移動の結果や, 地震のデータ等からプレート境界は佐渡島の東を通って, 新潟市付近か さいがわ ら信濃川と犀川沿いに松本盆地を経由し, 糸魚川 - 静岡構造線につながるとする考えもある ( 多田 ほか,1997) この北米プレート ( あるいはオホーツクプレート ) の境界は, 北海道中軸部から日本海東縁部に移動したとする考えがあり, その時期は 2Ma から 0.5Ma と諸説があり, 最近では約 3Ma に始まったユーラシアプレート ( あるいはアムールプレート ) の東進によるものだとする考えもある また, 日本海東縁部には沈み込み境界となる断層帯は認められないので, プレート境界としない考えもある ( 岡村ほか,1998) 日本海側の水平圧縮変動は, 太平洋側の水平圧縮変動よりも激しく, 海洋プレートの沈み込みによる圧縮だけでは説明できないため, 大陸側からのプレート運動の影響を考慮する必要がある ( ユーラシアプレートを固定すると西南西へ 0.5cm/ 年程度 :DeMets et al.(1994) 3-40

22 の NUVEL ⅠA モデルに基づく ) 琉球弧の背弧側に広がる沖縄トラフでは海盆が拡大しており, その北東側の延長の九州中部では, 例外的な水平伸張場となっている 図 日本列島周辺のプレート運動 ( 出典 :Wei and Seno,1998) EU: ユーラシアプレート,NA: 北米プレート,OK: オホーツクプレート,AM: アムールプレート,PA: 太平洋プレート,PH: フィリピン海プレート, : 各プレートの相対運動の回転極, 80: 各プレートの相対運動方向と速度 (mm/ 年 ), 相対運動の回転極, 方向及び速度については, 次の相対関係のものが示されている : ユーラシアプレートに対する北米プレートの相対運動 (NA-EU), ユーラシアプレートに対するアムールプレートの相対関係 (AM-EU), オホーツクプレートに対するアムールプレートの相対関係 (AM-OK), オホーツクプレートに対するユーラシアプレートの相対関係 (EU-OK), フィリピン海プレートに対するユーラシアプレートの相対関係 (EU-PH), オホーツクプレートに対する北米プレートの相対関係 (NA-OK), 太平洋プレートに対するオホーツクプレートの相対関係 3-41

23 図 日本列島周辺のプレート境界 ( 出典 : 瀬野,1995) (a) ユーラシアプレートと北米プレートの境界が北海道中軸部を通るとする考え (Chapman and Solomon,1976), (b) ユーラシアプレートと北米プレートの境界が日本海東縁を通るとする考え ( 中村,1983; 小林,1983),(c) オホーツク海 東北日本がオホーツクプレートをなすという考え ( 例えば,Seno et al.,1996),(d) 東北日本がさらにマイクロプレートをなすという考え ( 例えば,Seno et al.,1996) 3-42

24 節の整理本節では, 日本列島における地震等の自然現象に関する将来予測を行ううえでの前提となる情報として, 日本列島周辺のプレートの配置, 運動様式の変遷について取りまとめた 後の 3.4 節で具体的に述べるように, 地震等の自然現象に関する将来予測の可能性を検討するうえで, 日本列島周辺のプレートシステムの基本的な枠組みがいつ頃形成されたか, 日本列島下に沈み込んでいる海洋プレートの運動方向や日本列島の地殻に作用する造構応力状態に関し, 現在と同様の状況がどの程度過去から継続しているかを明らかにしておくことは重要であり, 本節で述べた内容は, それに対し基本的な情報を与えるものである 日本列島周辺のプレートシステムの基本的な枠組みが形成されたのは, 日本列島の背弧海盆である日本海の拡大が終了した 15~14Ma に遡る この日本海の拡大は, 日本列島周辺のプレートシステムに著しく大きな影響をもたらした事象であると考えられることから, 地質構造の変遷にあたっては, 日本海の拡大の開始 終了を含む, 約 30Ma 以降現在に至るまでを取り扱うこととした 日本列島は, 約 30Ma 以前は, アジア大陸東縁の沿海州と連続していたが, 約 30Ma 以降, 日本海及び千島海盆のリフティング 伸張応力によって大陸プレート ( リソスフェア ) が引き伸ばされ, 地表が沈降 陥没する現象 ( 瀬野,1990a; 瀬野,1990b:Tamaki et al.,1992) が開始された その後, 日本海, 千島海盆, 四国海盆等の背弧海盆の拡大, 東北日本 西南日本の回転運動,15~14Ma の背弧海盆の拡大終了を経て, さらに伊豆 - 小笠原弧の衝突, 海洋プレート ( 特にフィリピン海プレート ) の運動方向の変化, 千島弧前弧の衝突, 日本海東縁の収束境界化等を経て, 現在に至っていることを明らかにした また, 日本列島周辺は, 太平洋プレート, フィリピン海プレート, 北米プレート ( あるいはオホーツクプレート ), ユーラシアプレート ( あるいはアムールプレート ) の四枚の主要なプレートから構成されており, このうち, 太平洋プレートは,8cm/ 年程度の速度で, 西北西に移動し, 千島弧, 東北日本弧及び伊豆 - 小笠原弧の下に沈み込んでいること, フィリピン海プレートは,5cm/ 年程度の速度で北西に移動し, 西南日本弧や琉球弧の下に沈み込んでいること等を明らかにした なお, 北米プレート ( あるいはオホーツクプレート ) とユーラシアプレート ( あるいはアムールプレート ) の境界については諸説があるが, 沈み込みの速度は上記二つのプレートと比べれば十分小さいと考えられ, 地質環境の将来予測のもととなる日本列島のプレートシステムの安定性を論ずるうえで, 支障はないと考えられる 以上の日本列島の地質構造の変遷に関する情報 データを踏まえた日本列島周辺のプレートシステム 広域的な造構応力状態の変遷の具体的根拠については,3.4.2 に取りまとめる 3-43

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