【地学基礎】地層の読み方を図解で総まとめ—地層累重の法則・不整合・柱状図・鍵層｜武蔵野個別指導塾

崖の断面図でできごとを古い順に並べる例題と、3 本の柱状図を火山灰層で結ぶ標高の計算を解きながら、逆転と不整合を見落とさない読み方を身につけましょう。

よくあるのは、駅前の本屋の参考書の棚の前で、地層のページを開いたまま立ち止まってしまうという場面です。柱状図が 3 本並んだ問題を見て、同じ砂岩どうしを頭の中の線で結んだのに、解説の線はまったく別の高さを走っている。隣のページには「下の地層が古いとは限らない」とあり、何を頼りに読めばよいのかわからなくなって、本を棚に戻してしまう。地層の読み取りは、覚えた量よりも手順で決まります。上下を確かめ、重なりの切れ目を探し、鍵層で離れた場所をつなぐ。この順番が身につくと、初めて見る断面図でもできごとを古い順に並べられ、柱状図の対比も標高の計算も同じ流れで解けるようになります。

この単元で押さえること

• 地層累重の法則：地層が逆転していなければ、下の地層ほど古く、上の地層ほど新しいという決まりです。
• 整合と不整合：連続して堆積した重なりが整合、堆積に長い中断がはさまる重なりが不整合です。不整合面は時間の空白の跡です。
• 上下を知る手がかり：級化層理、クロスラミナ、漣痕（れんこん）の形から、堆積したときの上下を判定します。
• 切り合いの関係：断層や貫入した岩体は、切っている相手より新しいと読みます。
• 柱状図：ある地点の地層の重なりを 1 本の柱で表した図です。岩石の種類と厚さ、重なりの順を読みます。
• 鍵層と対比：火山灰層のような目印を使って、離れた地点の地層の時代を比べます。同じ岩石どうしを結ぶのではありません。

堆積岩の単元で学んだ砂岩や泥岩のでき方をもとに重なりの順を読み、この後の化石と地質年代の単元で、その順番に時代の名前を付けていきます。

基本の考え方

地層累重の法則と整合・不整合

地層は、水の底などに砂や泥が積もってできます。本屋の平積みで下の本ほど先に置かれているのと同じで、後から積もったものは先に積もったものの上に乗ります。これが地層累重の法則で、「地層が逆転していなければ、下の地層ほど古い」と言い表します。「逆転していなければ」までが法則の一部です。平積みの山を丸ごとひっくり返せば下の本のほうが新しくなるように、大きな力でしゅう曲した地層には上下が逆になっているものがあります。1 枚 1 枚の地層を単層、単層どうしの境目の面を層理面と呼びます。

重なり方には 2 種類あります。砂や泥が大きな中断なく積もり続けた重なりが整合です。これに対して、ある時期に堆積が止まり、長い時間があいてから次の地層が積もった重なりが不整合で、その境目を不整合面と呼びます。シリーズものの平積みにたとえるなら、1 巻から 5 巻まで積んだ山から上の 2 冊が持ち去られ、しばらくして 9 巻が置かれたような状態です。4 巻から 8 巻がこの山のどこにも無いことが、時間の空白を示しています。

典型的な不整合は、海底で堆積した地層が隆起して陸になり、侵食を受け、沈降して再び海底になり、その上に新しい地層が堆積してできます。不整合面の上下で地層の向きがそろっていれば平行不整合、下の地層が傾いたりしゅう曲したりしていて向きが食い違っていれば傾斜不整合です。不整合面のすぐ上には、下の地層や岩石のかけらを含む礫岩（基底礫岩）が見られることがあり、不整合を見つける手がかりになります。4 つの段階は、誤りやすい点と合わせて後の節の図4で確かめます。

累重の法則と組で使う決まりがもう 1 つあります。断層は地層を切ってずらし、貫入したマグマは地層を横切って固まります。切られるものは、切られる前にそこにあったはずです。したがって、切っているものは切られているものより新しいと読めます。

上下を確かめる 3 つの手がかり

地層が逆転していないかを確かめるには、堆積したときの向きが形として残っている構造を探します。図1のように、代表的な構造は 3 つあります。図の矢印の向きが、堆積したときの上です。

級化層理（きゅうかそうり）は、1 枚の単層の中で、粒が下から上へ細かくなる構造です。土砂を含んだ濁った流れ（混濁流）が海底を流れ下って勢いを失うと、重くて粗い粒から先に沈むためにできます。粗い側が下と覚えてください。

クロスラミナ（斜交葉理）は、水の流れの中で砂が動くときにできる、層理面に斜めに交わる細かい縞です。図1の中央のように、縞の上の端は上の面でばっさり切られ、下の端は下の面になめらかに接します。先にできた縞の上の部分を、次の流れが削っていくからです。切られている側が上になります。縞が傾き下がる向きから、当時の流れの向きも読み取れます。

漣痕（れんこん、リップルマーク）は、波や水の流れで砂の表面にできた波形の模様が地層に残ったものです。波でできた漣痕の断面は、図1の右のように山がとがり、谷が丸くなります。とがった側が上です。

3 つとも教えてくれるのは「堆積したときの上」です。今の崖の上と一致すれば逆転はなく、食い違えばその地層は逆転していると判断します。

柱状図の読み方と鍵層による対比

柱状図は、ある地点の地層の重なりを 1 本の柱で表した図です。縦の長さが層の厚さを、模様や色が岩石の種類を示します。逆転が無ければ柱のいちばん下がいちばん古いので、下から上へ、時間の流れに沿って読みます。不整合は波線で描かれることが多く、そこで時間が飛んでいることを表します。

粒の大きさの変化からは、その場所の環境の移り変わりが読めます。礫は岸の近くに、砂はそれより沖に、泥はさらに沖の静かな海底にたまりやすいので、下から上へ礫岩、砂岩、泥岩と変われば、その場所は岸から遠くなった、つまり海が深くなったと考えられます。これは何枚もの地層にまたがる変化で、1 枚の単層の中で起こる級化層理とは別のものです。

離れた地点の地層を比べて、どの層がどの層と同じ時代かを決めることを対比といい、そのときの目印になる地層を鍵層といいます。鍵層の条件は、短い期間に堆積したこと、広い範囲に堆積したこと、ほかの層と見分けやすいことの 3 つです。代表は火山灰が固まった凝灰岩の層です。噴火は地質の時間で見ればほんの一瞬で、火山灰は風に乗って遠くまで届くので、離れた地点の同じ火山灰層は、ほぼ同じ時に積もった面を表します。どの店の平積みにも同じ日に届いた同じ新刊が 1 冊はさまっていれば、店ごとに積み方が違っていても、その 1 冊を基準に前後を比べられるのと同じです。

例題で解き方を確かめる

易しいものから順に 4 問解きます。答えそのものより、「何を根拠にそう読んだか」を言えるかどうかを確かめてください。

例題1　構造の名前と逆転の判定

ほぼ水平な砂岩層が重なる崖で、次の 2 つを観察しました。(a) ある 1 枚の層の中で、粒は崖の上側ほど粗く、下側ほど細かい。(b) 別の層の斜めの縞は、崖の下側の面で切られ、上側の面になめらかに接している。(1) (a) と (b) の構造の名前を答えてください。(2) この崖の地層は逆転しているといえますか。

1. 観察に名前を付けます。(a) は粒の大きさの変化なので級化層理、(b) は斜めの縞なのでクロスラミナです。名前が決まると、使う判定の決まりも決まるからです。
2. 級化層理で向きを読みます。粗い粒が堆積したときの下なので、当時の下は今の崖の上側です。粗い粒が先に沈むという成り立ちが根拠になります。
3. クロスラミナで向きを読みます。切られている側が当時の上なので、当時の上は今の崖の下側です。1 つの観察だけで決めず、別の手がかりでも確かめるための手順です。
4. 2 つの結果を今の崖の上下と比べます。どちらも当時の上が今の下にあると示しているので、逆転していると判断できます。

答え：(1) (a) 級化層理、(b) クロスラミナ　(2) 逆転している

例題2　断面図からできごとを古い順に並べる

図2はある崖の断面を模式的に描いたものです。A、B、C は傾いた地層で、級化層理から逆転していないことが確かめられています。G は花こう岩で、接している A、B、C には熱で変化した跡（接触変成）がありますが、D にはありません。D は花こう岩の礫を含む礫岩、E は砂岩です。赤い波線は不整合面、紺の太い直線は断層です。A、B、C、D、E、G、不整合、断層を古い順に並べてください。

1. いちばん大きな切れ目を探します。赤い波線を境に、上の D、E と下の A、B、C、G に分かれます。不整合面より下にある岩石は面ができる前からあったので、先に下の組だけを考えればよくなるからです。
2. 下の組の地層を累重の法則で並べます。図2の右のほうを縦に見ると、上から C、B、A の順に重なっているので、A、B、C の順に古いと読めます。逆転していないことが確かめられているので、傾いていても法則をそのまま使えます。
3. G の位置を決めます。G は A、B、C を横切り、周りに接触変成の跡があるので、C より新しいとわかります。一方で G は不整合面で切られ、礫になって D に入っているので、不整合より古いと読めます。前後の 2 つの関係がそろって初めて、順番が 1 か所に定まるからです。
4. 上の組を並べます。D は不整合面のすぐ上の基底礫岩で、その上に E が重なるので、D、E の順です。累重の法則は、不整合の上の組にも同じように使えます。
5. 断層を最後に置きます。断層は E、D、不整合面、G をどれもずらしているので、E より新しいとわかります。切っているものは切られているものより新しいからです。

答え：A → B → C → G → 不整合 → D → E → 断層

なお、A、B、C が傾いたのは C の堆積の後で不整合ができる前ですが、G の貫入と傾きのどちらが先かは、この図だけでは決められません。決められないことを決めたふりをしないのも、地層を読むときの大事な姿勢です。

例題3　鍵層の標高を計算して対比する

東西に一直線に並ぶ地点 P、Q、R（西から順に 200 m ずつ離れています）で掘った結果が、次の表と図3です。(1) 火山灰層 X の上面の標高を地点ごとに求めてください。(2) 東西方向で見ると、X はどちらへ、200 m につき何 m 低くなっていますか。(3) R から東へ 400 m、地表の標高 65 m の地点 S を掘ると、X の上面には深さ何 m で達しますか。X は同じ割合で続き、断層は無いものとします。

1. 深さを標高に直します。80 − 20 = 60 m、70 − 15 = 55 m、60 − 10 = 50 m です。地表の高さが地点ごとに違うので、深さのままでは同じ物差しで比べられないからです。
2. 標高を西から並べて比べます。60 m、55 m、50 m と、東へ 200 m ごとに 5 m ずつ下がります。図3で帯が右下がりになっているのは、このことを表しています。
3. S の位置の X の標高を求めます。400 m は 200 m の 2 倍なので、R より 5 × 2 = 10 m 低い 40 m です。同じ割合で続くと決められているので、比例で延ばせるからです。
4. S の地表の標高から引きます。65 − 40 = 25 m です。求めるのは標高ではなく地表からの深さなので、最後にもう一度引き算で戻します。

答え：(1) P 60 m、Q 55 m、R 50 m　(2) 東へ、200 m につき 5 m　(3) 25 m

例題4　鍵層の条件を説明する

火山灰層が鍵層としてすぐれている理由を、60 字程度で説明してください。

1. 鍵層の条件を書き出します。「短い期間に堆積」「広い範囲に堆積」「見分けやすい」の 3 つです。問われているのは火山灰そのものの説明ではなく、鍵層の条件に合う理由だからです。
2. 火山灰の性質を条件に当てはめます。噴火は短い期間に起こり、火山灰は風で広い範囲に運ばれ、含まれる鉱物の種類や組み合わせに特徴があります。条件 1 つに性質 1 つを対応させると、書き漏らしを防げるからです。
3. 「〜から」で結んで答案にします。理由を問う問題なので、文末をそろえると、問いに答えていることが読み手に伝わるからです。

答え：噴火のあと短い期間に広い範囲に堆積して同じ時期の目印になり、含まれる鉱物などの特徴で他の層と見分けやすいから。

まちがえやすいところと直し方

誤り 1　「上の地層は必ず新しい」と書く

誤った書き方：「上にある地層は、必ず下の地層より新しい。」

どこが違うか：「地層が逆転していなければ」という条件が抜けています。崖で見えている上下は今の向きでしかなく、堆積したときの向きと同じとは限りません。しゅう曲の激しい地域でこの条件を外すと、順番をそっくり逆に読むことになります。

正しい書き方：「地層が逆転していなければ、下の地層ほど古い。逆転の有無は級化層理、クロスラミナ、漣痕などで確かめる。」

誤り 2　不整合を「堆積、侵食、堆積」で説明する

誤った書き方：「不整合は、地層が堆積し、侵食され、その上にまた堆積してできる。」

どこが違うか：隆起と沈降が抜けています。海底で積もっていた地層が長い間侵食されるには、多くの場合、隆起して陸になる必要があります。次の地層が海の底に積もるには、沈降して再び海底にならなければなりません。図4のように、4 つの段階で考えると抜けが見えてきます。

図4は傾斜不整合の例で、②で地層が隆起して傾き、③で上の部分が削られ（点線が失われた部分です）、④で沈んだ面の上に新しい地層が水平に積もります。④では不整合面のすぐ上に基底礫岩があり、面の下の傾いた地層が面で断ち切られていることを確かめてください。

正しい書き方：「海底で堆積した地層が隆起して陸になり、侵食を受けた後、沈降して再び海底になり、その上に新しい地層が堆積してできる。」

誤り 3　同じ岩石どうしを線で結ぶ

誤った書き方：「2 つの地点の砂岩は同じ岩石なので、同じ時代の地層として線で結ぶ。」

どこが違うか：岩石の種類は、主に堆積した場所の環境で決まります。同じ時期でも岸の近くには砂が、沖には泥がたまりますし、時代の違う 2 枚の砂岩が近い高さに並ぶこともあります。参考書の棚の前で線が合わなかったのは、このためです。

正しい書き方：「火山灰層などの鍵層を結んで対比する。高さを比べるときは、深さを標高に直してから比べる。」

用語のまとめ

練習問題

練習1　次の (1)〜(3) に当てはまる語を答えてください。(1) 下の地層が傾いた後に侵食され、その上に新しい地層が堆積した重なり。(2) 1 枚の単層の中で、粒が下から上へ細かくなる構造。(3) 離れた地点の地層を比べるときの目印になる地層。

練習2　地層がほぼ垂直に立っている崖で、ある単層を東西方向に横切って観察すると、東側ほど粒が粗く、西側ほど粒が細かいことがわかりました。この単層を含む地層は、東と西のどちらへ向かって新しくなっていますか。この構造の名前とともに答えてください。

練習3　地点 A の地表の標高は 120 m で、火山灰層の上面までの深さは 35 m です。A の真東 500 m にある地点 B の地表の標高は 95 m で、同じ火山灰層の上面までの深さは 18 m です。(1) 火山灰層の上面は東西のどちらへ低くなっていますか。(2) B の真東 250 m にある、地表の標高 100 m の地点 C では、火山灰層の上面まで深さ何 m と考えられますか。火山灰層は同じ割合で続き、断層は無いものとします。

練習4　図3の地点 P の柱状図を下から読むと、この場所の海の深さはどのように変わったと考えられますか。凝灰岩の層は除き、粒の大きさに注目して説明してください。

答えと解説

練習1の答え：(1) 傾斜不整合　(2) 級化層理　(3) 鍵層。(1) は上下の地層の向きが食い違っている点が、平行不整合との違いです。

練習2の答え：西へ向かって新しくなっている（構造は級化層理）。粗い粒の側が堆積したときの下なので、東が当時の下、西が当時の上です。地層が立っていても、粗い側から細かい側へ時間が進むという読み方は変わりません。

練習3の答え：(1) 東へ低くなっている　(2) 27 m。A の上面の標高は 120 − 35 = 85 m、B は 95 − 18 = 77 m で、東へ 500 m につき 8 m 低くなります。250 m ではその半分の 4 m 低いので、C の位置の上面の標高は 73 m です。深さは 100 − 73 = 27 m になります。

練習4の答え：礫岩から泥岩へ変わる間に岸から遠くなって海が深くなり、その後、泥岩から砂岩へ変わる間に浅くなったと考えられます。粒が細かいものほど沖の静かな海底にたまりやすいからです。ここで読んでいるのは何枚もの地層にまたがる変化で、1 枚の単層の中の級化層理とは別の話である点に注意してください。

次の単元へのつながりと確かめ方

ここで並べた順番は、次の化石と地質年代の単元で時代と結びつきます。示準化石や放射年代を使うと、「A より B が新しい」という順番に「いつ」が加わります。家で 5 分でできる確かめ方を 2 つ挙げます。1 つ目は、図2を見ながら古い順を声に出し、順番ごとの根拠を「累重」「切り合い」「礫」のどれかの語で言ってみることです。2 つ目は、ペットボトルに砂と土と水を入れて振り、静かに置いて、粗い粒から先に沈むようすを見ることです。個別指導では、対比で止まった場合は深さと標高の引き算まで戻り、断面図で止まった場合は累重の法則と切り合いの 2 つの決まりまで戻って、1 枚の図を生徒自身の言葉で説明してもらいながら確かめます。

まとめ

参考書の解説が引いた 1 本の線も、もとをたどれば、誰かが崖の前で指さした根拠の積み重ねです。粗い粒、切られた縞、火山灰の筋。そのどれかを自分の指で示せるなら、棚の前で閉じた本はもう一度開けます。地層の問題が試しているのは、その指の動きです。崖は一度も嘘をついていません。読み違えるのは、上下を確かめなかった側です。