高校地学 地質構造の新旧判定—貫入と断層の切り合いから出来事の順序を組み立てる｜武蔵野個別指導塾

岩脈と断層の交点、礫を含む地層の観察から、順序を決められる範囲と残る候補をたどる地史の推理です。

よくあるのは、高校生が露頭の図で岩脈と断層の交点を見つけられないまま、どちらが先かまで決めてしまう場面です。紙面で線が近くに見えても、接する部分が土に隠れていれば、実際に一方が他方を切るとは限りません。見えた関係と推定を分けると、決まる順序と保留する順序を同じ答案に書けます。

地史を読むときの問い

地層、岩脈、断層は物の名前ですが、新旧を並べるときには、それぞれの堆積、貫入、断層の活動という出来事に言い換えます。問いには、切断面の観察から前後を答えるもの、礫の供給元と礫を含む層の順序を答えるもの、複数の条件から可能な順序を列挙するものがあります。どれも「何が何を切ったか」「その接点は観察できたか」を先に記録します。

相対的な新旧は、出来事の順番を表します。何年前か、出来事の間にどれほどの時間があったかは、切り合いだけでは求まりません。答案では古い方から並べるのか、新しい方から並べるのかを明示し、順序を決めた観察も添えます。順番が複数残る場合には、候補を勝手に1つに絞らず、どの組が未確定なのかまで示します。

接点から作る前後関係

図1のように、岩脈が既存の地層を横切っているなら、切られた地層が先、岩脈の貫入が後です。岩脈を横切る断層が両側の岩脈をずらしていれば、岩脈の形成後に断層が活動したと読めます。断層の面があることと、どの岩体がその活動で変位したかを区別して観察します。

図1は色を岩石の実際の色ではなく区別のために使った模式図です。断層の両側で岩脈が対応し、ずれているという条件の下では、地層の堆積、岩脈の貫入、断層の活動の順です。線がただ交差する絵では、手前と奥が重なっただけの可能性を区別できないことがあります。断面図で切断や変位を表す約束と、現地で対応する境界を追った観察の両方が必要です。

逆転していない連続した堆積層では、下の層が上の層より先に堆積します。これは累重の考え方です。褶曲などで逆転していれば紙面の下が古いとは限らず、級化層理などの上下を示す構造を別途調べます。また、同じ岩相が離れた場所に見えること自体は、同じ時期にできた証拠にはなりません。対応を判断する根拠を確かめてから順序に使います。

礫を含む岩石では、礫の元の岩石は、その礫を取り込んだ堆積物より先にできています。元の岩石が露出して削られ、破片が運ばれて堆積する過程を考えるためです。ただし礫を含む層の堆積より古いのは礫そのものの形成であり、離れた露頭の似た岩石が供給元だったとまでは、見た目だけで決まりません。礫を含む岩石が後に変形した場合、変形の時期も別の出来事として扱います。

不整合面が下の地層を切り、その上に新たな層が堆積したとき、下の層の形成後、少なくとも侵食または堆積の中断を経て、上の層が堆積しました。下の傾いた層が面で切られるなら、傾動はその面を作った侵食より前です。不整合の存在から時間の空白は読み取れますが、空白の長さや、その間に起きた出来事をすべて復元することはできません。

条件を矢印で表すと、証拠と結論が対応します。ここでは「A → B」をAがBより古いという意味にします。A → B、B → CならA → Cです。一方、A → BとA → Cだけでは、BとCの順序は決まりません。順序の図は経過時間のグラフではなく、矢印の長さに時間的な意味はありません。矢印をたどって元の出来事に戻る輪ができたら、観察の対応、矢印の向き、あるいは同じ断層が複数回動いた可能性を見直します。

基本例題：ずれた岩脈を追う

次は自作の模式断面です。図2の地層AとBは逆転しておらず、BはAの上に重なります。岩脈DはAとBを切り、断層Fは岩脈Dを切って左右の対応部分をずらしています。図の範囲ではFより後の活動は考えません。AとBの堆積、Dの貫入、Fの活動を古い順に並べ、各隣接関係の根拠を述べてください。

まず逆転がないので、Aの堆積 → Bの堆積です。次にDがBを切るため、Bの堆積 → Dの貫入です。さらにFがDを切ってずらすため、Dの貫入 → Fの活動です。よって答えはAの堆積 → Bの堆積 → Dの貫入 → Fの活動です。

図2に戻すと、Bの下のAが先という条件と、両層を横切るDが後という条件を満たします。最後にFを活動させればDの対応部分がずれるため、最後の観察にも合います。DをFの後に置くと、ここで与えられたFによるDのずれを説明できません。ただし、後に別の活動があったという条件を加えれば議論は変わり得るため、問題の範囲に注意します。

別の整理法では、各出来事の前に必要なものを数えます。Aには前提がなく、BにはA、DにはB、FにはDが必要です。前提がそろったものから並べても同じ答えになります。この方法は対象が増えた場合に有効ですが、前提そのものは断面の観察から作る必要があります。

標準例題：礫と侵食面を結ぶ

自作の露頭資料です。岩体Pは地層Qを貫いています。その後にできた侵食面がPとQを切り、面の上にはP由来と確認された礫を含む地層Rが堆積しています。P由来という判断は複数の特徴を照合した結果とします。Qの堆積、Pの貫入、侵食面の形成、Rの堆積を古い順に並べ、礫が加える情報を述べてください。

Q → Pは貫入による切断から決まります。侵食面がPを切るためP → 侵食面、さらにRがその面を覆うため侵食面 → Rです。答えはQの堆積 → Pの貫入 → 侵食面の形成 → Rの堆積です。P由来の礫もP → Rを支持しますが、礫だけではPがQより新しいことや、侵食面の形成がどの位置に入るかは決まりません。

この答えを資料へ戻すと、先にできたQをPが貫き、その両方が侵食面で切られた後にRが覆います。Pの破片もRに入れられます。礫の種類がPに似ているだけで由来を確定できない場合、礫からPとRを直接結ぶ推論は保留です。それでも侵食面が両者を切ってRが覆う観察が確かなら、提示した順序はその観察から保たれます。独立した根拠があるかどうかを分けることが大切です。

発展例題：見えない交点を残す

自作の露頭で、逆転のない地層Lとその上のMを岩脈Nが切ります。別の断層GもLとMをずらしますが、NとGが交わるはずの部分は覆われ、相互の切断関係は観察できません。NとGにそれぞれ1回の形成または活動を仮定し、与えられた条件に合う出来事の順序を古い方からすべて挙げてください。

L → M、M → N、M → Gは確定します。NとGの間には矢印がありません。したがって、L → M → N → Gと、L → M → G → Nの2通りです。前者では後のGがNをずらす可能性があり、後者では後のNがGを切る可能性があります。どちらの交点も見えていないので、実際の交点がどうなっているかは決められません。

逆にL → N → M → Gとすると、NがMを切るという条件に反します。G → Lも、GがLをずらすという条件に反します。このように候補を元の観察に戻して除外すると、単に順列を並べるより漏れを見つけやすくなります。実際の断層は複数回活動し得ます。活動を1回と置けない場合には、先のずれと後のずれを分けて記録し、単一のGとして順序を決めない方が適切です。

追加観察を設計するなら、まず安全に観察できる露頭や既存の記録でNとGの接点を探します。接点を横切って岩脈の縁が連続するか、断層の両側で対応する縁が変位するかを記録します。風化や植生で境界が不鮮明なら、見えていない部分を推定線として区別し、両側の形や岩質を別々に記録します。岩脈と似た別の岩体を誤って対応させる誤差にも注意が必要です。露頭に近づく観察は安全を確かめ、学校の指導の下で行います。

記録の信頼性を高めるには、同じ境界を異なる位置から確認し、写真やスケッチに観察位置と見えない範囲を残します。平面の露頭では奥行きが失われるため、見かけの交差だけで切断を決めません。危険な場所や隠れた交点を無理に調べず、利用可能な資料の範囲で複数解と答えることも、条件に合った結論です。

間違いを直す：交点のない線

図3のように、同じ層を切る2本の構造があっても、互いの接点が隠れていれば、両者の新旧は決まりません。ありがちな誤答は「右側にある構造が後」と、紙面の位置から時間を決めることです。原因は、位置関係と切断関係を混ぜたことにあります。修正すると、どちらも層より新しいが、互いの順序は未確定となります。

図3の淡い部分は観察できない範囲を示し、岩石の色ではありません。もし片方が他方を切ってずらす様子が新たに確認されれば、切った活動を後に置けます。一方、隠れた部分を想像して線を延長しただけでは、新しい観察にはなりません。切断を示す証拠と、それに基づく解釈を別の欄に書くと、この飛躍を避けられます。

もう一つの誤りは、岩脈を含む礫があるだけで、その岩脈の貫入が礫を含む層を切ったと考えることです。包含から言えるのは、礫の元の岩石が礫を含む堆積物より古いという順序です。貫入した接触面が観察された場合とは、根拠が異なります。化石を含む礫でも、化石が元の地層から再堆積した可能性があり、礫を含む層の堆積時にその生物が生きていたとは限りません。化石が保存されない条件もあるので、見つからないことだけで生物の不在も断定できません。

数値年代を組み合わせる場合も、測った対象の出来事を特定します。岩石中の鉱物の年代は、系が閉じて以後に親・娘核種の出入りがないという条件などに依存します。熱などで条件が崩れた可能性があるなら、単純に貫入の時刻と決められません。相対順序と数値年代が食い違うときは、対応関係と測定対象の両方を再検討します。

練習：観察から順序を書く

次の5問は自作の条件です。各問は独立し、断層の活動や貫入は各1回とします。矢印は古い方から新しい方へ向けて書いてください。

1. 逆転のない地層Hの上にJがあり、岩脈KはHとJを切ります。HとJの堆積、Kの貫入を並べ、根拠を述べてください。
2. 地層Uを断層Vがずらし、岩脈Wがその断層面を切って連続しています。Uの堆積、Vの活動、Wの貫入を並べてください。WはVによってずれていません。
3. 堆積岩Xの礫が地層Yに含まれ、Yを断層Zがずらしています。Xの形成、Yの堆積、Zの活動を並べ、礫から言えないことを1つ挙げてください。
4. 地層Eを岩脈Tと断層Sがそれぞれ切ります。TとSの接点は隠れています。Eの堆積、Tの貫入、Sの活動の可能な順序をすべて挙げてください。
5. 地層Cを貫く岩脈Dを侵食面が切り、その面を地層Fが覆います。Cの堆積、Dの貫入、侵食面の形成、Fの堆積を並べてください。侵食面だけから空白の時間の長さを求められるかも答えてください。

練習の答えと確かめ方

1. H → J → Kです。逆転がないのでHがJより先で、KはJを切るので後です。HとJを重ねた後にKを通せば、両層を切る条件に戻ります。
2. U → V → Wです。VはUをずらし、連続するWはVの断層面を切っています。Wを最後に形成すればWはVでずれず、与えられた観察と一致します。断層が後に再活動したという条件はありません。
3. X → Y → Zです。Xの礫がYに入るには、Xが先に存在する必要があります。ZはYをずらすのでその後です。Xを形成して破片をYに含め、その後Zを動かせば両条件に合います。礫の存在だけでは、今見える特定の露頭が供給元だったとは決められません。
4. E → T → SとE → S → Tの2通りです。どちらもEを先に置くので、TとSがEを切る条件を満たします。接点が見えないため、TとSの順序を限定する根拠はありません。Eが最後という候補は両方の切断条件に反します。
5. C → D → 侵食面 → Fです。DはCを貫き、そのDを侵食面が切り、Fが面を覆います。この順に戻すとすべての接触関係を再現できます。空白の長さは、この観察だけでは求められません。別の年代の証拠が必要です。

手元に残す要点

• 切られたものが先、切った出来事が後です。
• 礫の元の岩石は、それを含む堆積物より先に形成されます。
• 地層の累重には逆転していないという条件が必要です。
• 接点が見えなければ、その組の順序を保留します。
• 矢印を観察に戻し、残る順序を確かめます。

どこで判断が飛んだかを探す

答えが合わないときは、まず断面に見える境界と、推定で補った線を分けてみてください。次に各矢印の横へ「ずれ」「貫入」「包含」など根拠を書きます。根拠のない矢印があれば消し、残った条件から別の順序が成立するかを試します。個別指導の場では、図を指しながら切る側と切られる側を言葉にし、順序を入れ替えるとどの観察に反するかを説明すると、つまずいた箇所を確かめられます。見えない交点を保留する判断も、地史を読むための答えです。