@ 密度構造モデル及び密度の推定
既存の地震探査のＰ波速度のデータから、次のような二層構造を想定した。
・基盤岩類：４．７〜５．６ｋｍ／ｓ
・地表〜基盤岩上面：１．６〜３．９ｋｍ／ｓ
それぞれの層の密度は、Ｇａｒｄｎｅｒ ｅｔ ａｌ．（１９７４）による以下の式を用いてＰ波速度から変換した。
Ρ＝０．３１･Ｖ１／４
ここで、ρは密度（ｇ／ｃｍ３）、ＶはＰ波速度（ｍ／ｓ）である。
変換された密度の平均値は、次のとおりである。
・基盤岩類：２．６４ｇ／ｃｍ３
・地表〜基盤岩上面：２．３０ ｇ／ｃｍ３
この密度構造が妥当なものであるかどうかを検証するために、既存のボーリング（愛宕橋Ｂｒ、サンピア仙台Ｂｒ、仙台Ｂｒ）を結ぶ測線Ｃ−Ｃ’で断面解析を行った。
各ボーリング位置で境界深度を固定し、測定値と計算値が最もよく合うように他の点での境界深度を変化させた。その結果を図３−１−２−７に示す。図３−１−２−７ によると、各ボーリング位置で固定した基盤深度とその周辺の基盤深度は、スムーズに変化している。重力断面解析測線Ａ−Ａ’および重力断面解析測線Ｂ−Ｂ’についても、同じ密度構造を持つ二層構造を仮定して断面解析を行った。
A重力断面解析測線Ａ−Ａ’の解析結果
図３−１−２−８に重力断面解析測線Ａ−Ａ’の解析結果示す。
距離２６．７ｋｍの地点に、愛宕橋Ｂｒが位置する。第二層の上面深度は、ボーリング柱状図の基盤深度とほぼ一致している。距離０〜２２．０ｋｍは既往の反射法地震探査測線であるＨ１３−ＬＩＮＥ−Ａ測線に対応している。第二層の上面深度は、図３−１−２−８に黒太実線で示した反射法の解析結果の境界面Ａ（Ｐ波速度が６ｋｍ／ｓ以上になる境界；財団法人地震予知総合研究振興会，２００２）とほぼ一致している。大局的には盆状構造を示しているが、距離１１〜２０ｋｍでは短波長の重力変化が見られる。この箇所では、第二層の上面深度も重力値に合うように変化しているが、反射法の結果とは食い違いが見られる。これは、地質図によると９〜１３ｋｍは酸性凝灰岩からなる密度の低い白沢層（秋保層群）、１７〜２２ｋｍは安山岩−玄武岩溶岩からなる密度の高い三滝層（秋保層群）が厚く分布していることに起因していると推定される。図３−１−２−９に第一層内の部分的な密度変化を考慮した解析結果を示す。図３−１−２−８と比較して、第二層の上面深度の変化が滑らかになり、反射法解析結果の境界面Ａに近づいているのが分かる。
B測線Ｂ−Ｂ'の解析結果
図３−１−２−１０に重力断面解析測線Ｂ−Ｂ’の解析結果を示す。反射法地震探査測線（Ｈ１４−Ａ測線）は、１８〜２２ｋｍ間に位置している。
大局的な第二層上面深度の分布は、測線両端で深く、中央部で浅くなっている。距離８．０〜２０．０ｋｍでは重力異常値が高い値を示しており、基盤深度も浅くなっている。
測線中央部の距離２３．０〜２７．０ｋｍでは窪みが認められる。この窪みの深度、形状は反射法地震探査（Ｈ１４−Ａ測線）の結果とほぼ一致している。窪みの最深部の深度は約７９０ｍである。
距離１４．０ｋｍ地点の東方約３ｋｍの箇所で利府層の露頭が認められており、図３−１−２−４に示した残差ブーゲー異常図では、ここで最大２８ｍｇａｌの高重力異常を形成している。距離８．０〜９．０ｋｍ、１８．０〜２０．０ｋｍの箇所では地表付近にまで基盤が盛り上がっており、測定値が計算値より大きくなっていることから、ここでは想定密度２．６４ｇ／ｃｍ３より高いものが分布している可能性がある。
２）三次元基盤構造解析
駒澤（１９８０）の方法によって、三次元基盤深度分布を求めた。密度差は、二次元断面解析と同じ０．３４ｇ／ｃｍ３と、それよりも第一層の密度を低く想定して第二層との密度差を大きくした０．４０ｇ／ｃｍ３および０．５０ｇ／ｃｍ３の３種類について解析した。図３−１−２−１１に地形図を、図３−１−２−１２、図３−１−２−１３、図３−１−２−１４に各密度差での基盤深度を示す。各密度差から解析した基盤深度を比較すると、各解析結果とも同様な傾向を示しており、密度差を大きくすると基盤深度が浅めに解析されているのが分かる。
図３−１−２−１５、図３−１−２−１６、図３−１−２−１７は、それぞれの密度差において解析した基盤深度から計算して求めた残差ブーゲー異常図を示している。図３−１−２−１８および図３−１−２−１９には、密度差０．３４ｇ／ｃｍ３の基盤深度を２方向から見た鳥瞰図を示している。
また、二次元断面解析の結果と比較するため、各密度差から解析された基盤深度を測線沿いに抽出し、断面図を作成した（図３−１−２−２０、図３−１−２−２１、図３−１−２−２２）。なお、測定値と計算値の差の標準偏差は次に示したとおりである（表３−１−２−１）。
図３−１−２−４に示した残差ブーゲー異常図（測定値）と図３−１−２−１５、図３−１−２−１６、図３−１−２−１７の計算値を比較すると、各密度差で測定値と計算値は全体的にほぼ整合的であるが、調査地域北東部塩竈周辺の残差ブーゲー異常値約１５ｍｇａｌ以上の測定値が計算値では再現できていない。これは、この付近の基盤深度はほとんど地表付近に達しており、二層構造の仮定が成り立っていないためであると考えられる。
基盤深度分布の全体的な傾向は、長町−利府断層帯の東側で浅く、西側で深くなっている。調査地域北西部では、環状の基盤の落ち込みが認められる。ここは、Ｈ１３−ＬＩＮＥ−Ａ測線の反射法の解析結果によるとカルデラとされている部分（財団法人地震予知総合研究振興会，２００２）に相当する。しかし、同じＨ１３−ＬＩＮＥ−Ａ測線で実施された屈折法地震探査では、Ｐ波速度が約６ｋｍ／ｓ以上になる境界の位置は、この環状の落ち込み部よりも浅部に解析されており、本調査の目的の一つである地震基盤を解析する際には、さらなる検討が必要である。
重力の三次元解析結果から抽出した重力断面解析測線Ａ−Ａ'、Ｂ−Ｂ'およびＣ−Ｃ'と二次元断面解析結果を比較する（図３−１−２−２０、図３−１−２−２１、図３−１−２−２２）と、重力断面解析測線Ａ−Ａ'の北西部では密度差０．５ｇ／ｃｍ３の深度が反射法の結果とよく合っている。また、愛宕橋Ｂｒの箇所でも０．５ｇ／ｃｍ３の深度が基盤深度とよく一致している。重力断面解析測線Ｂ−Ｂ'の北部では密度差０．３４ｇ／ｃｍ３、０．４ｇ／ｃｍ３では基盤が地表にまで達しているにもかかわらず測定重力値を十分説明しきれていないが、０．５ｇ／ｃｍ３では測定値と計算値がよく合っている。距離２３〜２７ｋｍの基盤の窪みの箇所では、いずれの密度差でも最深部の深度は約６００ｍとなっており二次元断面解析よりも浅くなっている。重力断面解析測線Ｃ−Ｃ'では愛宕橋Ｂｒの地点では０．５ｇ／ｃｍ３の深度が基盤深度とよく一致しているが、サンピアＢｒ、仙台Ｂｒでは０．３４ ｇ／ｃｍ３の深度が基盤深度と合っている。
以上のことから、本解析で使用した単純な二層構造として解析する方法は、基盤岩トップから地表間の地層の種類、層厚および密度などが多様に変化する本調査地域の解析には適していないと判断される。今回の結果は、反射断面の解釈が困難な箇所や次年度に計画されている微動アレー探査の設計の際の参考に留めることとし、今後の重力データは、ブーゲー異常値または残差ブーゲー異常値と、ボーリングで確認された基盤深度、反射法地震探査や屈折法地震探査で解析された基盤深度および今後の微動アレー探査で解析される基盤深度などとの回帰式を求める手法を用いて解析を行う必要がある。