茨城県五浦に幻の巨大油ガス田
―天然ガスが築いた世界最大級の層状炭酸塩コンクリーション
茨城大学 2020年7月 8日 https://www.ibaraki.ac.jp/news/2020/07/08010886.html
茨城大学大学院理工学研究科の安藤寿男教授、北海道大学大学院理学研究院の鈴木德行
名誉教授・学術研究員らの研究チームは、茨城県北茨城市の五浦海岸周辺に広く分布する
炭酸塩コンクリーションが、地下深部の油ガス田から流出した天然ガスが嫌気的メタン
酸化アーキアの活動によって化学変化し形成されたものであることを初めて明らかに
しました。
背景
茨城県最北部の北茨城市五浦海岸には奇岩奇礁が広がり、近代日本美術の発展に
多大な功績を残した岡倉天心の旧宅や庭園があることから、国の登録記念物（名勝地・
遺跡関係）に指定されています。日本の音風景100選（環境省）や日本の渚百選
（大日本水産会など）にも選定されており、景勝地として知られています。同海岸周辺の
奇岩奇礁は、炭酸塩コンクリーション（主に方解石CaCO3）からなる硬い塊状や層状の
堆積岩からなり、初期中新世末期の九面層（約1670万年前～1640万年前）に含まれて
います。五浦海岸の炭酸塩コンクリーションは、シロウリガイ、ツキガイモドキ、
キヌタレガイ、オウナガイなどの化学合成細菌と共生する二枚貝を多産し、炭酸塩の
炭素同位体組成が海水に溶存する炭素と異なることから、海底の冷湧水に伴うメタンに
由来するのではないかと考えられていました。しかし、メタンの起源や成因など不明な
点が多くありました。
研究手法
五浦海岸周辺に広く分布している炭酸塩コンクリーションから多数の試料を採取し、
野外観察や光学顕微鏡観察によって試料の特徴を明らかにしました。プラズマ放電
ヘリウムイオン化検出器を用いた高感度分析法によって、炭酸塩コンクリーション中に
存在している微量なガス成分（水素、メタン、エタン、二酸化炭素など）の測定に世界で
初めて成功しました。また、気体同位体比質量分析計により残留ガスの炭素・水素同位体
組成や炭酸塩の炭素・酸素同位体組成を測定しました。さらに、嫌気的メタン酸化アーキア
を検出するため、アーキアの分子化石とそれらの炭素同位体組成を測定しました。
研究成果
以上の分析結果から、炭酸塩コンクリーションを構成するほとんどの炭素が、
地下深部の熱によって生成した天然ガスに由来していることが初めて明らかになりました。
嫌気的メタン酸化アーキアの分子化石も十分に検出され、天然ガスに含まれるメタンから
生成した重炭酸イオンが海水中のカルシウムイオン（Ca2+）と結びついて炭酸塩コンク
リーションを形成したことも確認できました。最初に形成された炭酸塩コンクリーション
は塊状のものが多く、化学合成細菌と共生する二枚貝を多産します。これは天然ガス
流出量が比較的小さく、海底でのメタン湧出が場所によって異なっていたためで、
その後、層状のものが広大に形成されます。これは天然ガスの流出量が大きくなり、
大規模な天然ガスの海底湧出があったことを示し、その後突然のように炭酸塩コンク
リーションの形成が終了しました。五浦炭酸塩コンクリーションが形成された約1650万年
前は、ユーラシア大陸から日本列島が分離され日本海が拡大する地質時代（約2000万年前
～1500万年前）に対応しています。また、五浦海岸の約30km西方内陸部には、日本海
拡大に伴って形成された日本有数の大断層である棚倉破砕帯が位置しています。
五浦炭酸塩コンクリーションは、日本海拡大に伴う激しい地殻変動によって地下の
油ガス田に亀裂が生じて天然ガスの流出が開始し、次第に激しくなり、やがて急激に
終了したことを物語っています。九面層の地質年代と層厚から、天然ガスの海底湧出は
数万年間以上にわたって断続的に継続したと考えられます。メタン、エタン、
プロパンの炭素・水素同位体組成から、天然ガスは海洋の動植物プランクトンに
由来するケロジェン（石油天然ガスの先駆有機物）が地下深部で熱分解し生成した
ものであることや、原油も存在していた可能性が高いことがわかりました。
茨城県沖海底下の地質情報から、油ガスを生成した石油根源岩は中生代白亜紀の
海成堆積岩だと予想されます。
なお、本研究で炭酸塩コンクリーションと共存する二酸化炭素の炭素同位体組成が
世界で初めて測定され、自然界での炭酸塩析出に伴う炭素同位体分別が初めて解明された
ことも特筆すべき点です。
今後への期待
現存する五浦炭酸塩コンクリーションを形成する炭酸塩の体積は少なくとも600万m3
以上あります。この炭酸塩炭素のほとんどが天然ガスに由来しており、約73億m3以上の
メタンガスが変化して形成されたものです。風化侵食によって既に消失した炭酸塩が
大量にあるので、実際にはさらに多くの炭酸塩コンクリーションが形成されており、
また、海底に湧出した天然ガスの一部だけが炭酸塩を形成するので、実際に油ガス田
から流失した天然ガス量は73億m3よりもはるかに大量であったと考えられます。
これは五浦地域に巨大ガス田に匹敵する大規模な油ガス田が存在していたことを示して
います。このように長期間にわたる天然ガスの海底湧出によって形成された大規模な
炭酸塩コンクリーションはこれまで報告されておらず、五浦炭酸塩コンクリーションは
世界最大級のものです。幻の「五浦油ガス田」は日本ではこれまで知られていなかった
新しいタイプのもののため、茨城県沖の石油天然ガス資源ポテンシャルが一挙に
高まりました。2019年度より日本の新しい三次元物理探査船「たんさ」（石油天然ガス・
金属鉱物資源機構）が日本周辺海域の地下資源探査に携わっています。茨城県沖も重要な
調査対象海域とされており、今後の進展が期待されます。
論文情報
論文名：Residual gas in extensive stratified Miocene Izura carbonate concretions exhibiting thermogenic origin and isotopic fractionation associated with carbonate precipitation （広大で層状の中新世五浦炭酸塩コンクリーション中の残留ガスが示す熱分解起源と炭酸塩析出に伴う同位体分別）
著者名：前山大地、鈴木德行、數川恵輔、安藤寿男
雑誌名：Marine and Petroleum Geology（Elsevier社の海洋石油地質学の国際専門誌）
DOI：10.1016/j.marpetgeo.2020.104466
公表日：2020年5月15日（金）（オンライン公開）※紙媒体は同年7月14日（火）に発行予定
参考図
六角堂と五浦海岸の層状炭酸塩コンクリーション
五浦海岸に広がる層状炭酸塩コンクリーション
