ちかの ふかい ところに、ガスで いっぱいの 大きな へやが ある。そんな ようすを おもいうかべる 人も いるでしょう。

けれど、しらべて いる 人たちは、そう かんがえて いません［1］。ガスは、石の ちいさな すきまに おしこまれて いるのです。

せんたくした あとの スポンジを おもいだして ください。スポンジの なかには、みずが しみこんで います。ガスと 石の かんけいも、これに にて います。ただし ほんとうの 石は、かたくて、かんたんには つぶれません。

では、そのガスは、なにから できたのでしょう。

スポンジに近い姿

産総研の解説では、天然ガスや石油がたまる岩を貯留岩と呼びます。貯留岩は砂岩のように、すき間の多い岩です。ガスは、広い空間にたまっているのではなく、このすき間に押しこまれるようにして集まっています［1］。

水を含んだスポンジが近いかもしれません。ただし本物の貯留岩は固い岩で、押しても形は変わりません。

地下では、下から水・石油・ガスの順に重なるのが基本の姿です。ところが、その3つの境目ははっきり分かれず、じわじわと入れかわる部分もあるといいます［1］。

では、岩に押しこまれているガスは、もともと何だったのでしょうか。

石油・天然ガスの鉱床は、生成・移動・集積の3段階からなる「石油システム」として説明される［1］。ここで集積とは、広い空洞にガスが満ちることではない。産総研の解説は、プールのような開放空間ではなく、貯留岩の隙間に押し込まれたように集積していると述べる［1］。

地下の鉱床では、模式的には下から水・石油・ガスの順に重なる。ただし3つの境界ははっきり区切られず、漸移的な部分もある［1］。貯留岩は多孔質で、砂岩や炭酸塩岩などがその例だ。

では、隙間に入っているガスは、どこで、何から作られたのか。次の章で、材料と「熱」の関係を見る。

もとに なったのは、大むかしの しょくぶつや、小さな いきものの からだです。それが、ながい ねんげつを かけて、うみの そこなどに あつく つもりました。

その うえに、また つちが つもります。ちかの ふかくに しずむと、おされて、あたたまって いきます。その ちからで、せきたんや 石油せきゆや ガスに かわる ものが ある、と アメリカの しりょうは つたえて います［2］。

ふしぎなのは、あつさです。あつさが つよすぎると、石油に なる まえに ガスに なって しまうのだそうです［1］。ちかは、ふかく なるほど あたたかく なります。にほんの ちかでは、1000メートル ふかく なると、およそ 30ど たかく なります［1］。

生き物の遺骸が、深くで変わる

米国エネルギー情報局（EIA）によると、数百万年から数億年前に、植物や動物の遺骸（ケイ藻など）が厚く積もりました。その上にさらに地層がかぶさって深く埋まると、圧力と熱を受けます。炭素と水素の多いその材料の一部が石炭に、一部が石油に、一部が天然ガスになったと説明されています［2］。

「ちょうどいい熱」の外側がガス

有機物を多く含んだ堆積岩を、根源岩といいます。そこにあるケロジェンという物質が、地中で熱を受け続けて熟成すると石油ができます。ところが、地温が上がりすぎると、石油をこえてガスになってしまいます［1］。

地下は深いほど温かくなります。日本付近の平均では100メートルごとに約3℃上がり、地下1000メートルの地下水は、地表近くより約30℃高い計算です。ただしこれは平均で、場所によってちがいます［1］。

生まれたガスは、そのまま根源岩にいるわけではありません。次の章で、ガスの移動を見ます。

EIAは、数百万〜数億年前に厚く堆積した植物・動物の遺骸（ケイ藻など）が、地下で圧力と熱を受け、炭素・水素に富むその物質の一部が石炭・石油・天然ガスに変わったと説明する［2］。起点は有機物だが、特定の生物（恐竜など）に限った話ではない。

産総研の解説では、石油根源岩とは有機物を多量に含む堆積岩で、含まれるケロジェンが熱を受け続けて熟成すると石油が生成される。ところが地温が高くなりすぎると、石油を通り越してガス化する［1］。したがって、同じ根源岩でも、どれだけ熱を受けたかで、石油が主になるかガスが主になるかが変わりうる。

地温勾配は日本付近で平均約3℃/100mで、地下1000mの地下水は地表近くより約30℃高くなる。ただし平均値で、場所により異なる［1］。

では、根源岩で生まれたガスは、どうやって貯留岩まで運ばれるのか。

みずより かるい あわは、うえへ のぼって いきます。ちかの ガスも、みずより かるいので、浮力ふりょくで うえへ のぼろうと します［1］。

ところが、あなが あいて いない 石の ふたが あると、そこで とまります。この ふたの 石を、「ぼうがん」と いいます［1］。ふたの したに、ガスが あつまります。

ふたは、おわんを ふせた ような かたちの ことが あります。ただし ほんとうは、ガスは あなの なかではなく、石の すきまを とおって のぼります［1］。

2回の引っ越し

石油やガスが根源岩から貯留岩へ移ることを第一次移動、貯留岩の中を上へ登ってたまる場所に着くことを第二次移動といいます。第二次移動の主な力は、水との密度の差による浮力です。水より軽いガスは、岩のすき間を通って上へ向かいます［1］。時には、水圧の高いほうから低いほうへの流れも関わるそうです［1］。

「屋根」がある場所だけにたまる

ガスが逃げずにたまるには、水を通しにくい岩の屋根が要ります。代表的なのは、地層が曲がってできた山のような形（背斜）を、帽岩（キャップロック）という通しにくい岩がドームの屋根のようにおおう形です［1］。断層や、地層の途切れ目（不整合）が作る場所もあります［1］。

EIAの資料でも、ガスが砂岩へ移ったあと、上をおおう通しにくい層で止まる、という流れが説明されています［3］。ただしこれは「上へ向かう傾向」で、すべてのガスが必ず上へ行くわけではありません。

では、そうした屋根の岩の下に着かないガスは、どうなっているのでしょうか。

根源岩から貯留岩への移動が第一次移動、貯留岩内を上昇してトラップへ達するのが第二次移動である。第二次移動の主な原動力は、水と石油・ガスとの密度差による浮力で、水圧の高い側から低い側への流れ（水力流）が関与する場合もある［1］。

トラップは、移動してきたガスが逃げ出せないよう閉じ込める地質構造だ。代表は、褶曲でできた背斜を、浸透率の低い帽岩がドームの屋根のように覆う形で、断層や不整合が作るものもある［1］。EIAの解説も、ガスが上位の砂岩へ移り、その上の不透水層に遮られて集積すると述べる［3］。

上昇は浮力による傾向であり、すべてのガスが同じ道をたどるのではない。次の章で、屋根の岩まで登らないガスを見る。

ガスの なかには、ふたの 石の したまで のぼらない ものも あります。

たとえば、頁岩けつがんという うすい 石の なかに とどまる ガスです。「シェールガス」と よばれます［3］。うまれた ばしょから、あまり うごかないのです。

ふたの 石の したに たまる ガスと、うまれた ばしょに とどまる ガス。おなじ ちかの ガスでも、たまり かたは ちがいます。

登って止まるガスと、動かないガス

EIAの資料では、ガスのたまり方を分けて説明しています。ガスが根源岩の一種である頁岩から上の砂岩へ移り、通しにくい層の下で止まる例が、在来型です［3］。

これに対して、非在来型には3つの例があります。頁岩の中にとどまるシェールガス、砂岩へ移ったのに岩の水の通りやすさが低くて上へ動きにくいタイトガス、石炭になる過程でできる炭層メタンです［3］。

ところで日本の地下では、このどれとも少しちがうたまり方が知られています。次の章は、千葉の話です。

EIAの資料は、在来型の例として、ガスが根源岩の一種である頁岩から上位の砂岩へ移動し、上を覆う不透水層で遮られて集積する場合を挙げる［3］。

非在来型には、頁岩にとどまるシェールガス、砂岩に移っても透水性が低く上へ動きにくいタイトガス、石炭化の過程で生じる炭層メタンが含まれる［3］。同じ地下のガスでも、浮力で登って止まるものと、動きにくいものがある。

では、このどちらとも違うたまり方とは何か。

千葉の ちかでは、ガスが、むかしの うみの みずに とけて います。この みずは「かんすい」と よばれます［1］。ガスは、おもに メタンです。

ふたの 石の したに ためて いるのでは ありません。ジュースに とけた ソーダの ように、みずの なかに ひそんで います。ただし、これは たとえです。

九十九里の あたりでは、むかしから、ちかから ガスが でて くる ばしょが しられて いました［4］。それを てがかりに、あなを ほって、ガスと ヨウそを とる しごとが はじまりました。

この かんすいは、ヨウそを おおく ふくんで います［1］。

自然に湧き出る場所が目印だった

千葉県の九十九里平野では、天然ガスが自然に湧き出る場所が古くから知られていました。それを手がかりにガス井を掘り、化石海水に含まれるメタンとヨウ素をとる天然ガス鉱山が開かれてきました［4］。

水に溶けたガス

このガスは水溶性天然ガスと呼ばれます。主成分のメタンは、微生物が海底の堆積物を分解して作ったもので、地下深くの鹹水（かん水）に溶けています。南関東・宮崎・新潟のガス田が代表例です［1］。南関東ガス田は、主に上総層群に含まれます［4］。鹹水はヨウ素に富んでいます［1］。

くみ上げた先で、地盤が動いた

環境省の資料では、千葉県の地盤沈下は、主にこの化石海水（天然ガスかん水）の採取によるものだと分かった、とされています。1973年には規制の協定が結ばれ、採取量は減ってきました［5］。

水溶性ガスのメタンは、微生物が作ったといいます。その微生物とはどんな生き物なのでしょうか。

千葉県の九十九里平野では、天然ガスの自然湧出（ガス徴・上ガス）が古くから知られ、これを手がかりにガス井を掘り、化石海水に含まれる水溶性メタンとヨウ素を採る天然ガス鉱山が開発されてきた［4］。南関東ガス田は主に上総層群に含まれる［4］。

水溶性ガスは、微生物が海底堆積物を分解して作ったメタンを主成分とし、地下深くの地下水（鹹水）に溶け込んでいる。南関東・宮崎・新潟のガス田が代表例で、鹹水はヨウ素に富む［1］。つまり、ここでは貯留岩の屋根の下に集まるのではなく、水の中に溶けた形で存在する。

環境省の地盤環境情報では、沈下の原因が主として天然ガスかん水の採取であることが明らかになったとされ、1973年に規制協定が結ばれた。採取量は昭和43年の日量206千m³をピークに減り、令和6年は日量134千m³である［5］。

では、この水溶性ガスの主成分のメタンを作る微生物は、どんな生き物なのか。

ガスを つくって いるのは、とても 小さな 微生物びせいぶつの なかまです。メタンを つくる ことから「メタンせいせいきん」と よばれます。

2022年に、さんぎょうぎじゅつそうごうけんきゅうしょなどの けんきゅうで、うみの そこの どろから、生きた メタンせいせいきんが 10かぶ とり出されました［6］。そこは、水深 およそ 1000メートルの 南海トラフの うみの そこです。

とり出すだけでなく、そだてるのに、およそ 5ねん かかった そうです［6］。

ガスは、ちかの あつさだけで できるのでは ありません。小さな いきものも、ガスを つくって います。

10株を、約5年かけて育てた

産総研などの研究では、メタンハイドレートを含む南海トラフの海底堆積物（水深約1000メートル）から、生きたメタン生成菌が10株（7属8種）得られました。培養には約5年かかったと報告されています［6］。

南海トラフのメタンハイドレートは、微生物の活動で作られたメタンに由来すると考えられています［6］。

熱で作られるガスと、菌が作るガス

ここまでを並べると、同じ「生き物がもと」でも、ガスの作られ方に2つの道があります。有機物が熱を受けてできる道と、微生物が堆積物を分解してできる道です［1］［6］。千葉の水溶性ガスは、後者が主だと説明されています。ただし、この培養は南海トラフの菌の話で、千葉のガスを作った菌を調べた結果ではありません。

日本は天然ガスの95%以上を、液化天然ガス（LNG）として海外から輸入している、と2022年の産総研の記事は書いています［6］。国内の地下でどんなガスがどうたまっているかを知ることは、足もとの資源を考える材料になります。

産総研などの研究チームは、メタンハイドレートを含む南海トラフの海底堆積物（水深約1000 m）から、計10株（7属8種）の生きたメタン生成菌を約5年かけて培養した。南海トラフのメタンハイドレートは、微生物活動によるメタンに由来すると考えられている［6］。

第2章・第5章の話と合わせると、同じ生物遺骸を出発点にしても、メタンの作られ方は2系統になる。熱を受けて根源岩から生成される道［1］と、微生物が堆積物を分解して作る道［1］［6］だ。千葉の水溶性ガスは、後者を主体とする［1］。ただし、この培養研究は南海トラフ（メタンハイドレート）の菌の話で、千葉のガスを作った菌そのものを調べた結果ではない。

日本は天然ガスの95%以上をLNGの輸入でまかなっている（2022年の記述）［6］。

今日できること

コップに かわいた すなを 入れて、うえから、みずを そっと そそいで みましょう。すなの すきまから、ぷくぷくと あわが のぼって きます。すなの なかに くうきが はいって いたからだと かんがえられます。

しらべる ときは

さんぎょうぎじゅつそうごうけんきゅうしょの ホームページに、ガスの たまり かたの はなしが のって います。

今日できること

コップに乾いた砂を入れて、上から水をそっと注いでみましょう。砂のすき間から、ぷくぷくと泡が上がってきます。砂の中に空気が入っていたからだと考えられます。砂のすき間に空気や水が入る点は、貯留岩のすき間にガスや水が入るのと似ています。ただし本物の貯留岩は固い岩で、砂とは別物です。

もっと知りたくなったら

産業技術総合研究所のホームページにある「地質ニュース」の、石油・天然ガスの解説を読んでみましょう。この記事の1番の資料です。千葉県の環境や地質の資料も、公開されています。

今日できること

乾いた砂にゆっくり水を注ぎ、泡が出る様子を見て、砂の空隙に空気が入っていたのだと考える。貯留岩の「すき間」に似た例だが、固結した岩とは性質が違う点には注意する。

資料を読むなら

産総研「地質ニュース」Vol.10 No.11（2021年）は、石油システムの全体像と水溶性ガスを扱う。千葉県の九十九里平野の資料や、環境省の地盤環境情報と読み比べると、たまり方と地盤の関係がつかめる。