平成11年度成果アンケート

 

(1)課題番号    ０２０７

 

(2)実施機関名  京都大学防災研究所

 

(3)建議の項目  ㈽．１．（２）準備過程における地殻活動

 

(4)課題名     断層の回復過程の研究　−野島断層および周辺活断層の深部構造の研究−

 

(5)関連する建議の項目 （１）ウ、（２）イ、ウ、エ、（４）ア

 

(6)11年度成果の概要

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１．はじめに

　平成９年度に孔井掘削が完了し、その後、500m、800m、1800m孔において多項目の地球物理学的観測が継続され、また得られたコアの地質学的解析が行われている。平成11年度には第２回目注水試験が実施され、精密制御定常震源システム（アクロス）による連続観測も開始された。当初の到達目標（断層破砕帯の回復過程の追跡）には達した。

 

２．第２回注水試験

　断層の回復過程、および誘発地震の発生メカニズムの解明等を目的として、2000年１-３月にかけて、第２回目の注水試験が実施された。注水は大きく３回に分けて実施され、孔口での圧力は3MPa、4MPa、4.5MPaと順次、増加された。注水試験、および多項目観測は継続中であるが、これまでの圧力3MPa、4Mpa注水試験において、以下の結果が得られた。なお、*印は第１回目の1997年注水試験時とほぼ同じ変動パターンであることを示す。

　(1)4MPa注水に伴って以下の変動が観測された。800m孔での歪み変化（３成分縮み、*）・湧水量増加（*）[図１]、注水孔近傍での自然電位変化（流動電位により説明可能、*）、アクロス連続観測によるＳ波走時の変化（1800m孔底と800m孔底間で0.4msec増加）、誘発地震発生の可能性あり（以下参照、*）。(2)4MPa注水の開始６日後にボアホール周辺の極微小地震発生数に増加（２分間に約20個のクラスター的活動）が認められた[図２]。これらは波形の相似性が高く、震源分布は97年注水試験時の誘発地震と一部重なる。高速サンプリング（10kHz）波形データによる誘発地震の初期破壊特性についても解析されつつある。なお、3MPa注水の後には極微小地震活動に変化は認められなかった。 (3)注水時の流量-圧力関係、あるいは注水停止後の圧力降下曲線を97年試験時と比較すると、透水率の増加が推定される。しかし、光ファイバによる孔内温度・連続計測によると、深さ540m付近で注入水が孔外に漏れている可能性があり、破砕帯部における透水率変化の推定には更に検討を要する。(4)注水に伴い、以下の観測項目で１日周期変動の増大が認められた。800m孔での歪み・傾斜（*）[図１参照]、アクロスによるＳ波およびＰ波走時の変動（1800mおよび800m孔底）。また、注水を行う1800m孔口の密閉解放に連動して、以下の観測項目に変動が認められた。800m孔での歪み（３成分伸び）、注水孔周辺での自然電位、1800m孔底地震計によるアクロス信号波形。今後、4.5MPa注水の結果も合わせて解析を進め、観測結果を統一的に説明するモデルを作る。

　なお、1997年の第１回注水試験時に観測された、800m孔（注水孔からの水平距離約60m）での湧水量の増加は、1800m孔での注水による空隙圧の増加によるものと考えられ、簡単な数値シミュレーションによりこの空隙圧変化を見積もった。拡散係数が1-2km²/day（空隙率が0.01-0.1で固有透過係数が0.08-0.47darcy）の鉛直な帯水層が1800m孔と800m孔のストレーナー間にあるとすれば、見積もられた空隙圧の変化は800m孔で観測された湧水量変化をよく説明することが分かった。

 

３．アクロス連続観測

今年度は、注水試験連続観測の際に用いる最適な周波数を探るために、何度も実験を行った。具体的には(1)できるだけ広い周波数帯で、(2)周辺の地盤や構造物の共振点を避けた周波数を探すことにある。(1)は、時間関数としてインパルスレスポンスに近いものを得るため、(2)は共振点の時間変動の影響を避けるためである。震源装置は最高回転数によって高速型（最大35Hz）と低速型（最大25Hz）の２台を用いていて、それぞれの担当する周波数範囲を設定する必要がある。いろいろと試した結果、低速型は10-15Hz、高速型は15-20Hzあたりを担当するのが最適であることがわかった。またそれぞれの周波数変調の中心周波数をずらすことにより、２台の信号が干渉しないで送信できることがわかった。

 

４．孔内温度分布の長期計測

　1800m孔に設置された光ファイバケーブルをセンサとして孔内温度分布の長期計測を実施した。光ファイバの下端は、最上部・孔内地震計の直上（深度約1470 m）である。得られた温度プロファイルは全体的には滑らかであるが、いくつかの局所的な温度異常が検出された[図３]。このうち、深度380m付近の異常は、測定系の問題（光ファイバの損傷）、80m付近のプロファイルの曲がりは破砕帯に沿った定常的な地下水流によるものと推定される。また、480-540m付近の温度プロファイルの歪みは付近の地下水流の変動によるものと推定されるが、計測開始から１か月余りでほぼ消滅し、1997年２−３月に行われた注水試験の影響という可能性も考えられる。これらの異常を除くと、孔内の温度プロファイルは極めて安定しており、計測期間中に有意な変動は認められなかった。従って、兵庫県南部地震の野島断層付近の温度構造への影響は、少なくとも1800m孔の周辺では、ごく小さかったか、計測開始までの2年半に解消されたものと考えられる。

 

５．電磁気学的調査

　淡路島下深部比抵抗構造を推定する目的で、淡路島南部地域内で1996年3月-1998年11月の期間、Network-MT観測のための長基線電場観測を実施したが、そのデータ解析を今年度行った。合計６ヵ所に電極を設置し、NTTのメタリック回線網を用い各電極位置での電場観測を実施した。今回の解析では、４組の３角ネット内での地下比抵抗構造を１次元モデルにより推定した。４つのネットともに、ほぼ同様な傾向を示す探査曲線が得られた。これをもとに、インバージョンにより１次元比抵抗モデルを推定した。求められた構造モデルの特徴として、４つのネット全て、深さ10kmから30kmに位置する100-300 Ohm-mの低比抵抗層があげられる。この低比抵抗層は、沈み込むフィリピン海プレートから脱水した流体が地殻下部にトラップされたものである可能性がある。

 

６．コア試料解析

野島断層掘削コアのうち、今年度は1800mコアを中心に解析が進められた。掘削後からコア解析に関わってきた国内の研究者を中心に、(a) 断層岩分布柱状図の作成、(b) 断層岩の微小構造の観察、(c) 化学組成分析、および (d) 熱履歴の解析が行われた。断層岩分布解析の結果、1800 mコアには、明瞭な断層中軸帯 (fault core) が見られず、上盤側母岩からdamage zoneまでの範囲のみ採取されていることが、ほぼ確実となった。断層中軸帯はさらに深部に存在するものと考えられる。

　また、フィッショントラック（ＦＴ）解析も進められた。これまでに分析した500mコア試料、地質調査所・平林コア試料、および両掘削地点付近における断層近傍の露頭試料について、割粒式増跡法を適用した精密なＦＴ長分析が行われた。この結果、以下のことがわかった[図４]。(1)両地域の陸上部分の断層近傍では、ＦＴは短縮していないため単一のピークを持つ長さ分布を示す。(2)コア中の断層近傍では、ＦＴは有意に短縮しており、バイモーダルな長さ分布を示す。(3)小倉500mコアの方が平林コアよりＦＴの短縮量が明らかに大きく、従って、より強い加熱を過去に受けたことが示唆される。

 

＜図の説明＞

図１　注水試験に伴う800m孔での地殻変動観測データ。上から順に、歪み３成分、傾斜２成分、大気圧、温度（深度800mおよび6m）、湧水量、水位、降水量。ハッチは圧力3MPa（左）および4MPa（右）の注水試験期間。

図２　ボアホール近傍における極微小地震の積算個数。四角枠は圧力3MPa（左）および4MPa（右）の注水試験期間。

図３　1800m孔内温度プロファイル（1997年7月15日および9月3日、1998年3月3日および9月1日、1999年9月24日）。プロファイルを比較しやすいように、少しずつ温度軸をずらしてプロットしてある。

図４　500mコア（右）および地質調査所・平林コア（左）における、ジルコン中のＦＴ長の相対頻度分布。

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(7)公表された成果

Fukuchi, T., Elucidation of thermal events in the Nojima fault gouge zone by ESR analysis-The case of the Nojima Fault deep drilling core samples, In: K. Okumura, K. Takada and H. Goto (eds.) Proceedings of the HOKUDAN International Symposium and School on Active Faulting   (Active Fault Research for the New Millennium), 81-86, 2000.

Kitagawa, Y., N. Koizumi, K. Notsu and G. Igarashi, Water injection experiments and discharge changes at the Nojima fault in Awaji Islane, Japan, Geophys. Res. Lett., 26, 3173-3176, 1999.

小林健太・福地龍郎・長谷部徳子・林　愛明・他、野島断層1,800m孔掘削コアに見られる破砕帯外縁部の産状、地質学雑誌、第105号、第10巻、XIX-XX、1999．

向井厚志・藤森邦夫・石井紘・中尾茂・松本滋夫・平田安廣、淡路島800m孔で観測された歪みおよび傾斜変化、測地学会誌、44、237-248.

Tadokoro, K., M. Ando, and K. Nishigami, Induced earthquakes accompanying the water injection experiment at the Nojima fault zone, Japan: Seismicity and its migration, J. Geophys. Res., in press, 1999.

Tagami, T., N. Hasebe, H. Kamohara and K. Takemura, Thermal anomaly around earthquake fault - evidence from fission-track analysis of Nojima fault borehole samples, The Island Arc, in press, 1999.

Yamamoto, K., N. Sato and Y. Yabe, Stress state around the Nojima fault estimated from core measurements, Proc. Int. Workshop on the Nojima fault core and borehole data analysis (Draft), November 22-23, 1999, GSJ, Tsukuba, Japan.

 

(8)平成11年度成果の全体計画での位置づけ

　平成11年度は第２回目注水試験を実施し多項目の観測データを得た。来年度も継続してこの解析を進めることにより、断層破砕帯の回復過程の解明を目指す全体計画の達成に近づくことが出来る。

 

(9) 実施担当連絡者

　西上欽也、TEL 0774-38-4279、FAX 0774-31-8294、

　　nishigam@drs.dpri.kyoto-u.ac.jp

　大志万直人、TEL 0774-38-4202、FAX 0774-38-4190、

　　g53032@sakura.kudpc.kyoto-u.ac.jp