0107.13

(1) 課題番号：0107

(2) 実施機関名：東京大学地震研究所

(3) 課題名：繰り返し注水実験による野島断層の強度回復の検出および誘発地震発生メカニズムの解明

(4) 本課題の5ヵ年計画の概要とその中での平成13年度までの成果

(4-1)「地震予知のための新たな観測研究計画の推進について」（以下、建議）の項目：

Ⅲ-1　地震発生に至る地殻活動解明のための観測研究の推進

(4-2)関連する「建議」の項目 (建議のカタカナの項目まで)：

Ⅲ-1-(2)-イ，Ⅲ-1-(2)-ウ，Ⅲ-1-(2)-エ，Ⅲ-3-(2)-ウ

(4-3)「5ヵ年計画全体としてのこの研究課題の概要と到達目標」に対する到達した成果：

野島断層近傍における地殻変動観測を地震発生直後から行い，地震断層近傍の歪・傾斜変化を通して地震断層の回復過程を明らかにすることを目標にする．これを明らかにするために野島断層に注水を行い，そのときに観測される歪・傾斜変化から断層近傍の破砕帯の状態，断層の回復過程を推定する．これまで，２回の注水実験を行ない，そのときに得られたデータを解析することにより，破砕帯の状態変化を得ることができた．

（5）平成13年度成果の概要

（5-1）「平成12年度全体計画骨子の補足説明　３．具体的な課題提案の背景」のどの項目を実施するのか：

「(4)-2. 断層面の破壊強度に対する地殻流体の役割」

（5-2）「平成12年度項目別実施計画」のどの項目を実施したのか：

(3) 断層およびその周辺の微細構造と地殻流体の挙動の解明

（5-3）平成13年度に実施された研究の概要：

2000年に実施された注水試験に伴う歪変化の特徴を検討した．さらに間隙水圧の上昇による岩盤の収縮をモデル化し，1997年および2000年に実施された注水試験にともなう歪変化が説明できるかを考察した．さらにこのモデルを利用して観測された歪変化から周辺媒質の透水性を推定した．

（5-4）「平成13年度の到達目標」に対する成果の概要：

1997年および2000年に行った注水実験により得られたデータの解析を行った．

注水に伴って観測された歪変化の特徴は以下のとおりである（図1，図２）．

１．歪３成分は注水開始直後から縮みはじめ，数日の時定数をもつ指数関数的な時間変化を示す．これは浸透水の拡散によって間隙水圧の上昇域が広がっていったことを反映している．

２．1997年の第3回注水試験では注水開始から２日後に指数関数的な歪変化が終息し，その後の注水期間でほぼ一定の縮を保った．

３．1997年の注水試験では，潮汐変化を取り除くことができなかった１日周期の歪変化がN39E成分に残されている．2000年の注水試験においてもN39E成分に不規則に現れる１日周期の変化がみられ，注水によって潮汐振幅または位相が変化した可能性がある．

４．注水開始以降の最大主歪，最小主歪および最小主歪の方向の時間変化を計算したところ，最小主歪の方向は注水に伴う最大縮の方向を示している（N40E～N60E）．

1800ｍ孔に注入された水は深さ約550ｍの孔壁から周辺の岩盤中に浸透したと推定されている．この浸透地点は800ｍ孔からみて約N50E方向に位置する．そこで，均質な岩盤において深さ550ｍ地点を中心とする点対称な浸透流が生じたと仮定して，注水時の歪変化を計算した（図３）．このとき，岩盤の透水性を表す透水係数kと比貯留係数Ssの比を未知量として，予測された歪変化と観測値との差が最小となるようにk/Ss値を決めた（図４）．k/Ss値が大きいほど，岩盤の透水性が高いことを示す．この計算からわかったことは以下のとおりである．

１．図4の予測値は2000年第4回注水における最小主歪を除いて，注水にともなう歪変化とほぼあっている．このころから注水に伴って観測された縮みの歪変化は深さ550ｍから流出した水が間隙水圧を上昇させ，岩盤の収縮を引き起こしたと考えられる．

２．最小主歪から求めたk/Ss値が最大主歪から求めたk/Ss値よりも大きいことから，最小主歪の方向である北東―南西方向に岩盤の透水性が高いことを示している．これは野島断層の方向に平行な北東―南西方向に破砕が発達していることを反映している可能性がある．

３．2000年の注水試験では，最小主歪および最大主歪から求めたk/Ss値が，時間経過につれて互いに近づく時間的変化を示した．破砕宝庫に直交する方向への浸透経路が形成され，等方的な透水構造に近づいた可能性がある．

４．2000年第2～４回注水から求めたk/Ss値は，1997年第3回注水から求めたk/Ss値に比べてほぼ同程度以下の値となった．注水終了後の歪は1997年の注水試験では，約１日の時定数で注水前のレベルまで回復したが，2000年の注水試験では，数日以上の時定数で緩やかに回復した．これらから，2000年とくらべて1997年における岩盤の透水性が高く，破砕が発達していたことを表していると考えられる．

（5-5）共同研究の有無：

京都大学大学院理学研究科

（5-6）平成13年度の成果に関連の深いもので、平成13年度に公表された成果

向井厚志，藤森邦夫，石井紘，中尾茂，注水試験に伴うひずみ変化，月刊地球，23，240-244，2001．

Ishii, H., A. Mukai, K. Fujimori, S. Nakao, S. Matsumoto and Y. Hirata, Multicomponent observation of crustal activity in the DPRI 800m borehole close to the Nojima Fault, The Island Arc, 10, 292-287, 2001.

Fujimori, K., H. Ishii, A. Mukai, S. Nakao, S. Matsumoto and Y. Hirata, Strain and tilt changes measured during a water injection experiment at the Nojima Fault zone, Japan, The Island Arc, 10, 228-234, 2001.

（6）この課題の実施担当連絡者

氏名：佐野　修

Tel：03-5841-5892

Fax：03-3813-8026

E-Mail：osano@eri.u-tokyo.ac.jp

図１．800ｍ孔で観測された注水に伴うひずみ変化．上段から，注水圧，流量，ひずみ３成分（Str_U，M，D）および地上気圧の時間的変化を示す．ひずみ変化からは，地球潮汐成分，気圧応答成分および線形トレンドが取り除かれている．陰の部分は注水期間を表す．

図３．800ｍ孔の観測地点と1800ｍ孔内の浸透地点の配置模式図．800ｍ孔は鉛直であるが，1800ｍ孔は断層面と交差させるため曲がっている．図中の☆印は浸透地点を示す．

図４．注水に伴うひずみ変化の予測値（実線）と観測値（マーク）の比較．(a) 1997 年第3回，(b) 2000年第２回，(c) 2000年第3回および(d) 2000年第４回の注水．上段はN50°E－ S50°W方向のひずみ変化の予測値，および，最小主ひずみの観測値．下段は，N40°W－S40°E方向のひずみ変化の予測値，および，最大主ひずみの観測値．各図右上の数値は，推定されたk/Ss[㎡/s]の値を示す．