(1)課題番号： 0209
(2)実施機関名：京都大学防災研究所
(3) 課題名：南アフリカ金鉱山における地震予知の半制御実験
(4) 本課題の5ヵ年計画の概要とその中での平成14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：１．(3) 直前過程における地殻活動
(4-2) 関連する「建議」の項目：1-(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：
南アフリカの金鉱山では，深さ2-3kmで行われている採掘による応力集中のため，採掘が断層に近づいた時に，断層上に応力集中が生じ、大きいものではM3クラスの地震（震源サイズは約100m）まで発生する。その付近めがけてボアホールを掘削し，震源から数mー数十m以内でデータを取得する．応力が徐々に高まり，岩盤の諸性質や極微小地震活動が変化するものと期待される．ついには，震源核形成が始まり，ゆっくりしたすべりが発生する．この過程を，高精度の地震計，歪計や変位計をはじめとする各種のセンサーでとらえ，震源核形成過程を解明する．
5ヶ年の到達目標は，M3クラスの地震を，地震計・歪計・変位計のアレイからなる観測網で至近距離において記録し，その震源核形成過程を明らかにすることである．平成13年度までに，Western Deep Levels鉱山の観測網から約100mで発生したM2の地震の前後のｂ値や応力降下量の変化から，震源域のせん断応力の変化を検知することができた．また，地震直前の応力低下を示唆する変化もとらえられた．しかしながら，歪計では，地震直前の変化をとらえることはできなかった．
そこで，平成14年度には，科学研究費の補助も得て，新たにMponeng鉱山, Tau Tona鉱山で地震計・歪計・変位計のアレイからなる観測網の展開を始めた．これまでの経験を生かして冗長性のある観測システムの設計を行い，現地調査を終えて，これからセンサー用のボーリング掘削を始めるところである．平成15年度中に，M3クラスの地震が発生すると推定されており，貴重なデータが得られるものと期待される．
(5) 平成14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
どの項目を実施したのか：(2)イ
(5-2) 平成14年度項目別実施計画のどの項目を実施したのか：(3) 直前過程における地殻活動
(5-3) 平成14年度に実施された研究の概要：
平成14年度には，新たにMponeng鉱山, Tau Tona鉱山で地震計・歪計・変位計のアレイからなる観測網の展開を始めた．図１にMponeng鉱山の地下3170m付近，Pretorius断層近傍におけるセンサー配置予定図を示す．2003—2004年度にかけて断層近傍まで採掘が行われ，断層上でM3クラス以上の地震が発生する可能性が大変高い．多数の強震計，加速度計，速度計に加えて，石井式歪計４台，断層変位計２台を断層の極近傍に設置するなど，多数のセンサーを推定震源域に配置する予定である．Western Deep Levels鉱山の観測では，歪計は分解能が12bitで１分サンプリングであったが，今回は24bit25Hzで記録することにより，微小な変化をもとらえることが可能である．
また， Bambanani鉱山に一点だけ設置されていた歪計から100m以内で，2002年2月にM3を含む地震群が発生した．大変残念なことに，データ通信のトラブルにより地震直前および地震時は欠測であったが，約一ヶ月後の復旧後にも顕著な余効変動がとらえられた(図２)．また，歪計から約20mの地点でM0の地震が発生し，それによる歪ステップや余効変動がとらえられた．
Western Deep Levels鉱山で得られた地震の波形データを用いて，マグニチュード0-1クラスの地震の破壊伝播速度の推定を行った．
(5-4) 当初設定した平成14年度の到達目標に対する成果の概要：
2002年には，歪計から100m以内で，M3を含む地震群が発生したけれども，計測システムのトラブルにより，データを得ることはできなかった．その経験を生かし，Mponeng鉱山, Tau Tona鉱山では冗長性のある観測システムの設計を行った．平成15年度には，M3クラスが観測網から至近距離で発生し，貴重なデータが得られるものと期待される．
Western Deep Levels鉱山で発生したマグニチュード0-1クラスの地震の破壊伝播速度の推定を行った．サブイベントが明瞭に識別できる地震波形を用いて，破壊開始点に対するサブイベントの相対震源を決定し，破壊伝播速度を推定した．その結果．S波速度の70%程度の値が得られた．この値は大・中地震について得られているものと同程度の値であり，南アフリカ金鉱山の微小地震は，大・中地震と同様の破壊過程を示す可能性が高いことが分かった．
(5-5) 共同研究の有無：
南アフリカ金鉱山における半制御地震発生実験国際共同グループ（５０名）による共同研究．
南アフリカ共和国，Mponeng鉱山, Tau Tona鉱山,Bambanani鉱山で観測を実施．
(5-6) 平成14年度の成果に関連の深いもので、平成14年度に公表された成果：
（論文）
Ogasawara,
H., Review of semi-controlled earthquake-generation experiments in South
African deep gold mines (1992-2001), Seismogenic
Process Monitoring, 120-150, Balkema,
Ogasawara,
H., T. Miwa, Microearthquake
scaling relationship using near-source, redundant, wide-dynamic-range accelerograms in a South African deep gold mine, Seismogenic Process Monitoring,151-164, Balkema,
Rotterdam , 2002.
Satoh,
T., Near source observation of small initial phase generated by earthquakes in
a deep gold mine in South Africa, Seismogenic Process
Monitoring, 165-171, Balkema, Rotterdam , 2002.
Ogasawara,
H., S. Sato, S. Nishii, H. Kawakata,
Temporal variation of seismic parameters associated with an Mw〜2event
monitored at a 100〜200m distance, Seismogenic
Process Monitoring, 173-184, Balkema, Rotterdam ,
2002.
Nagai,
N., M. Ando, H. Ogasawara, T. Ohkura, Y. Iio, A. Cho ＆ The research group for Semi-controlled
earthquake-generation experiments in South African deep gold mines, Location
and temporal variations of shear wave splitting in a South African gold mine,
Seismogenic Process Monitoring, 185-198, Balkema,
Ishii,
H., T. Yamauchi, S. Matsumoto, Y. Hirata ＆
（学会発表など）
Iio, Y., Aseismic deformation -the
process by which large intraplate earthquakes are
generated, ICDP workshop-Drilling Active Faults in South Africa Mines-, 2002.
Kawakata, H., Application of stress indicator, Energy Index, to a
seismic swarm inJapan, , ICDP workshop-Drilling
Active Faults in South Africa Mines-, 2002.
Ogasawara , H., Semi-controlled earthquake-generation experiments
in South African deep gold mines (2002 - 2006), , ICDP workshop-Drilling Active
Faults in South Africa Mines-, 2002.
Otsuki, K., Toward the unified understanding of the micro-mechnisms and seismic slip behaviors, , ICDP
workshop-Drilling Active Faults in South Africa Mines-, 2002.
Ishii, H., Stress and Strain Observation in Deep Boreholes by
Using Wireless Strainmeter and Multi-Component
Borehole Instruments, , ICDP workshop-Drilling Active Faults in South Africa
Mines-, 2002.
Yamauchi , T., Development of Wireless Intelligent Type Borehole
Instrument for Insitu Stress and Crustal
Strain Observation, , ICDP workshop-Drilling Active Faults in South Africa
Mines-, 2002.
Yamada, T., J. Mori, H. Kawakata, H.
Ogasawara, S. Tanbo, and The Research Group for
Semi-Controlled Earthquake Generation Experiments in South African Deep Gold
Mines, Rupture Velocities of Small Earthquakes (0.0 < M < 1.5) in a South
African Gold Mine: Constraints on Fracture Energy, S72B-1143, American
Geophysical Union, 2002 Fall Meeting, San Francisco, December, 2002.
小笠原宏, 南アフリカ金鉱山における半制御地震発生実験国際共同グループ, 南アフリカ金鉱山の地震発生・制御・防災と予知, S084-006 , 地球惑星科学関連学会合同大会2002.
小笠原宏, 石井紘, 南アフリカ金鉱山における半制御地震発生実験国際共同グループ, Mponeng
鉱山M3 予想震源断層上での石井式歪計による25Hz 24bit 連続観測−南アフリカ金鉱山における半制御地震発生実験(29), S040-P010, 地球惑星科学関連学会合同大会2002.
小笠原宏, 石井紘, 森山慎也, 南アフリカ金鉱山における半制御地震発生実験国際共同グループ, Bambanani
鉱山石井式歪計で至近距離観測されたＭ２以下地震前後の歪変化−南アフリカ金鉱山における半制御地震発生実験(28), S040-013, 地球惑星科学関連学会合同大会2002.
小笠原宏, 川方裕則, 加藤愛太郎, 南アフリカ金鉱山における半制御地震発生実験国際共同グループ, 南ア４金鉱山でのＭ＞３震源地下直接観察−南ア金鉱山における半制御地震発生実験（30）, 日本地震学会講演予稿集, A83, 2002.
飯尾能久, 小笠原宏, 南アフリカ金鉱山における半制御地震発生実験グループ, 南アフリカ金鉱山における半制御地震発生実験（31）(2002−2006年度), 日本地震学会講演予稿集, A84,
2002.
森山慎也, 安達俊仁, 竹内淳一, 小笠原宏, 石井紘, 中尾茂, 南アフリカ金鉱山における半制御地震発生実験国際共同グループ, 南アBambanani金鉱山の石井式歪計の百ｍ前後のM2.〜M3地震群と10級歪変化−南ア金鉱山半制御地震発生実験（32）, 日本地震学会講演予稿集,
P160, 2002.
竹内淳一, 小笠原宏, 石井紘, 井出哲, P. Mountfort, A. Cichowicz, 南アフリカ金鉱山における半制御地震発生実験国際共同グループ, 南ア金鉱山石井式歪計の地震直前記録のnon-causal artifactの除去と対数的余効変動−南ア金鉱山半制御地震発生実験（33）,
日本地震学会講演予稿集,
P161, 2002.
加藤愛太郎, 小笠原宏, 川方裕則, 飯尾能久, 中尾茂, 南アフリカ金鉱山における半制御地震発生実験国際共同グループ, 南アMponeng金鉱山−Pretrius断層：地震・歪アレイ観測と断層変位観測計画−南ア金鉱山における半制御地震発生実験（31-2）, 日本地震学会講演予稿集, P159, 2002.
川方裕則, 小笠原宏, 加藤愛太郎, 飯尾能久, 佐藤隆司, 石井紘, 山内常生, 南アフリカ金鉱山における半制御地震発生実験国際共同グループ, 南アフリカTau Tona金鉱山Spotted Dick Dyke：地震・ひずみ観測、応力測定−南アフリカ金鉱山における半制御地震発生実験(31-1), 日本地震学会講演予稿集, P158, 2002.
山田卓司，James Mori, 川方裕則, 小笠原宏,井出 哲, 丹保繁和・南アフリカ金鉱山における半制御地震発生実験国際共同グループ, 南アフリカ金鉱山で起きた微小地震(0.0＜M＜1.5)の破壊伝播速度：破壊エネルギーの拘束−南アフリカ金鉱山における半制御地震発生実験(34), P124, 日本地震学会講演予稿集, 2002.
(6) この課題の実施担当連絡者：
氏名：飯尾能久
電話：0774-38-4200
FAX ：0774-38-4190
e-mail: iio@rcep.dpri.kyoto-u.ac.jp
図１ Mponeng鉱山の地下3170m付近，Pretorius断層近傍におけるセンサー配置予定図．2003—2004年度にかけて断層近傍まで採掘が行われ，断層上でM3クラス以上の地震が発生する可能性が大変高い．多数の強震計，加速度計，速度計に加えて，石井式歪計４台，断層変位計２台を断層の極近傍に設置する．
図２ Bambanani鉱山で石井式歪計により観測された歪データ．歪計から100m以内で，2002年2月にM3を含む地震群が発生したが，地震時は欠測であった．歪計から約20mの地点でM0の地震が発生し，それによる歪ステップや余効変動がとらえられた．