課題番号：1804

平成18年度年次報告

（1）実施機関名

京都大学防災研究所

（2）研究課題（または観測項目）名

断層における注水実験および応力状態の時間変化

（3）最も関連の深い建議の項目

（4）その他関連する建議の項目

（5）本課題の平成16年度からの5ヵ年の到達目標と、それに対する平成18年度実施計画の位置付け

　16年度からの5カ年においては、野島断層における540メートル深度注水実験を中心として、断層近傍岩盤の透水性モデリングの高度化による断層回復過程の検証、注入水の挙動および断層近傍岩盤の破砕構造・クラック分布の推定、注水誘発地震の発生検証および発生過程の解明、断層の不均質構造（特に走向方向）と地震発生特性の関係解明、等の地球物理学的な調査、および、物質科学的な調査（例えば、断層に沿ったシュードタキライトの分布・性状特性等）を行い、包括的な断層（破砕帯）構造の理解を目指す。16年度に第4回目、18年度に第5回目の540メートル深度注水実験を実施する。
　18年度は、5回目注水実験を実施してこれまで未解決の課題の解明、および補足データの取得による回復過程の検証、およびモデリングの高度化を行う。さらに、野島断層の破砕帯構造、アスペリティの地震学的および物質科学的な調査等を行い、これらを総合して、上記の到達目標に近づくことを目指す。

（6）平成18年度実施計画の概要

　18年度は、5回目注水実験を実施して、これまで未解決であった注水誘発地震に関する課題の解明（誘発地震の発生検証、および1,800メートル、800メートルボアホール地震波形の高速サンプリングによる震源過程の解明）をめざす。また、4回目実験時の歪データ（800メートル孔）を補足して、岩盤弾性定数の経年変化を確実に検出する。さらに、4回目実験で水位データ（800メートル孔）のモデリング後半に大きいずれが生じたので、これを再度モデリングするとともに、一時的に透水性が増加したように見えた原因（2004年12月の実験の終了直前に発生したスマトラ北部西方沖の地震、もしくは3ヶ月前に発生した紀伊半島沖・東海道沖の地震の影響、等）の推定を行い、水位データのモデリング高度化につなげる。水位計の高精度化（分解能およびサンプリングの改善、平行観測による従来の水位計感度特性の検定）を行い、過去のデータ再解析、モデリングの改善を実施する。その他、高精度水位計データによる間隙水圧の地震波応答の解析、1995年兵庫県南部地震の直後の回復過程の再検討（地震波散乱係数の時間変化を検出）、他の内陸活断層の地震波散乱係数の推定および野島断層との比較、1,800メートル注水孔での長期間・自然湧水実験による湧水・透水環境の推定、等を実施する。また、1999年台湾集集地震の震源断層である車籠埔断層において注水実験が実施される予定であり、これと共同して、野島断層との比較・検討を行う。

（7）平成18年度成果の概要

  1. 注水実験による断層回復過程および誘発地震発生過程の解明
    　第5回目の注水実験を、2006年11月17日〜24日、12月8日〜15日の2回に分けて実施した。注水圧力：4.5MPa（メガパスカル）、流量：16〜20リットル毎分、注水日数：各7日間、注水量：165〜171キロリットル。各観測データの解析は現在進行中であるが、これまでに得られた主な結果は以下の通り。
    • a）誘発地震の検出のために、800メートル孔（注水孔である1,800メートル孔からの水平距離約60メートル）の地震計による極微小地震のS-Pタイム時系列を作成した（図1）。これまでの注水実験では誘発地震と考えられるイベントのS-Pタイムは0.3〜0.5秒であり、注水開始後4〜5日（1997年）、6〜7日（2000年）、7〜12日（2004年）に活動開始した。今回実験では、2回目注水の開始後15〜18日に活発な活動が見られ、これらは誘発地震の可能性がある。また、注水地点（深さ540メートル）から誘発地震震源域（深さ2〜4キロメートル）までの野島断層に沿う領域では、透水係数の低下傾向が1997年〜2006年において継続していることを示唆する。今後、これらのイベントについて1kHz（キロヘルツ）サンプリング波形データを用いた震源過程解析、クラスター活動特性の解析（過去の実験時の活動、定常活動との関係）等を進める。
    • b）注水に伴う800メートル孔地下水位の変動について、二次元地下水拡散モデルによる解析を行い、注水地点（540メートル深度）と800メートル孔底間の岩盤の透水係数を推定した（図2左）。その結果をこれまでの注水実験の結果と比較すると（図2右）、1997年〜2003年までは岩盤の透水係数が明瞭に低下しているのに対し、2003年〜2006年は透水性がやや増加傾向を示す。野島断層の強度回復過程は、深さ540メートル〜800メートルの断層近傍岩盤における測定からは、2003年頃までに一段落したとの解釈も可能である。なお、2006年8月に水位計および収録システムを高精度化するとともに、旧測定システムの感度検定を行った。今後、過去の実験にさかのぼってデータの再確認とモデリングの改善を系統的に進める。
    • c）注水孔周辺（地表測線）において注水に伴う自然電位の変動を観測し、透水係数のモデリングを進めている。
  2. 800メートル孔周辺岩盤の弾性定数の推定
    　800メートル孔口の開放もしくは密閉が、1996年12月〜2006年6月に計7回実施された。孔口開放時には800メートル孔底における歪、および水位のデータはともにステップ状の伸び、および水位低下の変動を示す。一方、孔口密閉時には、2〜4時間の時定数を持つ縮み、および水位上昇の指数関数的な変動を示す。孔口の開閉による水位（水圧）変動に対する面積歪の大きさは経年的に減少傾向があり、これらから孔周辺岩盤の体積弾性率を計算した（図3）。体積弾性率は経年的な増加傾向を示し、断層近傍岩盤の強度が増加しつつあることを示唆する。これは、注水実験により推定された岩盤透水係数の低下傾向とほぼ対応すると考えられる。
  3. 野島断層浅部のQ値の推定
    　1,800メートルおよび800メートル孔地震波形のスペクトル比から野島断層近傍のQp値を推定した。和歌山付近の地震70個（1997年〜2004年、Mだいなり3）の解析から、この期間にQp値が約10パーセント増加したことが分かった。これは、断層浅部（800メートル〜1,800メートル）における強度回復を示唆すると考えられる。
  4. 他の内陸地震の震源断層の回復過程との比較（2004年新潟県中越地震等）
    　野島断層の回復過程について、他のマグニチュード7クラス内陸地震との比較も重要と考えられる。17年度に引き続き、2004年新潟県中越地震の震源断層面上の地震波散乱係数を推定した。その結果、小平尾断層の深部延長にあたる領域では、本震直後から約6ヶ月間にわたって散乱係数が大きいこと、一方、アスペリティ領域（本震時のすべりが大きい領域）では、本震直後の約0.5ヶ月間は散乱係数が大きいものの、その後約6ヶ月間は散乱係数が低下して急速な回復過程が示唆されること、等が示された。
  5. 車籠埔断層（台湾）における注水実験との比較検討
    　1999年台湾集集地震の震源断層である車籠埔断層でも注水実験が実施された。地震再来周期の異なる野島断層（〜2000年）と車籠埔断層（〜300年）の回復過程、断層破砕帯の透水係数、誘発地震の発生特性等の比較研究をめざして、検討会を開催し情報交換を開始した。

（8）平成18年度の成果に関連の深いもので、平成18年度に公表された主な成果物（論文・報告書等）

（9）実施機関の参加者氏名または部署等名

西上欽也・大志万直人・吉村令慧・加納靖之・柳谷　俊（京都大学防災研究所）

他機関との共同研究

東京大学地震研究所（平田　直・山野　誠・他）、東京大学理学研究科（田中秀実・他）、名古屋大学環境学研究科（田所敬一・他）、金沢大学自然科学研究科（平松良浩・他）、高知大学理学部（村上英記・他）、神戸大学理学部（山口　覚・他）、奈良産業大学情報学部（向井厚志・他）、産業技術総合研究所（北川有一・小泉尚嗣・他）、および防災科学技術研究所等、約15機関との共同研究。学内では、京都大学理学研究科（藤森邦夫・他）も参加。参加者総数は約40名。

（10）問い合わせ先

図1　注水実験（水色期間）の前後における極微小地震の発生時系列。S-Pタイムは800メートル孔底での測定。

図2　左：注水に伴う800メートル孔水位変動のモデリング（2006年実験）。青：観測、赤：モデル計算。
　右：岩盤透水係数の経年変化（1997年〜2006年の5回の注水実験）。

図3　800メートル孔歪データ（孔口開放・密閉に対するレスポンス）から推定された孔周辺岩盤の体積弾性率の経年変化