次の南海地震に向けた応力蓄積過程の解明

平成20年度年次報告

課題番号：1810

（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：

　次の南海地震に向けた応力蓄積過程の解明

（3）最も関連の深い建議の項目：

　2．（2）ウ．東南海・南海道地域

（4）その他関連する建議の項目：

　3．（2）ボアホールによる地下深部計測技術の開発と高度化

（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20年度実施計画の位置付け：

　次の南海地震に向けた応力蓄積過程の解明には、GPSやひずみ計を使った地殻ひずみの長期連続観測や、地殻応力の繰り返し測定が不可欠であると考える。そして本課題は、このような観測の一環として、ボアホールをつかった地殻ひずみの観測法を確立し、さらに近畿圏にボアホール・アレーを構築し、長期的かつ連続的なひずみの精密観測を行うことをめざしている。ところがいっぽう、近年の研究により、地殻ひずみをモニターするときには、岩盤の間隙水圧も同時にモニターして、ひずみと間隙水圧の相互作用を間隙弾性論的なフレームワークで解釈しなければ、地殻の（応力）状況を正確にモニターできないことが強く示唆されている。したがって本研究では、これらの測定を補完・サポートするための測定として、岩盤の間隙水圧の大気圧応答、地震波応答、地球潮汐応答を調べて，間隙弾性定数を決定する。本年度は特に、岩盤の間隙弾性的なカップリングに着目し、神岡鉱山での地殻ひずみと間隙水圧測定などの測定データをもとにその相関関係を調べ、実際の地殻ひずみの量を把握する手法を確立することを目標とする。

（6）平成20年度実施計画の概要：

　平成20年度は以下の2点に重点を置いた研究・観測を行う。

　1．すでに実施している神岡鉱山の坑内サイトのボアホール井戸アレーでの高精度間隙水圧の観測を継続するとともに、既設のひずみ（伸縮）計データを利用しながら、それぞれのボアホール井戸の大気圧応答、地震波応答、地球潮汐応答を総括的に観測・解析して、間隙弾性論に従った解釈を行う。地下水の流れを伴うような現象（季節変化など）においての、岩盤のひずみと間隙水圧の時空間分布を調べるため、必要に応じて新規にボアホールひずみ計を設置することも検討する。

　2．野島800メートルボアホールで実施している間隙水圧の連続測定についても，同様に既設のボアホールひずみ計のデータと比較する。神岡鉱山と異なる応答様式が見られた場合には、その原因が何であるのかをしらべる。

（7）平成20年度成果の概要：

　1．神岡鉱山の坑内サイトのボアホール井戸アレーでの高精度間隙水圧の観測を継続し、既設のひずみ（伸縮）計データと、それぞれのボアホール井戸によって測定した間隙水圧データの大気圧応答、地震波応答、地球潮汐応答を総括的に観測・解析して、間隙弾性論に従った解釈を行った。地下水の流れを伴うような現象（季節変化など）においての、岩盤のひずみと間隙水圧の時空間分布を調べた。降水量や鉱山内の水流量と、間隙水圧がよい対応を示すことがわかった（図）。新規のボアホールひずみ計の設置のためのサイト評価を行った。

　2．野島800メートルボアホールで実施している間隙水圧の連続測定について，大気圧応答を利用してボアホール近傍の水理拡散率を推定し、透水性の評価を行った。注水実験等で得られた透水性と矛盾しない結果が得られた．

（8）平成20年度の成果に関連の深いもので、平成20年度に公表された主な成果物（論文・報告書等）：

　Kano. Y., A. Araya, W. Morii, and T. Yanagidani, Coupling Between Pore Pressure and Strain : Coseismic O set and Seazonal Variation, 7th General Assembly of Asian Seismological Commission and Seismological Society of Japan, 2008 Fall meeting, Tsukuba, X3‐090.
　Kano. Y., Y. Kitagawa, A. Mukai, and T. Yanagidani, Permeability Around the Nojima Fault Estimated Using Barometric Response of Pore Pressure, 7th General Assembly of Asian Seismological Commission and Seismological Society of Japan, 2008 Fall meeting, Tsukuba, X4‐053.

（9）本課題の5ヵ年の成果の概要：

　岩盤の間隙水圧の大気圧応答、地震波応答、地球潮汐応答を調べて，間隙弾性定数を決定した。5ヶ年の研究により、地殻ひずみをモニターするときには、岩盤の間隙水圧も同時にモニターして、ひずみと間隙水圧の相互作用を間隙弾性論的なフレームワークで解釈しなければ、地殻の（応力）状況を正確にモニターできないことが改めて示唆された。
　神岡鉱山の坑道のボアホールにて間隙水圧の連続観測を行い、その大気圧応答、地震波応答、理論地球潮汐に対する応答を測定した。その結果、間隙水圧が理論どおり体積ひずみに比例することを確証した。そしてこれらの結果からSkempton係数の値を0.8と決定した。この値はLocknerらが実験室で決めた値とよく一致している。さらに図1には、このボアホール井戸で記録した2004年のSumatra‐Andaman Island地震のスペクトルをしめす。この結果は、間隙水圧が地球の自由振動（スフェロイダル・モードだけ）に応答することを世界で最初に確かめたものである。特筆すべきは、間隙水圧の応答はより低周波側までフラットであり、STS‐1地震計の特性を凌駕している点である。またわれわれは、名古屋大学、東濃地震科学研究所との共同研究として、ボアホールに設置可能なたて成分伸縮計（ボアホール底面から3メートルの溶融石英菅を地表まで立ち上げ、上端と地表間の変位を石井式拡大エレメントで拡大して測定しひずみに換算する）をあらたに開発し、名大瑞浪観測所の壕内に設置した。たてひずみの測定は、地殻変動を観測するグループの長年の課題であった。この方式のたて伸縮計が地震動を正確にとらえる可能性があること、岩盤のたてひずみを正確に測定するためのあらたなツールになることを強く示唆している。
　ひずみ・応力・間隙水圧の関連は明らかにして地殻変動連続モニタリングの精度向上を図るために、神岡鉱山や野島断層のボアホール井戸において、間隙水圧測定を継続した。神岡鉱山の坑内サイトのボアホール井戸での高精度間隙水圧の観測データを解析し、大気圧応答・地球潮汐・地震波応答の時間変化を調べた。間隙水圧の大気圧応答の周波数応答を図2に、地震波応答の例を図3に示す。これらを総括した周波数応答の違いは、それぞれのボアホール井戸が接続する帯水層の透水性の違いによって説明可能である。
　野島断層800メートルボアホールの間隙水圧連続測定による2006年8月から2007年3月までの7か月間のデータを解析し、ボアホール周辺の岩盤の間隙弾性係数を推定した。載荷効率は0.45と求まった。ポアソン比の範囲を0.30～0.35とすると、スケンプトン係数は、0.65～0.73となる。このボアホールでは、周期11.5日以下では載荷効率の減衰は見られず、深さ方向の平均的な水頭拡散率の上限値は、1.5 m²/sと推定できる。

図1．2004年スマトラアンダマン地震の際に得られたボアホール井戸の地震波応答のスペクトル。それぞれのピークが地球自由振動の伸び縮みモードに対応している。

図2．神岡鉱山サイトにおける2つのボアホール井戸（K1，K2）および野島断層800 mボアホールの間隙水圧の大気圧に対する周波数応答。周期11日以上は間隙水圧と大気圧変化がコヒーレントでないため周波数応答が求まらない。

図3．観測期間中に発生した大地震の際に得られた各ボアホール井戸の地震波応答（ハイドロサイスモグラム）。

（10）実施機関の参加者氏名または部署等名：

　京都大学防災研究所地震予知研究センター　柳谷俊、加納靖之
　他機関との共同研究の有無：東濃地震科学研究所（石井紘）、東京大学地震研究所（新谷昌人）

（11）公開時にホームページに掲載する問い合わせ先：

　部署等名：京都大学防災研究所地震予知研究センター
　電話：0774‐38‐4211
　e‐mail：yanagidani@rcep.dpri.kyoto‐u.ac.jp
　URL：http://www.rcep.dpri.kyoto‐u.ac.jp/