南アフリカ金鉱山の地震発生場における応力・強度・ひずみ変化の現位置計測

課題番号2401

（1）実施機関名：

立命館大学

（2）研究課題（または観測項目）名：

南アフリカ金鉱山の地震発生場における応力・強度・ひずみ変化の現位置計測

（3）関連の深い建議の項目：

2．（2）イ．地殻ひずみ・応力の変動

（4）その他関連する建議の項目：

1．（3）ア．プレート境界地震
1．（3）イ．海洋プレート内部の地震
1．（3）ウ．内陸地震と火山噴火
1．（4）イ．断層滑りと破壊の物理モデルの構築
2．（3）先行現象に基づく地震活動予測
3．（3）地震・火山噴火の災害誘因の事前評価手法の高度化
4．（2）イ．地震・火山現象のデータベースとデータ流通
4．（3）関連研究分野との連携の強化
4．（6）国際共同研究・国際協力

（5）優先度の高い地震・火山噴火との関連：

　今後、数年～十年の間に、採掘活動がかなり減少し、至近距離の観測の機会も減少する南アフリカ金鉱山の誘発地震。

（6）平成25年度までの関連する研究成果（または観測実績）の概要：

　これまでに印刷公表されている南アフリカ金鉱山の現場応力測定は、地表下2.7km以浅、最大圧縮主応力100MPaに限られていた。平成21～25年の間の取り組みによって、現在採掘中の最大深度（地表下約3.4km）や震源の応力レベル（百数十MPa）でも現場応力測定が可能であることを実証することができた。南アフリカ金鉱山の大深度の悪い作業条件でも、従来よりも多くの測定が出来るように、技術的な問題も解決しており、技術移転も完了している。現場測定応力で応力計算機モデリングを較正することに成功し、8つの鉱山地震（ML=2.1～4.0）の震源の応力と強度を推定することができた。震源貫通ドリリングの孔やコアのダメージから応力や強度を拘束することに成功し、較正された応力モデリング結果と比較した結果、応力計算機モデリングの結果がやや小さめであること、しかし、現場実測された岩盤ひずみ変化を考慮に入れればさらに較正ができる可能性が示された。
　付近でM2級の地震の発生が予想される、4つの金鉱山の地下1.0～3.0kmの観測サイトに、計10台の石井式歪計が埋設され、岩盤ひずみ変化が観測されている。地下1.0kmの現場の応力レベルは、地下3.0kmの典型的な応力レベルより有意に高いことが実測によって確かめられている。1つの鉱山の観測サイトでは地震活動がピークに達しており関連するひずみ変化が観測されている。他の観測サイトでも今後の採掘の進行に伴ってこれから地震活動が上がると予想されている。遠地大地震のひずみ地震波形によって、採掘に伴う応力集中度の評価ができる可能性があることもわかった。
　以上は、「地震及び火山噴火予知のための観測研究計画」の課題2401と、関連する他予算による成果であり、本課題はそれを発展させるものである。

（7）本課題の5か年の到達目標：

　5か年の間に、これまでの取り組みを更に進め、地質構造の情報も多い南アフリカ大深度金鉱山の地震発生場において、震源と周囲の応力や強度、歪変化の原位置実測データを増やす。現位置測定結果に基づく較正によって、計算機応力モデリングを高度化し、地震ハザード評価の高度化も目指す。その上で、自然地震の研究で用いられている地震の切迫性の間接推定手法（例えば、空白域、b値、潮汐応答敏感性）、あるいは、応力の間接推定手法（地震みかけ応力、モーメントテンソル逆解析など）を、よりよく拘束された応力や強度と比較することによって評価する。

（8）本課題の5か年計画の概要：

　平成26年度：　これまでに、ドリリングは大型科研費に頼っていたが、2013年度で終わる。次の大型科研費に申請ができるのは、地球規模課題対応科学技術協力のJSTの支援の最終年度（2014年度）である。このため、2014年度は、次のステップに進むために非常に重要な年度となる。
　これまでの取り組みによって技術移転され、構築された体制によって、年に2～3点の応力測定が、複数の鉱山において鉱山自身によって行えるようになっている。これらは坑道から十数ｍ以内の測定である。また、すでに埋設されている石井式歪計の付近の地震活動がピークを迎える。これらに基づき応力モデリングを較正し始める。
　後述する他の大型予算の獲得の成否に関わらず、上記については5年間続ける。5年間の研究期間の後半は、較正された応力モデリングの結果と、応力の間接推定手法や地震の切迫性の間接推定手法と比較し評価する。

　平成27年度以降、大型予算を獲得することを目指し、もし獲得できた場合は、震源を貫通する、もしくは、きわめて近くを通る、坑道から数十ｍのドリリングを行って応力分布を実測する。本課題ではこのような測定が可能な候補地を平成26年度～平成27年度に見つけ、準備を進める。

（9）実施機関の参加者氏名または部署等名：

立命館大学・理工学部　小笠原宏

他機関との共同研究の有無：有
東北大学・理学研究科　矢部康男
（公益社団法人）地震予知総合研究振興会　石井　紘・大久保慎人
鹿児島大学・理学研究科　中尾　茂
京都大学・工学研究科　石田　毅
東北大学・工学研究科　森谷祐一
東北大学・環境科学研究科　坂口清敏

（10）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：立命館大学　研究部　リサーチオフィス（BKC）PJ管理担当
電話：077-561-2802
e-mail：t-taka-a@st.ritsumei.ac.jp
URL：http://www.ritsumei.ac.jp/research/center/sci_eng/

（11）この研究課題（または観測項目）の連絡担当者

氏名：小笠原宏
所属：立命館大学・理工学部