注水実験による内陸地震の震源断層の微細構造と回復過程の研究

課題番号：1807

（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：　

注水実験による内陸地震の震源断層の微細構造と回復過程の研究

（3）最も関連の深い建議の項目：

2　地震・火山現象解明のための観測研究の推進
（2）地震・火山噴火に至る準備過程
（2‐1）地震準備過程
　ウ．ひずみ集中帯の成因と内陸地震発生の準備過程

（4）その他関連する建議の項目：

2　地震・火山現象解明のための観測研究の推進
（3）地震発生先行・破壊過程と火山噴火過程
（3‐2）地震破壊過程と強震動
　ア．断層面の不均質性と動的破壊特性

3　新たな観測技術の開発
（3）観測技術の継続的高度化
　ア．地下状態モニタリング技術

（5）平成20年度までの関連する研究成果（または観測実績）の概要：

　「地震予知のための新たな観測研究計画（第2次）」における研究課題「断層における注水実験および応力状態の時間変化」において、野島断層近傍岩盤（震源断層からの水平距離約400m）の540m深度への注水実験を3回実施した。それ以前の3回の注水実験と合わせた解析により、断層近傍岩盤（深さ800m以浅）の透水係数が1997年～2006年にかけて約60%低下したことを複数項目（地下水、歪、自然電位）の観測・モデリングにより検出した。これは野島断層の強度回復過程の進行を示唆する。800m孔歪計における潮汐歪の解析、および800m孔口の開放・密閉に伴う水位・歪のステップ変動の解析により孔底周辺岩盤の弾性定数を推定した。アクロス連続運転を2000年～2008年にかけて計7回実施し、地表震源装置と800m孔底間での地震波走時の進みと振幅の増加を検出した。これらの経年変化も上記の回復過程進行と調和的である。540m深度注水に伴う誘発地震と考えられる極微小地震の活発化を検出し（深さ2～4km）、それらのクラスター活動特性、震源パラメータ等を推定した。1800m孔底において断層トラップ波を観測し、野島断層の平均的な破砕帯構造および走向方向の構造変化の可能性を推定した。物質科学的研究としては、掘削コア試料（1800m孔および500m孔）の詳細な解析、野島断層中央部（野島平林）での地表浅部掘削による断層岩の分布性状調査に基づくアスペリティ分布の推定、等を行った。

（6）本課題の5ヶ年の到達目標：

5カ年間の到達目標は主として以下の3つである。

1） 野島断層（震源断層）の詳細な破砕帯構造の推定

平成25年度に野島断層の深部破砕帯（深さ1800m）に対して初めて直接的な注水を行い、震源断層の透水性および詳細な破砕帯構造を推定する。長期的にはさらに約5年後（次期5カ年計画）において2回目の1800m深度注水実験を実施して、震源断層における透水係数の経年変化を検出し、野島断層（震源断層）の強度回復過程の検出につなげる。これまで実施した540m深度注水データの解析・モデル改善、およびアクロス連続運転（平成21～25年度の各年2‐3ヶ月間実施）により、野島断層近傍岩盤の強度回復過程についても引き続き検証を行う。1800m深度注水および従来の540m深度注水の結果を合わせた解析により、震源断層から分岐断層（震源断層から南東方向に約400m）にいたる断層帯の広範囲にわたる透水性構造および注入水の挙動を推定する。

2） 注水誘発地震の発生過程の解明

1800m深度注水により誘発地震（深さ2‐4km）が多数発生することが予想される。これを用いて、誘発地震の震源過程の特性および地震発生における流体（間隙水圧）の役割の解明、および断層面の摩擦特性の推定等、活断層における誘発地震の発生過程を解明する。これまで実施した540m深度注水に伴う誘発地震と合わせた解析を行い、野島断層の詳細な深部破砕帯構造を推定し、断層構造の不均質性と地震の発生過程について解明する。

3） 内陸地震の震源断層における応力集中過程の解明

野島断層および他の内陸地震の震源断層を対象として、断層深部構造（特に走向方向の構造不均質性）、本震時の破壊過程（アスペリティ分布等）および回復過程（断層における回復過程進行の非一様性）の関係について、既存の研究成果を含めて系統的に事例集積し、総合的に検討する。これに基づき、内陸地震の震源断層における構造不均質性と応力集中過程についての解明をめざす。

（7）本課題の5ヵ年計画の概要：

　平成21年度は、従来の540m深度注水実験により得られたデータ、特に平成20年度に実施した第6回注水実験のデータ解析により野島断層近傍岩盤の透水係数およびその経年変化の研究をさらに進展させる。注水に伴う極微小地震（誘発地震）の検出およびその波形解析、クラスター構造解析等を系統的に行い、野島断層周辺に発生する極微小地震の発生過程の特性について検討する。アクロス連続運転を実施し、地表震源装置と800m孔および1800m孔地震計間の地震波走時および振幅の経年変化について検証を行う。1800mおよび800m孔における地震・地殻変動・地下水の連続観測を継続する。さらに、平成25年度実施の1800m深度注水実験に向けて、500m孔における新たな地下水連続観測の準備、および野島断層近傍（地上）における地震観測点設置の準備を行う。
　平成22年度は、引き続き従来の540m深度注水実験データのモデリング高度化、およびアクロス連続運転により野島断層近傍岩盤の強度回復過程検出を進展させる。地上およびボアホール地震計データの解析、および500m孔における地下水予備観測を行う。野島断層および他の内陸地震の震源断層・活断層の深部構造と回復過程の事例（解析も含む）を集積する。
　平成23年度は、引き続き従来の540m深度注水実験データのモデリング高度化、およびアクロス連続運転により野島断層近傍岩盤の強度回復過程検出を進展させる。地上およびボアホール地震計データの解析、および500m孔における地下水予備観測を行う。野島断層および他の内陸地震の震源断層・活断層の深部構造と回復過程の事例（解析も含む）を集積する。
　平成24年度は、1800mボアホール地震計の引き上げ等、1800m深度注水実験の準備を行う。アクロス連続運転による地震波走時・振幅の経年変化の検出を進展させる。地上およびボアホール地震計データの解析、および500m孔における地下水予備観測を行う。野島断層および他の内陸地震の震源断層・活断層の深部構造と回復過程の事例（解析も含む）を集積する。
　平成25年度は、1800m深度注水実験を実施し、震源断層（野島断層）の透水係数を推定する。従来の540m深度注水の結果も合わせた解析により、震源断層から分岐断層にいたる断層帯の透水性構造および注入水の挙動を推定する。1800m深度注水による誘発地震の発生を検出し、誘発地震の震源過程および発生特性を推定する。野島断層および他の内陸地震の震源断層・活断層の深部構造と回復過程について取りまとめる。

（8）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（京都大学防災研究所）
他機関との共同研究の有無：
東京大学地震研究所（山野　誠）、東京大学理学系研究科（田中秀実）、名古屋大学環境学研究科（山岡耕春・田所敬一）、静岡大学理学部（生田領野）、金沢大学理工研究域自然システム学系（平松良浩）、高知大学理学部（村上英記）、神戸大学理学部（山口　覚）、奈良産業大学情報学部（向井厚志）、産業技術総合研究所（北川有一・小泉尚嗣）、防災科学技術研究所（小村健太朗）。

（9）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：0774‐38‐4195
e‐mail：nishigam@rcep.dpri.kyoto‐u.ac.jp
URL：http://www.rcep.dpri.kyoto‐u.ac.jp/~idoi/kaibo/