平成13年度成果アンケート

本文（MS-Wordファイル、下記と同じものです）

図１(JPEG)、 図２(JPEG)、 図３(JPEG)、 図４(JPEG)、 図５(JPEG)、 図６(GIF)、 図７(JPEG)、 図８(PDF)

(1) 課題番号：　　０２０７

(2) 実施機関名：　　京都大学防災研究所

(3)課題名：　　断層の回復過程の研究　−野島断層および周辺活断層の深部構造の研究−

(4)本課題の5ヵ年計画の概要とその中での平成13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」の項目：
１．（２）準備過程における地殻活動

(4-2)関連する「建議」の項目：
（１）ウ、　（２）イ・ウ・エ、　（４）ア

(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：　

(5)平成13年度成果の概要：

(5-1)「平成13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」のどの項目を実施するのか：
主たる項目：「(4)-2. 断層面の破壊強度に対する地殻流体の役割」
関連項目：「(3)-1．個々の断層への応力蓄積過程の解明」

(5-2)平成13年度項目別実施計画のどの項目を実施するのか：
「2.(3) 断層周辺の微細構造と地殻流体の挙動の解明」

(5-3)平成13年度に実施された研究の概要：
　平成9年度に孔井掘削が完了し、その後、500m、800m、1800m孔において多項目の地球物理学的観測が継続され、また得られたコアの地質学的研究が行われてきた。平成13年度は、野島断層における定常的な極微小地震活動の調査を中心に、1800mボアホール波形の解析（断層トラップ波）、800mボアホール地殻活動データの解析、アクロスの長期間連続運転データの解析、地球電磁気学的調査、シュードタキライト掘削サンプルの解析等が行われた。

　これまでの２回の注水実験（1997年、2000年）では、注水開始約6-10日後から、注水地点近傍（深さ約2-4km）においてM-1.5〜1.0の極微小地震が多数発生し、誘発地震と推定された。これらの震源域では注水に関係のない時期にも極微小地震が発生し、定常的な地震活動度が高い。13年度はこの定常的な極微小地震の発生特性を調査し、注水誘発地震の識別に関する基礎データを得た。

　２回の注水実験に伴う誘発地震活動、および2001年の定常活動の震源分布を図１に示す。領域Ａ、Ｂには1997年および2000年の注水誘発地震が集中して発生したものの、2000年注水直前の定常活動もこの領域で発生し、震源分布、深さ、地震規模に関しては、誘発地震と定常活動の違いを指摘することは難しい。2000年注水実験の前と後、および2001年の定常活動について、各々の規模別頻度分布を図２に示す。最尤法によるb値は注水に関係のない定常活動（1.11、0.92）に比べて注水後の誘発地震と推定される活動（0.62）では有意に小さい。震源域における間隙水圧の上昇が破壊過程に影響を及ぼしていると考えられ、b値の違いから定常活動と誘発地震を識別できる可能性がある。

　図３に800mボアホール地震波形の例を示す。2001年定常活動のほとんどの地震は30-40Hzに独立したスペクトルのピークを示すのに対して、2000年注水後の活動では、ごく一部（●を付けた）を除いて、そのような高周波数成分を持たない。まだ解析途中であるが、高周波数成分を持たない地震が領域Ａ（図１）に多く見られることから、伝播経路での減衰特性の違いが波形の違いをもたらしている可能性があり、注入水の挙動との関係をさらに検討する必要がある。図３より、2000年注水時の活動は波形の相似な地震群（複数）で構成されることも分かり、震源クラスターの形成割合の高さから、誘発地震を定常活動から識別できる可能性がある。

　10kHzサンプリング波形について、P波のスペクトル解析から推定された地震モーメント（Mo）とコーナー周波数（fc）の関係は昨年度報告したように、Mo∝fc -3に従う（図４）。また、初期破壊の解析からは昨年報告と同様、地震モーメントと初期クラック長が正の相関を持つ地震が見いだされた。ただし、2000年注水時の誘発地震について高速サンプリングデータが少なく、定常活動との震源過程の違いを議論することは現時点では出来ない。また、上述の高周波数成分の強さと震源パラメータとの関係を議論するにはさらにデータ追加を待ちたい。

　800mボアホール地震計の連続記録から読み取った、定常的な極微小地震の発生数（概ね図１の範囲内で、震源の決まらない微小なものまで含む）は、1997年、2000年、2001年の各観測期間を通じて、１ヶ月あたり約30〜50個と比較的安定している。注水に伴う誘発地震はこれに地震発生数を上積みするように発生した（単に、本来発生すべき地震の時期を早めただけでない）。

　野島断層の破砕帯近傍で観測された1800mボアホール地震データを用いて、断層トラップ波の解析を行った。1999年1月から2000年5月まで、淡路島北部から六甲断層系にかけて発生した698個の地震について、波形の分散性および振動特性に基づき、Love波型の断層トラップ波を示すと考えられる地震36個を検出した。トラップ波を示す地震は淡路島北部から明石海峡にかけて位置し、明石海峡から神戸側には存在しない。トラップ波を示す全ての地震を震源距離に対してプロットしたものを図５に示す。震源距離に対するトラップ波の発達度が小さく、断層深部では破砕帯と周辺岩盤の速度コントラストが小さい、あるいは、破砕帯内部の減衰効果がきわめて大きいものと推定される。上記の特性および分散曲線を合わせて説明する破砕帯構造モデルを検討している。

　800m孔における連続観測の結果を図６に示す。孔口からは約500cm３/hourの湧水があり、観測初期は孔口が密閉されていたが、1996年12月末、湧水量を測定するため開放された。これに伴い、ステップ状の伸び歪を示すが、計器設置の影響がまだ大きく、開放前後のトレンドの変化は不明である。2000年8月の孔口密閉によるステップ状の縮みの後、歪速度が小さくなり、 N21oW方向の歪は縮みに変った。すなわち、開放時には、歪が全方向に伸びであったが、密閉後の歪変化はGPS観測で得られる広域の歪場や1800孔で測定された地殻応力と調和的になった。孔口密閉により地下水圧が約0.08MPa高くなり、観測地点近傍の間隙水圧が原状(ボアホール掘削以前)に回復し、観測される歪変化が広域の歪場を反映するようになったと考えられる。なお、歪トレンドは、2001年春頃から、縮みが加速したように見える。同じ頃から、地下温度も上昇を開始しており、約1年間に0.3℃高くなった。石井式歪計の温度特性は、温度上昇に対して縮み歪となるので（六甲高雄での観測結果による）、温度上昇に伴う縮みの歪みが見られているのかもしれない。温度上昇の原因は不明である。

　1997年および2000年注水実験における800m孔歪み変化のモデリングを再計算した。境界条件をより現実的なものに改善し、注水流量で浸透流の式を制御することにより、これまでの計算では必ずしも良く合っていなかった注水期間全体にわたる歪み変化を良好にフィッティングさせることが出来た。

　2000年1月から2001年4月まで15ヶ月間のアクロス連続運転により地震波走時の時間変動を観測した。期間中を通して±〜1msの走時変動が得られたが、これは震源室内に設置された地震計による震源近傍地盤の振動の位相変動と良い相関があることが分かった。この震源周辺地盤の振動特性の変動を補正して地下深部の伝達関数を推定することを試みた。推定には降雨による変動が顕著な2000年6月のデータを用い、800mボアホール底での各成分の観測記録が震源近傍の地震計記録の線形結合で表されると仮定して、結合係数の期待値を最尤法で求めた。この期待値と震源近傍地震計記録の時間変化分のコンボリューションが、震源挙動の変動が観測記録に影響する部分になる。これを観測記録から差し引いて、震源近傍の変動を含まない観測記録を得た。以上により補正された走時変動を図７に示す。SV、SH波については降雨に同期した変動が補正され、その変動幅は1/5程度になった。P波については必ずしも変動幅が小さくなっていないが、これは記録のS/N比が小さいためと考えられる。今後、この補正法を全期間に適用することにより、S波では震源周辺地盤の変動に影響されない走時変動が得られるものと期待される。

　地震発生に伴いELF〜HF帯にわたる広い周波数での電磁放射現象が出現するには、震源域から地表まで、何らかの伝搬路の存在を考える必要がある。野島断層500m孔内の4つの電極を用い、断層付近の高周波電磁界伝搬に関する研究を1998年から実施してきた。2001年には第3回実験を行い、地上への伝搬実験を開始した。まず、ボアホール周辺100mまでの電界強度分布を測定し、ケーブル自体から発生する電界が80kHz付近および200kHz以上の周波数で低くなっていることを確認した。2002年3月に第４回実験として断層の地表露出部方向に連続して電界強度の計測を行い、実際に断層付近において、背景値からの強度増加として検出することを計画している。

　また、2000年注水実験においてGPS信号同期式ダイポール-ダイポール法により比抵抗変化（1%）を検出したが、このデータを解析して野島断層近傍における岩盤の比抵抗の応力感度係数を求めた。得られた結果（1.22E-6）は、Brace et al.(1965)が求めた花崗岩に対する室内実験結果（3.53E-8〜9.42E-8）より1〜2桁大きい。従って、断層近傍の花崗岩のクラック間隙率は非常に高いと推測される。

　昨年度、野島平林においてシュードタキライト掘削を行い、採取したサンプルについて電磁気特性、フィッショントラック年代測定、透水係数計測、ESR分析等の解析が行われた。ESR分析の結果はシュードタキライト形成時の摩擦温度が熔融点を超えていたことを示す（図８）。

(5-4)「平成13年度の到達目標」に対する成果の概要：

(5-5)共同研究の有無：
東京大学地震研究所、東北大学理学研究科、名古屋大学理学研究科、金沢大学自然科学研究科、高知大学理学部、愛媛大学理学部等、約15機関との共同研究。防災科学技術研究所、産業技術総合研究所の研究協力も得る。参加人員は約40名。

(5-6)平成13年度の成果に関連の深いもので、平成13年度に公表された成果：

• Fujimori, K., H. Ishii, A. Mukai, S. Nakao, S. Matsumoto and H. Hirata: Strain and tilt changes measured during water injection experiment at the nojima fault zone, Japan, Island Arc,10，228-234，2001.
• Ishii, H., A. Mukai, K. Fujimori, S. Nakao, S. Matsumoto and H. Hirata : Multicomponent observation of crustal activity in the DPRI 800 m borehole close to the Nojima Fault, Island Arc, 10，282-287，2001.
• Kameda, J., Hiroaki Matsugi and Hidemi Tanaka, 200# Occurrences of Pseudotachylyte obtained from the Nojima fault at Nojima- Hirabayashi, Awaji Island, Japan, Jour. Geol. Soc. Jpn, submitted.
• Murakami H., Hashimoto T., Oshiman N., Yamaguchi S., Honkura Y., and Sumitomo N., Electrokinetic phenomena associated with a water injection experiment at the Nojima fault on Awaji Island, Japan, The Island Arc, vol.10, 244-251, 2001.
• Nakamura, N., Hirose, T. and Borradaile, G. J., Formation of submicron magnetite in artificial pseudotachylites and its significance for paleointensity studies, submitted to EPSL.
• Nishigami, K., M. Ando, and K. Tadokoro, Seismic observation in the DPRI 1800m borehole drilled into the Nojima fault zone, southwest Japan, The Island Arc, Vol.10, 288-295, 2001.
• Nishigami, K., Seismological investigation of deep structure of active faults using scattered waves and trapped waves, Seismogenic Process Monitoring, Ed. by Ogasawara, H., T. Yanagidani, and M. Ando, Rotterdam, Balkema, 2002 (in press).
• Oshiman, N., Towards effective observations of resistivity changes due to fluid movement related to faulting, In
• H. Ogasawara, T. Yanagidani and M. Ando, ed. Seismogenic Process Monitoring, Balkema Publishers, Netherlands, 2002 (in press).
• Otsuki, K., N. Monzawa and T. Nagase, Fluidization and melting of fault gouge during seismic slip: The record in fault rocks with implications for focal earthquake mechanism. JGR submitted．
• Tadokoro, K., K. Nishigami, M. Ando, N. Hirata, T. Iidaka, Y. Hashida, K. Shimazaki, S. Ohmi, Y. Kano, M. Koizumi, S. Matsuo, and H. Wada, Seismicity changes related to a water injection experiment in the Nojima fault zone, The Island Arc, 10, 235-243, 2001.
• Tadokoro, K., and M. Ando, Evidence for rapid fault healing derived from temporal changes in S wave splitting, Gephys. Res. Lett., in press.
• Tadokoro, K., Repeated water injection experiments at the Nojima fault zone, Japan: Induced earthquakes and temporal change in permeability, ICDP Workshop on Drilling the Chelungpu Fault, Taiwan, Taipei, 2001. Tadokoro, K., Y. Kano, K. Nishigami, and T. Mizuno, Repeated water injection experiments at the Nojima fault zone, Japan: Induced earthquakes and temporal change in fault zone permeability, Proceedings for the ICDP Workshop on Drilling the Chelungpu Fault, Taiwan: Investigating the Physics of Faulting for a Recent Large Earthquake, in press, 2001.
• Yamaguchi, T., Yamano, M., Nagao, T., and Goto, S., Distribution of radioactive heat production around an active fault and in accretionary prisms of southwest Japan, Phys. Earth Planet. Int., 126, 269-277, 2001.
• Yamano, M. and Goto, S., Long-term temperature monitoring in a borehole drilled into the Nojima Fault, southwest Japan, Island Arc, 10, 326-335, 2001.
• 藤森邦夫，向井厚志，石井 紘 : 地殻変動連続観測における２つの実験，東濃地震科学研究所報告，６，11-17， 2001.
• 藤森邦夫，石井 紘 : 石井式歪計により観測された地震に伴う地殻変動，東濃地震科学研究所報告，６，19-24，2001.
• 京都大学大学院理学研究科，京都大学防災研究所，東京大学地震研究所： 淡路島800m孔における地殻変動と地下水圧の連続観測結果，地震予知連絡会会報，66，460−462，2001.
• 溝口一生・廣瀬丈洋・嶋本利彦：野島断層の透水性構造；兵庫県津名郡北淡町舟木露頭の解析、月刊地球号外31，2000年12月．
• 永井　悟・加納靖之・田所敬一・水野高志・山中寛志・大見士朗・西上欽也・平松良浩・平田　直、2000年野島断層注水試験に伴う微小地震活動の観測、地震研究所彙報、Vol.76、163-186、2001．
• 西上欽也・田所敬一・永井　悟・水野高志・加納靖之・平松良浩、注水に伴う誘発地震の発生特性―野島断層注水実験を中心として―、地学雑誌、2002（投稿中）．

（学会発表等）

• Kano, Y., K. Nishigami, and T. Yanagidani, Seismic observation at the Nojima fault with a PC-based high-speed waveform acquisition system, International Workshop on Physics of Active Fault, Tsukuba, Feb. 26-27, 2002.
• Mizoguchi, K., Hirose Takehiro, Shimamoto, Permeability structure of Nojima branch fault at funaki, Hokudan-cho, Japan” 2000 Western Pacific Geophysics Meeting, Tokyo, Japan, June, 2000.
• Mizoguchi, K., Hirose Takehiro, Shimamoto, Internal and permeability structure of Nojima fault; southwest Japan, American Geophysical Union 2000 Fall Annual Meeting, San Francisco, America, December, 2000.
• Mizuno T., and K Nishigami, Deep structure of the Nojima fault, Japan, estimated by a borehole observation of trapped-waves, Eos. Trans. AGU, 82(47), Fall Meet. Suppl. S41A-0590, 2001.
• Mizuno, T. and K. Nishigami, Deep structure of the Nojima fault estimated by a borehole observation of trapped waves, International Workshop on Physics of Active Fault, Tsukuba, Feb. 26-27, 2002.
• Nishigami, K., K. Tadokoro, T. Mizuno, Y. Kano, Y. Hiramatsu, and S. Nagai, Fault-Zone Structure and its Temporal Change of the Nojima Fault, Japan, Estimated from Repeated Water Injection Experiments and Borehole Seismic Observations, International Workshop on Physics of Active Fault, Tsukuba, Feb. 26-27, 2002.
• 藤森邦夫，向井厚志：前兆現象に関する一考察，地球惑星科学関連学会2001年合同大会，2001年6月４-８日．
• 藤森邦夫，向井厚志：地震予知の可能性，地球惑星科学関連学会2001年合同大会，2001年6月４-８日．
• 藤森邦夫，向井厚志：ボアホールによる歪観測について−間隙水圧の重要性−，日本測地学会第96回講演会，2001年10月15−７日．
• 藤森邦夫，向井厚志：淡路島800m孔における地殻変動観測，平成13年度京都大学防災研究所研究発表講演会，2002年２月21−22日．
• 溝口一生・廣瀬丈洋・嶋本利彦：野島断層の透水性構造；兵庫県津名郡北淡町舟木露頭の解析、地球惑星科学関連学会2000年合同大会，東京，2000年6月．
• 水野高志・西上欽也，断層トラップ波の解析による野島断層の深部構造，地球惑星科学関連学会合同大会, 2001.
• 向井厚志・藤森邦夫：淡路島・富島観測井における注水試験に伴うひずみ変化、 平成13年度第２回地殻変動研究委員会（東濃地震科学研究所）、2001年12月．
• 中村教博・グラハム・ボラデイル：シュードタキライトと残留磁化、、日本地質学会１０８年会、pp. 257.
• 西上欽也・水野高志・加納靖之・田所敬一・下川明子・三宅　学・永井　悟・平田　直、野島断層における極微小地震の発生過程の特性、日本地震学会秋季大会、P013、2001．
• 下川明子・田所敬一・水野高志・西上欽也，鳥取県西部地震の震源断層破砕帯内のフラクチャ分布，日本地震学会，鹿児島，2001年10月．
• 田所敬一・西上欽也・水野高志・加納靖之・吉井弘治・佐藤一敏，地表に現れなかった地震断層を探る試み：2000年鳥取県西部地震震源域におけるＳ波スプリッティング解析から，地球惑星科学合同大会，東京，2001年6月．

(6)この課題の実施担当連絡者：
西上欽也、TEL 0774-38-4195、FAX 0774-38-4190、
nishigam@rcep.dpri.kyoto-u.ac.jp
大志万直人、TEL 0774-38-4202、FAX 0774-38-4190、
g53032@sakura.kudpc.kyoto-u.ac.jp

(7)平成12年度実施にかかった経費：
１．本項目に配分された地震予知事業費
（校費）　　　　　　　　　　　　　**,***,***円
（職員旅費）　　　　　　　　　　　 ***,***円
（員等旅費）　　　　　　　　　　　 *,***,***円
２．本項目を実施するのに用いたその他の経費
なし

（図の説明）

図１(JPEG)　淡路島北部、富島の1800mおよび800mボアホール（TOS1、TOS2）の周辺における極微小地震の分布。黒丸：1997年注水実験時、および、赤丸：2000年注水実験時の誘発地震を含むと考えられる活動、青丸：2001年の定常活動（2001年6月15日〜9月30日）。断面図は野島断層（太実線）に平行および垂直に投影。＋：地震観測点。

図２(JPEG)　黒丸：2000年注水の開始前の定常的な活動、白丸：2000年注水後の誘発地震を含むと考えられる活動、赤丸：2001年の定常活動（2001年6月15日〜9月30日）、各々に対する規模別頻度分布。

図３(JPEG)　2000年注水開始後１ヶ月間の活動（2000年2月）、および2001年の定常活動（2001年6月15日〜9月30日）について、800mボアホール地震波形（上下動）およびスペクトル（P波初動からS波コーダまでの区間）の例。●は2000年2月の地震の中で高周波数成分を含むもの。

図４(JPEG)　10kHzサンプリング波形データの解析による、地震モーメントとコーナー周波数の関係。緑丸：2000年注水の開始前の活動、赤丸：2000年注水後の活動、青丸：2000年注水後の誘発地震と考えられる活動。解析ではQ=150を仮定。

図５(JPEG)　断層トラップ波（FL）を示す1800mボアホール波形について、震源距離の順に並べたもの。

図６(GIF)　800m孔で観測された歪、傾斜および地下温度（1996年5月〜2002年2月）。

図７(JPEG)　2000年6月1日〜6月23日までのP、SV、SH波の走時変動（24時間移動平均値）。　(a)補正前　 (b)補正後。

図８(PDF)　平林で採取されたシュードタキライトのESR解析の結果。