Groundwater pressure changes in Central Japan induced by the 2011 off the Pacific coast of Tohoku Earthquake

2011年東北地方太平洋沖地震に伴う中部日本における地下水圧変化

丹羽 正和   ; 竹内 竜史  ; 尾上 博則 ; 露口 耕治; 浅森 浩一; 梅田 浩司; 杉原 弘造

Niwa, Masakazu; Takeuchi, Ryuji; Onoe, Hironori; Tsuyuguchi, Koji; Asamori, Koichi; Umeda, Koji; Sugihara, Kozo

瑞浪超深地層研究所とその周辺では広域地下水流動研究などのため、複数のボーリング孔で地下水観測を実施しているが、2011年東北地方太平洋沖地震発生後に明瞭な地下水圧の変化が観測された。それによると、研究所用地のごく近傍では最大約15mの水圧上昇を示したが、研究所用地から離れた地域ではすべてのボーリング孔で数十cmから数m程度の水圧低下を示した。地震直後の地下深部における地下水位変化のパターンは、地震直後の体積歪変化の分布パターンと良い相関を示すことが言われている(膨張域で水位低下、収縮域で水位上昇)。地殻変動解析ソフトCoulomb3.1による体積歪の計算結果からは、研究所周辺ではおよそ210strainの膨張を示す。したがって、研究所用地から離れた地域におけるボーリング孔での水位低下は、東北地方太平洋沖地震に伴う体積歪の変化を反映している可能性が高い。一方、研究所用地のごく近傍で地下水位が大幅に上昇した要因としては、坑道掘削により平衡水位が低下していたところへの強制的な地下水の流入、及び、研究所用地を横断する遮水性の断層に微小なクラックが発生(開口)したことによる局所的な透水性の変化が考えられる。

In the 2011 off the Pacific coast of Tohoku Earthquake, groundwater pressure changes were observed in and around the Mizunami Underground Research Laboratory (MIU). Coseismic changes of groundwater pressure are believed to correspond to crustal dilation/contraction induced by earthquakes. In this study we calculated volumetric strain changes due to the Tohoku Earthquake. The calculation indicates 210 of dilational strain around the MIU. The dilation corresponds to drawdowns of several tens of centimeters or more, and is almost the same as the drawdown observed in the boreholes at distances greater than 1 km from the MIU. In contrast, rapid elevation of groundwater pressures was observed in the boreholes within the 500 m vicinity of the MIU. The anomalous elevation is explained by a temporary recovery of the drawdown due to excavation of the shafts and a unique permeability increase induced by the coseismic dilation of impervious faults.