Geological investigations using cosmic ray muons; A Trial to detect fault at the Mizunami Underground Research Laboratory

宇宙線ミューオンを用いた地質調査; 瑞浪超深地層研究所における断層検出の試み

笹尾 英嗣   ; 鈴木 敬一*; 山田 信人*; 窪島 光志*

Sasao, Eiji; Suzuki, Keiichi*; Yamada, Nobuto*; Kuboshima, Koji*

筆者らは瑞浪超深地層研究所において、宇宙線ミューオンを用いた断層の検出を試みた。同研究所の地質は上位の堆積岩と下位の花崗岩からなり、両者の境界は深度170mに位置する。幅の広い粘土変質帯を伴う断層が花崗岩中に垂直に分布する。本研究では測定装置を深度200mと300mの水平坑道に設置してミューオンを測定した。その結果から、花崗岩、断層、堆積岩の密度は、各々3.38, 2.88, 1.99g/cmと求められた。この値はこれまでに測定された密度よりも明らかに大きい。その相違の理由は不明であるが、花崗岩の密度を2.6g/cmとして再計算すると、断層及び堆積岩の密度は2.2g/cm, 1.5g/cmと求められ、これまでに計測された値に一致した。このことから、宇宙線ミューオンを用いた探査は地質構造の検出に有効であると考えられる。

We performed investigation of a fault with thick and clay-altered damaged zone in granitic rock using cosmic ray muons at the Mizunami Underground Research Laboratory. Geology of the Laboratory consists of sedimentary rock and underlying granite with unconformable contact at the 170 meters below ground level (G.L.). A vertical fault with a thick, clay-altered damaged zone is present in the granite. The muon telescopes were settled at the G.L.-200 and -300 meters to estimate densities of granite and fault. Densities of granite, fault and sedimentary rock are calculated as 3.38, 2.88 and 1.99 g/cm, respectively. The obtained density is obviously higher than absolute value, though the reason of such difference is not clear at the moment. If the density of granite is assumed to be 2.6 g/cm, then the densities of fault and sedimentary rock are re-calculated as 2.2 and 1.5 g/cm. This result indicates that cosmic ray muons have good potential to detect geological structure.