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A Conventional straddle-sliding-packer system as a borehole extensometer; Monitoring shear displacement of a fault during an injection test

従来のスライド式ダブルパッカーシステムの伸長計としての利用; 注入試験中の断層のせん断変位の観測

石井 英一 

Ishii, Eiichi

従来のダブルパッカーシステムを用いて定圧段階注入試験を珪質泥岩中の正断層を対象に実施した。同試験は、注入中の孔内試験区間の軸変位をスライド式パッカー内の圧力と試験区間の圧力を計測することによりモニタリングする新たな方法を適用した。計測された圧力と軸変位、および注入流量レートから試験中の断層の水理開口幅, せん断変位, 垂直コンプライアンス, 垂直応力, せん断靭性および水理学的膨張角が見積もられた。注入により最大で13.3$$sim$$49.5mm(推定誤差含む)の大きなせん断変位(正断層センス)を発生させることができ、特徴的なせん断すべりのイベントがあった後、2.8$$sim$$10.4mmの残留せん断変位が残された。せん断中のせん断靭性は2.3$$times$$10$$^{-7}$$ $$sim$$ 8.4$$times$$10$$^{-7}$$ Pa m$$^{-1}$$(推定誤差を考慮)と見積もられ、この値は既往研究から経験的に推定される値と整合的である。残留せん断変位は何らかの水理開口幅の増加を残さなかったので、水理学的膨張角は実質的にゼロであったと推定された。本試験方法は特別な専用装置を必要とせず、地下の亀裂や帯水層の水理力学挙動の調査に有効と考えられる。

A constant-head step injection test using a conventional straddle-packer system was performed for a normal fault in siliceous mudstone. The test applied a new method whereby axial displacements of isolated test sections in a borehole during injection are monitored by measuring the pressures of sliding packers and the pore pressure in the test section. The measured pressures and axial displacement, and the injection flow rate, were used to estimate the hydraulic aperture, shear displacement, normal compliance, normal stress, shear stiffness and hydraulic dilation angle of the fault during the test. The injection successfully yielded a large shear displacement during normal faulting of up to 13.3-49.5 mm (including the estimation error), which left residual shear displacement of 2.8-10.4 mm after a remarkable shear-slip event. The shear stiffness during faulting is estimated to be 2.3 $$times$$ 10$$^{7}$$ to 8.4 $$times$$ 10$$^{7}$$ Pa m$$^{-1}$$ (considering the estimation error), which is consistent with empirically predicted values based on previous studies. The hydraulic dilation angle was inferred to be effectively zero as the residual shear displacement did not leave any increase in hydraulic aperture. The experimental method applied here does not require specialized equipment and could aid in the investigation of the hydromechanical behavior of subsurface fractures or aquifers.

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