The Highest potential transmissivities of fractures in fault zones; Reference values based on laboratory and in situ hydro-mechanical experimental data

断層帯中の割れ目の潜在的な最大透水量係数; 実験室と原位置で得られた水理力学試験データに基づく参照値

石井 英一   

Ishii, Eiichi

既存の水理力学連成モデルに基づくと、割れ目の透水量係数(T)は、割れ目のラフネス(),初期開口幅(),有効垂直応力、そして岩石の引張強度と関連付けることができ、はせん断膨張により増加し得る。先行研究により、国内外の6つのサイトのボーリング調査によりフローアノマリとして検出された断層帯中の割れ目のTが平均有効応力を岩石の引張強度で除した値(DI)と一様に相関することが示された。このTのDI依存性が同連成モデルに基づく割れ目の開閉現象で説明できれば、これらのTはあるDI条件下でせん断膨張により上昇し得るTの最大値を表すことになる。本研究はこの可能性を検証するため、上記の割れ目のTと岩石の引張強度、および想定されると有効垂直応力から割れ目のを推定した。そしてこのを基に、割れ目の有効垂直応力のみを変化させた場合のTの変化をシミュレートした。その結果、そのTの変化は上記のDI依存性をよく再現した。今回得られた結果は、断層帯の再活動や隆起を想定した場合、どの程度、断層の透水性が上昇し得るかを推定するのに役立つ。

The transmissivities (T) of fractures can be related to the fracture roughness (), initial aperture (), effective normal stress ('), and the tensile strength (') of the intact rock, based on the Barton-Bandis model and their data, and the T (or ) can increase by shear-induced dilation. Previous studies revealed that the T of fractures in fault zones, detected as flow anomalies by borehole investigations at six sites, uniformly decreases with the increasing effective mean stress normalized to the '. If this uniform change in T can be explained by '-dependent fracture-normal-displacement following the Baron-Bandis model, the T represents the highest potential T of fractures in fault zones which can increase by shear-induced dilation. To verify this possibility, this study estimated the of the fractures using the T, ', and possible and '. Then, using this estimated , the changes in T were simulated, varying '. The results well reproduced the observed uniform change in T.