Rock strength and stress dependence of local flow-path connectivity within faults or fractures; A Preliminary overview of virtual and in-situ hydraulic tests

断層や割れ目内の水みちの連結性の岩石強度・応力依存性; 数値解析および原位置水理試験に基づく概要

石井 英一   ; 尾崎 裕介  ; 青柳 和平  ; 菅原 健太郎*

Ishii, Eiichi; Ozaki, Yusuke; Aoyagi, Kazuhei; Sugawara, Kentaro*

本研究はコンピューター上で仮想の亀裂の透水試験を行い、亀裂内の流れの次元とDIの関係を調べた。DIは岩石の平均応力、地下水圧、および引張強度により定義される力学的指標である。DIが大きいほど、亀裂の閉塞により亀裂目内の流路面積は小さくなる。仮想の透水試験により得られた亀裂内の流れの次元とDIの関係を天然の断層や亀裂における原位置透水試験の結果と比較した。その結果、DIが2未満だと断層内の水みちの連結性が高い(流れの次元が1.5以上)一方で、DIが2以上だと水みちの連結性が低い(流れの次元が1.5以下)ことが分かった。この関係は断層の注水試験においてDIが変化する場合や断層のせん断変位が発生する場合においても有効で、亀裂の鉱物充填が発達する岩盤においても有効であった。しかし、断層から離れた小規模な亀裂は、断層のネットワークとの連結性の低さや鉱物充填の影響によりDIが2未満であっても水みちの連結性が低い場合があった。健岩部の透水性が高い場合は、DIが2未満でも水みちの連結性が高かった。これらの知見は限られたボーリング孔データから断層や亀裂内の水みちの連結性の分布を推定する際に役立つ。

This study performed virtual packer tests on modeled single fractures on computer and derived the relationship between flow dimension and mappable indicator, DI, which is defined by the mean stress, groundwater pressure, and rock tensile strength. The greater DI results in the smaller flow area in faults or fractures, subject to fracture-normal closure. Comparing the derived relationship with results from in situ hydraulic tests on natural faults in rock with few fracture-mineral-fillings revealed that flow-path connectivity is high (flow dimension 1.5) when DI was 2.0 while was low (flow dimension 1.5) when DI was 2.0. This relationship was valid even when DI was varied, or faults were sheared, during injection tests on faults, and even in rock with abundant fracture-mineral-fillings. However, flow-path connectivity in minor fractures far from faults could be also low even when DI was 2.0 probably due to poor connection to the main fault network or sealing effects of fracture-mineral-fillings. When the permeability of intact rock is high, flow-path connectivity in fractures was high even when DI was 2.0. These findings can be helpful to map the spatial distribution of flow-path connectivity in faults or fractures from limited borehole data.