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論文

Characterizing the reactivation mechanisms of coseismic surface ruptures associated with the 2011 Mw 6.7 Fukushima-ken Hamadori earthquake in Japan through borehole hydromechanical testing

Guglielmi, Y.*; 青木 和弘; Cook, P.*; Soom, F.*; Cappa, F.*; 田中 遊雲

Tectonophysics, 819, p.229084_1 - 229084_22, 2021/11

 被引用回数:1 パーセンタイル:11.37(Geochemistry & Geophysics)

2011年Mw6.7の福島県浜通り地震に伴う地表断層の再活性化メカニズムについて、ボーリング孔への注水試験を実施し、検討した。本研究では、断層のリアクティベーションのために、2つの断層区間を選択した。1つは地震時に地表変位が現れた塩ノ平サイト、もう1つは地震時に変位しなかった区間である水上北サイトである。断層の上下を密閉したボーリング孔に注水を行うことで、断層を固定している断層面の有効応力を段階的に減少させ、断層を破壊させる。この断層が破壊している間に、ボーリング孔の変位,流体圧,注入流量を連続的にモニターした。取得したデータを水理-力学連成モデルを用いて解析し、断層の再活性化モードを検討した。その結果、塩ノ平サイトでは、純粋なダイラタントスリップ応答を示したが、水上北サイトでは、断層の高い摩擦強度、粘着力に関連した複雑な応答を示した。また、塩ノ平サイトのすべりの解析から、塩ノ平断層の摩擦がすべり速度に基づくクーロン破壊として合理的にモデル化され、室内試験で求めた摩擦係数と整合的であった。本研究では、同一断層系の2つのセグメント間で、断層の物理的性質や破断メカニズムに大きな違いがあることを明らかにし、大規模地震時の地表破断の影響等の地震ハザードをより適切に評価するための展望を開くことができた。

論文

2011年福島県浜通りの地震で活動した塩ノ平断層と活動しなかった車断層の断層破砕帯の特徴

青木 和弘; 田中 遊雲; 吉田 拓海; 島田 耕史; 酒井 亨*; 亀高 正男*; 瀬下 和芳

応用地質, 62(2), p.64 - 81, 2021/06

塩ノ平断層は、2011年4月11日に発生した福島県浜通りの地震(Mw6.7)によって、いわき市田人町旅人滑石から石住綱木北西に至る約14kmの区間に出現した、北北西から南南東へ延びる地表地震断層である。車断層は、塩ノ平断層の南方5kmに認められる断層であり、この地震時に地表変位は現れていない。最近活動した断層の近くに、同様の走向を持ちながらも活動しなかった断層があることから、新たな断層活動性評価手法の可能性を探るため、塩ノ平断層で2ヶ所、車断層で1ヶ所を調査地点として選定した。本稿では、それぞれの地域でこれまで実施してきた調査のうち、野外地質調査・ボーリング調査・コア観察・XRD分析・同位体分析・流体包有物分析・透水試験の結果について報告する。断層破砕帯の地質・鉱物・透水性などの特徴として取りまとめられた3地点で得られた成果は、断層の活動性を検討するための基礎的なデータとして活用される。

論文

走査型電子顕微鏡(SEM)用の断層中軸部小型定方位試料の作製法

島田 耕史; 亀高 正男*; 中山 一彦; 瀬下 和芳; 田中 義浩; 林 俊夫*; 田中 遊雲; 下釜 耕太*; 岡崎 和彦*

地質学雑誌, 119(11), p.727 - 731, 2013/11

脆弱で細粒かつ少量の断層中軸部の試料から、できるだけ多くの微細構造観察機会を得ると共に、化学分析等に供せられる試料量を確保する観点から、微小な試料の走査型電子顕微鏡(SEM)の利用は有効と考えられる。その際に課題となるのは、脆弱な試料の定方位情報を保持させたまま、SEMの試料室へ入れる方法の確立であり、実用上可能とされ得る迅速な試料採取方法の確立である。本稿では、ステープラー(ホチキス)の針を、互いに直角な小平面を持っている事を活かした定方位用の枠として用い、特殊な薬品や高度な備品類の使用を抑え、野外での迅速な定方位試料採取、貴重な試料からの採取を可能とする、SEM観察用定方位試料作製手法の手順を紹介する。

口頭

敦賀半島北部に分布する河成段丘の編年

安江 健一; 島田 耕史; 佐々木 亮道; 田中 遊雲; 丹羽 正和; 石丸 恒存; 梅田 浩司; 立石 良*; 小坂 英輝*

no journal, , 

高速増殖原型炉もんじゅが位置している敦賀半島北部の河成段丘について、空中写真判読,測量,地表踏査,トレンチ調査,ボーリング調査,火山灰分析などの地形・地質学的データから分布や編年を明らかにした。敦賀半島北部の河川沿いには、低位段丘面が比較的広く分布し、その周辺に中位段丘面が僅かに分布する。これらの面は、それぞれさらに2面に分けられる。また、支流から低位段丘面上に向かって小規模な扇状地面が分布する。中位段丘面の一部は、MIS5b頃に離水したと考えられる。低位段丘面は、MIS2頃の堆積物であり、堆積開始はAT降灰(約3万年前)より古いと考えられる。もんじゅ建設前に実施されたトレンチ調査では、少なくともこの約3万年前以降の堆積物には、花崗岩中の破砕帯から連続する不連続面や乱れなどは観察されていない。

口頭

高速増殖原型炉もんじゅ敷地内破砕帯等の追加地質調査の現況について

石丸 恒存; 島田 耕史; 佐々木 亮道; 田中 遊雲; 宮崎 真之; 安江 健一; 丹羽 正和; 末岡 茂; 梅田 浩司; 池田 真輝典

no journal, , 

高速増殖原型炉もんじゅにおいては、平成25年9月末に原子力規制委員会より更なる追加調査計画の策定の指示が出されたことを受けて、もんじゅ敷地内破砕帯等の追加調査を継続的に進めている。平成25年10月以降は、敷地内破砕帯の剥ぎ取り範囲を拡充しての追加調査や山地/段丘境界における詳細な地形・地質調査、沿岸海域での海上音波探査等を追加で実施した。剥ぎ取り調査では、2系統($$alpha$$系, $$beta$$系と呼ぶ)の複数の破砕帯の切断関係や変位量を把握し、$$beta$$系よりも$$alpha$$系が相対的に新しい構造であることを確認した。これまでの調査結果からは、平成25年4月末のとりまとめ報告の結果と同様に、敷地内破砕帯が活動的であることを示す証拠は乏しく、これら破砕帯は、花崗岩が削剥により浅部に到達する以前に深部の熱水環境下で形成された小規模な古い地質構造である可能性が高い。

口頭

破砕帯の新旧評価について; 高速増殖原型炉もんじゅ敷地の花崗岩体の事例

島田 耕史; 立石 良*; 石丸 恒存; 佐々木 亮道; 田中 遊雲; 宮崎 真之; 安江 健一; 丹羽 正和; 末岡 茂; 梅田 浩司; et al.

no journal, , 

本発表では、破砕帯とその他の地質体及び破砕帯同士の新旧評価の考え方を整理し、高速増殖原型炉もんじゅ敷地における花崗岩の破砕帯調査をその適用事例として示す。破砕帯の新旧評価には、(1)破砕帯とその他の地質体の関係による新旧評価と(2)破砕帯同士の関係による新旧評価の方法があり、(1)はさらに、(1.1)上載地層による新旧評価と(1.2)岩脈・鉱物脈・粘土脈による新旧評価の方法があると整理される。(1.1)では、基盤岩中の破砕帯を覆う変位変形を受けていない上載地層の年代特定により、破砕帯の活動がその年代よりも古いことが示される。(1.2)では、破砕帯を横切る岩脈・鉱物脈・粘土脈が破砕帯による変位変形を受けていない時、破砕帯の最新活動はこれらの構造形成よりも古いことが示され、これらの構造の年代が与えられれば破砕帯の最新活動年代を評価することができる。(2)では、破砕帯同士の切断関係により、切られた方は切った方よりも古い。共役の関係が変位センスから示唆された場合には同時期の形成が考慮されるが、最終的に切っている方が最新活動によるものであろう。

口頭

高速増殖原型炉もんじゅ敷地周辺の直線的な地形等に関する調査

佐々木 亮道; 安江 健一; 島田 耕史; 立石 良*; 石丸 恒存; 田中 遊雲

no journal, , 

もんじゅ敷地内破砕帯地質調査の一環として、敷地周辺の直線的な地形と海岸沿いの平坦な面を対象として、地形・地質調査を行った。このうち、直線的な山地/段丘境界に関する調査・検討の結果、山地/段丘境界の直線性が断層変位に起因する証拠は確認されなかった。また、直線的な海岸線と海岸沿いの平坦面に関する調査・検討の結果、標高5m付近に分布する幅約10m、長さ約20mの1か所を除き、比較的平坦な面として認識できるような地形は判読されなかった。また、海岸線と節理の発達方向(NE方向)が調和的であることを確認した。さらに、離水を示唆する生物遺骸は確認されなかった。

口頭

Frictional properties of Shionohira Fault Gouge, 2; A Comparison with Kuruma Fault Gouge at the southern extension of Shionohira Fault

瀬下 和芳; 青木 和弘; 田中 遊雲; 丹羽 正和; 嶋本 利彦*; Ma, S.*; Yao, L.*; 亀高 正男*

no journal, , 

The April 11, 2011 Fukushima-ken Hamadori Earthquake (the largest aftershock of the 2011 off the Pacific coast of Tohoku Earthquake) formed co-seismic surface ruptures in NNW-SSE direction in Iwaki City, Fukushima Prefecture, Japan, named Shionohira Fault (hereafter called active segment). A N-S trending geological fault with lineaments (Kuruma Fault) along the southern extension of Shionohira Fault showed no surface ruptures (hereafter called non-active segment). The current report discusses differences of active and non-active segments by conducting low to high-velocity friction experiments on the gouge from shallow borehole cores.

口頭

堆積軟岩中の面なし断層を横断する小構造の例

瀬下 和芳; 田中 遊雲; 島田 耕史; 渡邊 貴央

no journal, , 

面なし断層は、落差はあるが、断層面が失われているか、断層面が癒着し、断層の両盤の間の物質が周囲の岩石と同程度に固結したものをいう(例えば、衣笠等、地学団体研究会編)。その形成条件について、衣笠等は、「堆積後まもない、大量に水を含んだ未凝固の場合と、地下深部に埋没されて封圧の増した場合の、2つの条件下で生じうる」と推定されており、さらに面なし断層周辺の小構造を含んだ解析を実施することで、その判断の確実性を高めうる可能性がある。会場において研磨片と薄片の観察結果などを解説する。

口頭

Shionohira Fault characterization using a SIMFIP protocole

瀬下 和芳; 渡邊 貴央; 青木 和弘; 田中 遊雲; Guqlielmi, Y.*; Cook, P.*

no journal, , 

The SIMFIP (Step-Rate Injection Method for Fracture In-situ Properties) was tested for the first time on an active fault. One high level objective of this study is to estimate how efficient this new hydro-mechanical test might be to help estimating the seismic activation potential of faults in Japan The SIMFIP (Step-Rate Injection Method for Fracture In-situ Properties) was tested for the first time on an active fault. One high level objective of this study is to estimate how efficient this new hydro-mechanical test might be to help estimating the seismic activation potential of faults in Japan. The Shionohira fault caused the April 11, 2011 Fukushima-ken Hamadori Earthquake of Mw 6.7 which occurred one month after the Tohoku-Oki earthquake of Mw 9.0. Co-seismic surface ruptures trending NNW-SSE allowed to estimate a normal slip faulting with a 2 m maximum displacement.

口頭

JRR-3の新規制基準適合について,3; 耐震設計と津波評価

川村 奨; 小林 哲也; 田中 遊雲; 桐田 史生; 瀬下 和芳; 和田 茂

no journal, , 

平成25年11月に新たに制定された試験研究炉の新規制基準を受け、JRR-3においても既存の施設に対するバックフィットとして新規制基準に適合するために耐震設計の見直し及び津波評価を実施した。その内容について発表する。

口頭

断層活動性評価手法の検討(断層の活動条件把握への新たな試み),1; 塩ノ平断層における全体計画と現状

青木 和弘; 田中 遊雲; 渡辺 貴央*; 瀬下 和芳

no journal, , 

断層活動性評価手法の開発を目指し、塩ノ平断層及びその南方延長部を対象として調査・分析を実施している。これまで露頭調査結果(亀高ほか2015)や破砕帯の摩擦特性(青木ほか2015, 2016)について報告しており、現在は原位置における応力状態を把握するために断層スリップ試験を実施している。断層スリップ試験では、試錐で確認した地下の割れ目の上下にダブルパッカーを掛け地上から高圧の水を注入して割れ目のずれを人工的に発生させ、その3次元変位量(マイクロメータからミリメーター)を測定できる装置および手法を用いる。試験は、マイクロメータースケールで断層変位や孔内圧力、誘発された地震波を計測し、断層帯の摩擦と応力状態の推定が可能であることから、断層の活動条件の解明に役立つものと考えている。本講演では、調査計画の全体概要及び断層スリップ試験の詳細について報告を行う。

口頭

断層活動性評価手法の検討(断層の活動条件把握への新たな試み),2; 塩ノ平断層とその南方延長におけるSIMFIP試験結果

渡辺 貴央*; 田中 遊雲; 青木 和弘; Guglielmi, Y.*; Cook, P.*; Soom, F.*; 若濱 洋*; 能城 悠*; 岩崎 悦夫*; 亀高 正男*; et al.

no journal, , 

断層活動性評価手法の開発を目指し、塩ノ平断層及びその南方延長部を対象として調査・分析を実施している。本講演では、塩ノ平地点及び水上地点で実施した断層スリップ試験の原位置試験結果の報告を行う。断層スリップ試験では、試錐で確認した地下の割れ目の上下にダブルパッカーを掛け地上から高圧の水を注入して割れ目のずれを人工的に発生させ、その3次元変位量(マイクロメータからミリメーター)を測定できる装置および手法を用いる。試験は、マイクロメータースケールで断層変位や孔内圧力、誘発された地震波を計測し、断層帯の摩擦と応力状態の推定が可能であることから、断層の活動条件の解明に役立つものと考えている。

口頭

Injection test results on fault stability using a 3-components borehole deformation sensor in the non-active segment extending south of Shionohira Fault, NE Japan

青木 和弘; 田中 遊雲; 吉田 拓海; 瀬下 和芳; Guglielmi, Y.*; Cook, P.*; Soom, F.*

no journal, , 

A slip in the Shionohira Fault caused the April 11, 2011 Fukushima-ken Hamadori Earthquake of Mw 6.7, the biggest aftershock occurring a month after the Mw 9.0 Tohoku-Oki earthquake. Co-seismic surface ruptures trending NNW-SSE indicate a normal slip faulting of maximum 2 m displacement. However, an N-S trending Kuruma Fault with lineaments along the southern extension of Shionohira Fault showed no surface ruptures. The key question of importance in better assessing the risk of seismic fault activation in Japan is to understand why some fault segments were activated and ruptured the land surface while others remained inactive although closely aligned on the same fault zone and most likely affected by the same stress conditions. Following up on the injection experiment using a 3 components borehole deformation sensor (SIMFIP probe: Step-Rate Injection Method for Fracture In-situ Properties) in the active segment of Shionohira Fault (Aoki, et al., 2018), this study reports on the second injection test in Minakami-kita, the non-active segment of Kuruma Fault extending south of Shionohira Fault.Kuruma Fault runs North-South with a dip of 70 degrees to the west. A borehole of 30 meters from the surface was excavated to the east with 50 degrees inclination. Test interval of injection was decided based on core observation, borehole TV, and caliper logging data at 19.75-21.70 m (Test 1) and at 21.65-23.6 m (Test 2). Clear fault reactivations have been observed in test 1 and 2 located across the main shear zones. The results of tests 1 and 2 show considerable difference from earlier test results of the active segment (given in parentheses): fracture opening pressures were 11.0 and 10.2 bars (2.0 to 2.3 bar), hydraulic permeability at 3.0$$times$$10$$^{-10}$$ and 2.3$$times$$10$$^{-8}$$ m$$^{2}$$, and fault displacements at 0.20 and 0.12 mm (1.39 mm), respectively. Detailed activated structures and modes will be explained in the poster.

口頭

塩ノ平断層-車断層の破砕帯にみられる熱水変質作用

亀高 正男*; 田中 由美子*; 岩崎 悦夫*; 青木 和弘; 田中 遊雲; 吉田 拓海; 瀬下 和芳

no journal, , 

2011年4月11日に発生した福島県浜通りの地震に伴い地表地震断層が出現したいわき市の塩ノ平断層の塩ノ平地域と,その南方延長にあたる車断層の水上北地域において,破砕帯の性状比較などを行っている。ボーリング調査の結果などから,塩ノ平断層及び車断層が古第三系堆積前に活動を開始したことが示唆された(亀高ほか,2016)。そこで,地質調査及びコア分析により破砕帯の分布や性状を把握し,熱水変質作用の実態を明らかにした。塩ノ平断層の塩ノ平地点では,破砕帯の断層中軸部は断層ガウジ及び断層角礫からなり,その東側にカタクレーサイト化した熱水変質岩が分布する。カタクレーサイト化した熱水変質岩は結晶片岩を原岩とし,石英の再結晶化,炭酸塩鉱物(主に方解石)脈の貫入と破砕を繰り返し受けている。破砕帯近傍の結晶片岩には,特徴的に電気石片岩が認められ,ホウ素に富む流体の関与が疑われる。車断層の水上北地点では,断層通過位置付近にのみ断層角礫やカタクレーサイト化した熱水変質岩が認められる。断層中軸部は断層ガウジ及び断層角礫からなり,断層の東側にはカタクレーサイト化した熱水変質岩が伴われる。カタクレーサイト化した熱水変質岩は,塩ノ平地点と良く似た性状を示している。ボーリングコアのXRD分析では,地表部の古第三系の試料には風化の影響が認められる。断層ガウジの粘土鉱物は緑泥石, スメクタイト及びイライトを含む。破砕帯には熱水変質起源の鉱物が伴われ,塩ノ平では炭酸塩鉱物として方解石やドロマイトが含まれる。水上北では炭酸塩鉱物は方解石が多い。鉱物脈及び脈起源の炭酸塩鉱物の同位体分析の結果から,塩ノ平断層及び車断層の破砕帯にはマントル由来のCO$$_{2}$$の関与が示唆される。このほか,水上北地点では有機物の分解によるCO$$_{2}$$が酸化した炭酸イオンの関与が示唆される。石英及び方解石の流体包有物分析では,水上北の方解石中の流体包有物の均質化温度が約220-230$$^{circ}$$Cと見積もられた。調査結果から,御斎所変成岩のなかで熱水変質を受けている部分は断層近傍に限られることが明らかになった。塩ノ平断層と車断層はともに,地下深部において活動を開始した古い破砕帯を起源としていることが示された。その活動開始時期は,断層に接する古第三系が熱水変質を受けていないことから古第三系の堆積以前まで遡り,電気石片岩の存在から変成時に既に水みちが形成されていた可能性まで考えられる。

口頭

福島県塩ノ平断層破砕帯を貫くSIMFIP注水試験における水圧モニタリング結果

青木 和弘; 若濱 洋*; 能城 悠*; 岩崎 悦夫*; 亀高 正男*; 田中 遊雲; 吉田 拓海; 瀬下 和芳

no journal, , 

2011年4月11日に発生した福島県浜通りの地震によって、いわき市田人町旅人滑石から石住綱木北西に至る約14kmの区間に、北北西から南南東へ延びる地表地震断層が出現した(以下、塩ノ平断層という。石山ほか2011)。われわれは塩ノ平断層とその南方延長の2地点(塩ノ平地点, 水上北地点)において、断層の活動性評価の検討を行うため、SIMFIP probe(Guglielmi, et al. 2013)による原位置試験を行っており(青木ほか2019, 渡邉ほか2019)、本報告は、注水孔の近傍での水圧モニタリングの結果についてとりまとめたものである。SIMFIP試験では、試錐で確認した地下の割れ目の上下にダブルパッカーをかけ密閉し、当該区間に高圧の水を注入することで、割れ目のずれを人工的に発生させ、その3次元変位量(マイクロメータからミリメーター)を測定する。この際、注水孔付近に掘削されたモニタリング孔において水圧変化を測定し、破砕帯の連続性や水理-力学連成現象理解に関するデータを取得した。その結果、塩ノ平, 水上北の両地点ともに、断層破砕帯区間において、急激な流量増加に対応する形でモニタリング孔の水圧の上昇が確認されており、注水によって、断層面に沿った透水ゾーンとして水路が形成され、注水孔からモニタリング孔へ向かって水が流入したと考えられる。このことから、試験地点において断層破砕帯は少なくとも注水孔とモニタリング孔間の距離で連続的であり、SIMFIP試験で測定したデータには実際に断層ずれが含まれていることが根拠づけられた。またモニタリング孔から注水孔への水の逆流も観測された。発表では、測定データから断層面内の透水性についても検討を行う。

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