Risk evaluation of mining induced earthquakes by analyzing AE activity patterns on faults in deep gold mines in South Africa

• Project/Area Number: 26887022
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Solid earth and planetary physics
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Naoi Makoto 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10734618)
• Project Period (FY): 2014-08-29 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2015: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2014: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: Acoustic Emissions / induced earthquakes / repeating earthquakes / microseismicity / アコースティック・エミッション / 地震活動 / 鉱山誘発地震 / 微小破壊活動 / 南アフリカ金鉱山

Outline of Final Research Achievements

We investigated AE activities in deep gold mines in South Aftica, where many earthquakes are induced by mining. We made an AE-event catalog by using data obtained by more than 1-year observation, and found many interesting activities which have not been known in previous studies: steady AE activities on geological faults, very small repeating earthquakes, and AEs likely delineating macroscopic damage zone that newly emerged in front of the mining front.

Research Products

• [Int'l Joint Research] CSIR/Witwatersrand University/Seismogen(南アフリカ)
• [Int'l Joint Research] GMuG(ドイツ)
• [Journal Article] Unexpectedly frequent occurrence of very small repeating earthquakes (-5.1 <= MW <=-3.6) in a South African gold mine: implications for monitoring intraplate faults (2015)
  • Author(s): M. Naoi, M. Nakatani, T. Igarashi, K. Otsuki, Y. Yabe, T. Kgarume, O. Murakami, T. Masakale, L. Ribeiro, A. Ward, H. Moriya, H. Kawakata,, S. Nakao, R. Durrheim, H. Ogasawara
  • Journal Title: J. Geophys. Res. Volume: 120 Issue: 12 Pages: 8478-8493
  • DOI: 10.1002/2015jb012447
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Delineation of large localized damage structures forming ahead of an active mining front by using advanced acoustic emission mapping techniques (2015)
  • Author(s): H. Moriya, M. Naoi, M. Nakatani, G. van Aswegen, O. Murakami, T. Kgarume, A. K. Ward, R. J. Durrheim, J. Philipp, Y. Yabe, H. Kawakata, and H. Ogasawara
  • Journal Title: International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences Volume: 79 Pages: 157-165
  • DOI: 10.1016/j.ijrmms.2015.08.018
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Nucleation process of an M2 earthquake in a deep gold mine in South Africa inferred from on-fault foreshock activity (2015)
  • Author(s): Y. Yabe, M. Nakatani, M. Naoi, J. Philipp, C. Janssen, T. Watanabe, T. Katsura, H. Kawakata, D. Georg, and H. Ogasawara
  • Journal Title: J. Geophys. Res Volume: 120 Issue: 8 Pages: 5574-5594
  • DOI: 10.1002/2014jb011680
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Quasi-static slip patch growth to 20 m on a geological fault inferred from acoustic emissions in a South African gold mine (2015)
  • Author(s): Naoi, M., M. Nakatani,T. Kgarume, S. Khambule, T. Masakale, L. Ribeiro, J, Philipp, S. Horiuchi, K. Otsuki, K. Miyakawa, A. Watanabe, H. Moriya, O. Murakami, Y. Yabe, H. Kawakata, N. Yoshimitsu, A. Ward, R. Durrheim, H. Ogasawara
  • Journal Title: J. Geophys. Res. Volume: 未定 Issue: 3 Pages: 1692-1707
  • DOI: 10.1002/2014jb011165
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Steady activity of microfractures on geological faults loaded by mining stress (2015)
  • Author(s): Naoi, M., M. Nakatani, K. Otsuki, Y. Yabe, T. Kgarume, O. Murakami, T. Masakale, L. Ribeiro, A.K. Ward, H. Moriya, H. Kawakata, R.J. Durrheim, H. Ogasawara
  • Journal Title: Tectonophysics Volume: 未定 Pages: 100-114
  • DOI: 10.1016/j.tecto.2015.02.025
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 南アフリカ大深度金鉱山の地質断層上で観測されたRepeating Earthquakeの出現と消失 (2016)
  • Author(s): 山口純弥，直井誠，中谷正生，森谷祐一，五十嵐俊博，Thabang Kgarume，村上理 Thabang Masakale, 矢部康男，大槻憲四郎， 川方裕則，石田毅 , Anthony Ward，Ray Durrheim，小笠原宏，南アフリカ金鉱山半制御地震発生実験国際共同研究グループ
  • Organizer: 地球惑星連合大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉）
  • Year and Date: 2016-05-25
• [Presentation] Coseismic and aseismic response of the rock mass surrounding deep level mining operations (2016)
  • Author(s): Alexander Milev, Raymond Durrheim, Makoto Naoi, Yasuo Yabe, Hiroshi Ogasawara, and Masao Nakatani
  • Organizer: European Geosciences Union
  • Place of Presentation: Vienna (Austria)
  • Year and Date: 2016-04-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 南アフリカ金鉱山地表下１ｋｍにおける薄板状鉱脈の採掘で誘発されるアコースティック・エミッションの観測 (2016)
  • Author(s): 直井誠，中谷正生，森谷裕一，Thabang Kgarume，村上理，大槻憲四郎，Joachim Philip，Thabang Masakale，Luiz Ribeiro，矢部康男，川方裕則，Anthony Ward，Raymond Durrheim，小笠原宏
  • Organizer: 資源素材学会春季大会
  • Place of Presentation: 東京大学（東京）
  • Year and Date: 2016-03-28
• [Presentation] Cooke 4 金鉱山における微小破壊観測ーSATREPS Project５カ年まとめー (2016)
  • Author(s): 直井誠，中谷正生，森谷祐一，南アフリカ金鉱山における半制御地震発生実験研究グループ
  • Organizer: H27年度素過程研究集会
  • Place of Presentation: 東京大学地震研究所（東京）
  • Year and Date: 2016-03-09
• [Presentation] 南アフリカ金鉱山で発生したMw2.2地震の前震活動 (2016)
  • Author(s): 矢部康男，中谷正生，直井誠，小笠原宏
  • Organizer: 地震活動の時空間パターンH27研究集会
  • Place of Presentation: 東京大学地震研究所（東京）
  • Year and Date: 2016-01-28
• [Presentation] 南アフリカCooke 4金鉱山地下1 kmで観察された-5.1 <= Mw <= -3.6の超微小Repeating earthquake (2016)
  • Author(s): 直井誠，中谷正生，五十嵐俊博，南アフリカ半制御地震発生実験国際共同研究グループ
  • Organizer: 地震活動の時空間パターンH27研究集会
  • Place of Presentation: 東京大学地震研究所（東京）
  • Year and Date: 2016-01-28
• [Presentation] 南アフリカ金鉱山における半制御地震発生実験研究グループ，南アフリカ金鉱山地表下1kmで見つかった既存断層面上で発生する微小破壊活動（I） (2016)
  • Author(s): 直井誠，中谷正生，森谷祐一
  • Organizer: 第945回地震研究所談話会
  • Place of Presentation: 東京大学地震研究所（東京）
  • Year and Date: 2016-01-22
• [Presentation] 南アフリカ金鉱山地表下1kmで見つかった既存断層面上で発生する微小破壊活動（II） (2016)
  • Author(s): 直井誠，中谷正生，森谷祐一
  • Organizer: 第945回地震研究所談話会
  • Place of Presentation: 東京大学地震研究所（東京）
  • Year and Date: 2016-01-22
• [Presentation] Acoustic emission monitoring in Cooke 4 gold mine in South Africa -summary of the main findings of a 5-year SATREPS project; (2015)
  • Author(s): M. Naoi, M. Nakatani, H. Moriya, K. Otsuki, T. Kgarume, J. Philipp, O. Murakami, T. Masakale, L. Ribeiro, Y. Yabe, H. Kawakata, A. Ward, R. Durrheim, H. Ogasawara
  • Organizer: AGU Fall Meeting
  • Place of Presentation: San Francisco (USA)
  • Year and Date: 2015-12-18
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 薄板状鉱脈の採掘とともに規則的に形成する2次元状クラスタのb値と空間相関長の時間変化 (2015)
  • Author(s): 山形直毅，直井誠，石田毅，中谷正生，森谷祐一，村上理，Thabang Kgarume，Ray Durrheim，小笠原宏，南アフリカ金鉱山における半制御地震発生実験国際共同研究グループ
  • Organizer: 資源・素材学会 第12回若手研究者・学生のための研究発表会
  • Place of Presentation: キャンパスプラザ京都（京都）
  • Year and Date: 2015-12-11
• [Presentation] Mw~0級鉱山誘発地震に先行するAE活動度の加速の有無の検討 (2015)
  • Author(s): 北代雅明，直井誠，石田毅，中谷正生，森谷祐一，Thabang Kgarume，村上理，小笠原宏，Ray Durrheim, 南アフリカ金鉱山における半制御地震発生実験国際共同研究グループ
  • Organizer: 資源・素材学会 第12回若手研究者・学生のための研究発表会
  • Place of Presentation: キャンパスプラザ京都（京都）
  • Year and Date: 2015-12-11
• [Presentation] Acoustic Emissions delineating geological faults in the Cooke 4 (Ezulwini) mine, ICDP DSeis workshop (2015)
  • Author(s): M. Naoi
  • Organizer: ICDP DSeis workshop
  • Place of Presentation: Potchefstroom (South Africa)
  • Year and Date: 2015-11-01
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 南アフリカ大深度金鉱山での地震被害低減のための震源至近距離観測研究 -SATREPS 等 6 カ 年の活動のまとめ- (2015)
  • Author(s): 小笠原宏，加藤春實，Gerhard Hofmann，矢部康男，Artur Cichowicz，堀内茂木，大久保慎人，中谷正生，直井誠，森谷祐一，村上理，佐藤隆司，川方裕則，吉光奈奈，Ray Durrheim，Anthony Ward，Alex Milev，山口照寛，中尾茂，伊藤高敏，Gerrie van Aswegen，SATREPS 研究グループ，ICDP計画準備グループ
  • Organizer: 日本地震学会秋季大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（神戸）
  • Year and Date: 2015-10-27
• [Presentation] 南アフリカCooke 4金鉱山における微小破壊観測 -SATREPS計画５カ年のまとめ- (2015)
  • Author(s): 直井誠，中谷正生，森谷祐一，大槻憲四郎，Thabang Kgarume，Joachim Philipp, 村上理，Thabang Masakale，Luiz Ribeiro, 矢部康男，川方裕則，Anthony Ward，Ray Durrheim, 小笠原宏
  • Organizer: 日本地震学会秋季大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（神戸）
  • Year and Date: 2015-10-26
• [Presentation] 南アフリカ金鉱山地下1km の採掘空洞前方で観察された板状分布 を示す AE 活動のb値と空間相関長の時間変化 (2015)
  • Author(s): 山形直毅，直井誠，中谷正生，森谷祐一，大槻憲四郎，Thabang Kgarume，Joachim Philipp，村上理，Thabang Masakale，Luiz Ribeiro，矢部康男，川方裕則，Anthony Ward，石田毅，Ray Durrheim，小笠原宏
  • Organizer: 日本地震学会秋季大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（神戸）
  • Year and Date: 2015-10-26
• [Presentation] 南アフリカCooke 4金鉱山1 km深における,Mw~0の地震に先行する時期に起こったAcoustic Emissionの活動度 (2015)
  • Author(s): 北代雅明，直井誠，中谷正生，森谷祐一，大槻憲四郎，Thabang Kgarume，Joachim Philipp，村上理，Thabang Masakale，Luiz Ribeiro，矢部康男，川方裕則，Anthony Ward，石田毅，Ray Durrheim，小笠原宏
  • Organizer: 日本地震学会秋季大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（神戸）
  • Year and Date: 2015-10-26
• [Presentation] Analysis of AEs delineating faults and implication for risk assessment in mines (2015)
  • Author(s): M. Naoi, M. Nakatani, K. Otsuki, O. Murakami, H. Moriya
  • Organizer: SATREPS Seminar
  • Place of Presentation: Western Level (South Africa)
  • Year and Date: 2015-06-05
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Evidence of post-seismic creep type deformations derived by tilt and acoustic emission monitoring of mining induced seismic events (2015)
  • Author(s): Milev, A., P.E. Share, M. Naoi, R. Durrheim, Y. Yabe, H. Ogasawara, and M. Nakatani,
  • Organizer: European Geosciences Union
  • Place of Presentation: Vienna (Austria)
  • Year and Date: 2015-04-13
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 採掘空洞前方の岩盤中での大規模亀裂の形成を示唆する微小破壊の震源分布 (2015)
  • Author(s): 直井誠，森谷祐一，中谷正生，村上理
  • Organizer: 地震発生の素過程研究集会
  • Place of Presentation: 東京大学地震研究所
  • Year and Date: 2015-02-23 – 2015-02-24
• [Presentation] 南アフリカ大深度金鉱山における微小破壊（AE）観測 (2015)
  • Author(s): 直井誠
  • Organizer: 第216回岩石力学部門委員会
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2015-01-23