南アフリカ金鉱山におけるＭ２震源域での地震の準備と発生過程の総合観測

2011 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21224012
• Research Institution: Ritsumeikan University
• Principal Investigator: 小笠原 宏 立命館大学, 理工学部, 教授 (40213996)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中谷 正生 東京大学, 地震研究所, 准教授 (90345174) ; 矢部 康男 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (30292197) ; 川方 裕則 立命館大学, 理工学部, 教授 (80346056)
• Keywords: 南アフリカ鉱山地震 / 至近距離観測 / 微小破壊 / 準静的歪変化 / 動的破損過程

Research Abstract

地震の準備と発生の詳細を震源の極至近距離で観察し、地震発生の物理をより深く理解したい。得られる知見を、地震発生のより正確な予測に生かしたい。このような試みを、自然の大地震を対象に地表付近から行うことは、技術的・時間的に非常に困難である。しかし、マグニチュード2程度の地震（約100mサイズの破壊）をターゲットとした場合、南アフリカ（以下南ア）の大深度金鉱山ならば、2～3年の間に極至近距離観測によって非常に貴重な知見を得ることができる。
平成23年度は観測網構築期(3年目)、および、観測期(2年目)であった。断層に対する坑道配置が理想的な南アのモアプ・コツォン鉱山の地下約3kmにおいては、計画初年度(平成21年度)に具体化されたドリリング（計約30本；総延長1.4～1.5km）、および、計器の調達・開発・埋設の計画を進めた。断層帯のドリリングは困難で、遅れが続いたが、平成23年度末には、ドリリングの約9割が完了していた。しかし、採掘計画の遅れに伴い地震活動の活発化も遅れることがわかったため、予備サイト、イズルウィニ鉱山における観測を平成22年度（計画2年次）から始め、AE、歪計、広帯域地震計、断層透過波のデータを2年弱の期間、蓄積することができ、予備解析も始まった。破壊前線動的応力降下観測（断層上に高速応答高容量の歪・加速度計3～4組をアレイ配置）については、イズルウィニ鉱山については平成22年度から、ドリーフォンテイン鉱山においては平成23年度から、観測を行うことができた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初計画の主実験サイト、モアプ・コツォン鉱山における観測網の構築は遅れているが、予備サイトのイズルウィニ鉱山とドリーフォンテイン鉱山に観測網を同時展開することによって、ほぼ当初計画時期からデータ取得を始めることができている。
平成23年1月から始まった新燃岳噴火や、3月11日に発生した東北地方太平洋沖地震のために研究者の南ア渡航計画を一部変更せざるを得なかったがその影響は大きくない。

Strategy for Future Research Activity

遅れているモアプ・コツォン鉱山の観測網構築を進めるとともに、２つの予備サイトでの観測を継続し、得られたデータについては解析を進める。
各鉱山での採掘は遅れているため、地震活動のピークは当初計画通りに捉えることができると期待される。

Research Products

• [Journal Article] A Japanese - South African collaboration to mitigate seismic risks in mines: establishment of experimental sites (2012)
  • Author(s): Durrheim, R.J., H. Ogasawara, M. Nakatani, Y. Yabe, A.M. Milev, A. Cichowicz, H. Kawakata, O. Murakami, M. Naoi, N. Yoshimitsu, T. Kgarume, and the SATREPS Research Group
  • Journal Title: Proceedings of the sixth International Seminar on Deep and High Stress Mining Volume: - Pages: 173-187
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Twenty thousand aftershocks of a very small (M2) earthquake and their relation to the mainshock rupture and geological structures (2011)
  • Author(s): Naoi, M., M. Nakatani, Y. Yabe, G. Kwiatek, T. Igarashi, and K. Plenkers
  • Journal Title: Bulletin of the Seismological Society of America Volume: 101 Pages: 2399-2407
  • DOI: doi:10.1785/0120100346
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] On the probalility of detecting pocoseismicity (2011)
  • Author(s): Plenkers, K., D. Schorlemmer, G. Kaiatek, and JAGUARS Research Group
  • Journal Title: Bulletin of the Seismological Society of America Volume: 101 Pages: 2579-2591
  • DOI: doi: 10.1785/0120110017
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Source parameters of picoseismicity recorded at mponeng deep gold mine, South Africa: implications for scaling relations (2011)
  • Author(s): Kwiatek, G., K. Plenkers, G. Dresen, and JAGUARS Research Group
  • Journal Title: Bulletin of the Seismological Society of America Volume: 101 Pages: 2592-2608
  • DOI: doi: 10.1785/0120110094
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 南アフリカ金鉱山半制御地震発生実験（2010 年）, 鉱山での地震被害低減のための観測研究－日本と南アフリカの共同研究
  • Author(s): 小笠原宏, R. Durrheim, 中谷正生, 矢部康男, A. Milev, A. Cichowicz, 川方裕則, 村上 理, 直井 誠, 森谷祐一, 佐藤隆司, SATREPS研究グループ
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2011年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ 千葉県
• [Presentation] Monitoring of Stress Build-up and Instability on Faults, Institute of Mine Seismology
  • Author(s): Ogasawara, H.
  • Organizer: 2011 Seminar on the future of monitoring seismic rock mass response to mining
  • Place of Presentation: Hermanus, South Africa
• [Presentation] 人間以上に高精度の地震波自動読み取りシステムの開発(その2)
  • Author(s): 堀内茂木, 堀内優子, 飯尾能久, 佐々木祐樹, 澤田義博, 関根秀太郎, 岡田知己, 日野亮太, 中谷正生, 直井誠, 中村洋光
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2011 年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ 千葉県
• [Presentation] Observational studies of earthquake preparation and generation to mitigate seismic risks in mines
  • Author(s): Ogasawara, H., R. Durrheim, M. Nakatani, Y. Yabe, A. Milev, A. Cichowicz, H. Kawakata, O. Murakami, M. Naoi, H. Moriya, T. Satoh, and SATREPS research group
  • Organizer: IUGG
  • Place of Presentation: Melbourne, Australia
• [Presentation] Multidisciplinary monitoring of flooding induced seismicity in Japan and what we can do in South Africa
  • Author(s): Ogasawara, H.
  • Organizer: Council for Geoscience 4th Annual Seismology Workshop on Fluid-induced seismicity
  • Place of Presentation: Pretoria, South Africa
• [Presentation] M～2 の鉱山地震の発生が見込まれる断層を透過する弾性波のモニタリング－南アフリカEzulwini金鉱山
  • Author(s): 川方裕則，吉光奈奈，中谷正生，J. Philipp，土井一生，直井 誠，T. Ward，G. Morema，V. Visser，S. Khambule，T. Masakale，A. Milev，R. Durrheim，L. Ribeiro，M. Ward，小笠原宏
  • Organizer: 日本地震学会2011年秋季大会
  • Place of Presentation: 静岡県コンベンションアーツセンター・グランシップ 静岡県
• [Presentation] 南アフリカ金鉱山の地震発生場における応力・強度拘束の試み
  • Author(s): 小笠原宏，G. Hofmann，D. Roberts，中尾 茂，加藤春實
  • Organizer: 日本地震学会2011年秋季大会
  • Place of Presentation: 静岡県コンベンションアーツセンター・グランシップ 静岡県
• [Presentation] 南アフリカ金鉱山の断層近傍における地震波干渉法により推定したグリーン関数と透過弾性波記録の比較
  • Author(s): 吉光奈奈，川方裕則，中谷正生，J. Philipp，直井 誠，土井一生，T. Ward，V. Visser，G. Morema，S. Khambule，T. Masakale，A. Milev，R. J. Durrheim，L. Ribeiro，M. Ward，小笠原宏
  • Organizer: 日本地震学会2011年秋季大会
  • Place of Presentation: 静岡県コンベンションアーツセンター・グランシップ 静岡県
• [Presentation] Monitoring transmitted waves across a fault with a high potential for mining induced earthquakes -the Ezulwini gold mine in South Africa
  • Author(s): Kawakata, H., N. Yoshimitsu, M. Nakatani, et al.
  • Organizer: 2011 Fall Meeting, AGU
  • Place of Presentation: San Francisco, USA
• [Presentation] Observational Studies of Earthquake Preparation and Generation to Mitigate Seismic Risks in Mines
  • Author(s): Durrheim, R.J., H. Ogasawara, M. Nakatani, A. Milev, A. Cichowicz, H. Kawakata, Y. Yabe, O. Murakami, M. Naoi, H. Moriya, and T. Satoh
  • Organizer: 2011 Fall Meeting, AGU
  • Place of Presentation: San Francisco, USA
• [Presentation] Scaling relationship between corner frequencies and seismic moments of ultra micro earthquakes estimated with coda-wave spectral ratio -the Mponeng mine in South Africa
  • Author(s): Wada, N., H. Kawakata, O. Murakami, I. Doi. N. Yoshimitsu, M. Nakatani, Y. Yabe, M. Naoi, K. Miyakawa, H. Miyake, S. Ide, T. Igarashi, G. Morema, E. Pinder, and H. Ogasawara
  • Organizer: 2011 Fall Meeting, AGU
  • Place of Presentation: San Francisco, USA
• [Presentation] Keynote: the great eastern Japanese earthquake and tsunami of 11 March 2011 and the research we are doing in South African gold mines
  • Author(s): Ogasawara, H.
  • Organizer: AfricaArray Workshop 2011
  • Place of Presentation: Johannesburg, South Africa
  • Invited
• [Presentation] Establishment of SATREPS experimental sites in South African gold mines to monitor phenomena associated with earthquake nucleation and rupture
  • Author(s): Durrheim, R. J., H. Ogasawara, M. Nakatani, Y. Yabe, A.M. Milev, A. Cichowicz, H. Kawakata, O. Murakami, M. Naoi, N. Yoshimitsu, and T. Kgarume
  • Organizer: Sixth International Seminar on Deep and High Stress Mining 2012
  • Place of Presentation: Perth, Australia
• [Presentation] A modified CCBO technique optimized for regular geological drilling procedures in South African gold mines
  • Author(s): Ogasawara, H., H. Kato, G. Hofmann, P. de Bruin
  • Organizer: ACG Stress Measurement Workshop
  • Place of Presentation: Perth, Australia