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

2013 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): 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) ; 中谷 正生 東京大学, 地震研究所, 准教授 (90345174)
• Project Period (FY): 2009-05-11 – 2014-03-31
• Keywords: 南アフリカ金鉱山 / 誘発地震 / 至近距離観測 / 微小破壊 / 準静的歪変化 / 動的破損過程 / 絶対応力 / 断層強度

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（M）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。
鉱山の地震観測網では検知できなかった微小な破壊活動の観測と解析が進んだ。百万個を超えるイベントがカタログされ、微小破壊活動の時空間発展や規模別頻度分布の時空間変化に関する解析が更に進んだ。「採掘前線前方の地震活動は、既存の弱面上のものとは異なるため、規模別頻度分布が通常と異なる」という仮説があったが、時空間的にむらがなく、微小破壊まで漏れのない観測データで否定をすることができた。この観測現場から約100m南東で現場応力測定では、地表下約1.0kmながら周囲が採掘済みであるため、地表下3.0km以深の現場よりも最大主応力が高いことがわかった。
現場応力測定データが増え、採掘前の初期応力モデルを高度化することができた。これに基づき８つのM=2.1～4.0の震源における応力を弾性論的に推定することができた。このうちM2.1の震源を貫通する孔のコアの室内強度試験に基づき、震源近傍の応力を拘束することに成功した。これらは、弾性論的に推定された応力よりやや高いものの、空間分布の特徴は、弾性論的に推定されたものと調和的であることがわかった。また、これらの比較議論の結果、震源の応力レベルでも現場測定ができていたことも確認できた。
年度末近くから歪計の直近で地震活動が活発化し始めた。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] 南アフリカ金鉱山大深度における震源近傍での現位置多点応力測定の可能性 (2014)
  • Author(s): 小笠原宏・加藤春實・Gerhard Hofmann・矢部康男・坂口清敏
  • Journal Title: 月刊地球 Volume: 36 Pages: 146-151
• [Journal Article] In-situ monitoring of rock mass response to mining in South African gold mines using the Ishii strainmeters (2014)
  • Author(s): Ogasawara, H., T. Katsura, G. Hofmann, Y. Yabe, M. Nakatani, M. Naoi, H. Ishii, D. Roberts, S. Nakao, M. Okubo, J. Wienand, P. Lenegan, A.K. Ward
  • Journal Title: Proc. 6th South African Rock Engineering Symposium SARES 2014 Volume: 1 Pages: 21-34
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] In-situ stress measurement at earthquake prone areas in South African gold mines (2014)
  • Author(s): Ogasawara, H., H. Kato, G. Hofmann, D. Roberts, T. Clements, P. Piper, and Y. Yabe
  • Journal Title: Proc. 6th South African Rock Engineering Symposium SARES 2014 Volume: 1 Pages: 349-360
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] BX CCBO in-situ stress measurements at earthquake prone areas in South African gold mines - a summary of mini-workshop on 13 Feb 2014 (2014)
  • Author(s): Ogasawara, H., H.Kato, G.Hofmann, D. Roberts, P.Piper, T. Clements, A.K.Ward, Y. Yabe, H. Yilmaz, R.J. Durrheim, R.J.
  • Journal Title: Proc. ARMA 2014 Volume: 1 Pages: accepted
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Loading conditions of geological faults in deep level tabular mines (2013)
  • Author(s): Hofmann, G., L. Scheepers, and H. Ogasawara
  • Journal Title: Proc. 6th Int. Symp. on In-Situ Rock Stress Volume: 1 Pages: 558-580
• [Journal Article] Estimation of the stress state around the fault source of a Mw 2.2 earthquake in a deep gold mine in South Africa based on borehole breakout and core discing (2013)
  • Author(s): Yabe, Y., M. Nakatani, M. Naoi, T. Iida, T. Satoh, R. Durrheim, G. Hofmann, D. Roberts, H. Yilmaz, G. Morema, and H. Ogasawara
  • Journal Title: Proc. 6th Int. Symp. on In-Situ Rock Stress Volume: 1 Pages: 604-613
• [Journal Article] In-situ stress measurements to constrain stress and strength near seismic faults in deep level South African gold mines (2013)
  • Author(s): Ogasawara, H., H. Kato, G. Hofmann, P. Piper, T. Clements, and K. Sakaguchi
  • Journal Title: Proc. 6th Int. Symp. on In-Situ Rock Stress Volume: 1 Pages: 614-623
• [Journal Article] Detection of mining-induced fractures associated with stress perturbation around a stope in Ezulwini gold mine, South Africa, by using AE events (2013)
  • Author(s): Moriya, M., M. Naoi, M. Nakatani, T. Kgarume, A.K. Ward, R. Durrheim, P. Joachim, Y. Yabe, H. Kawakata , H. Ogasawara
  • Journal Title: Proc. 6th Int. Symp. on In-Situ Rock Stress Volume: 1 Pages: 597-602
• [Journal Article] In-situ monitoring and modelling of the rock mass response to mining: Japanese-South African collaborative research (2013)
  • Author(s): Ogasawara, H., G. Hofmann, H. Kato, M. Nakatani, H. Moriya, M. Naoi, Y. Yabe, R. Durrheim, A. Cichowicz, T. Kgarume, A. Milev, O. Murakami, T. Satoh, and H. Kawakata
  • Journal Title: Proc. 8th Int. Symp. Rockburst and Induced Seismicity in Mines Volume: 1 Pages: 51-60
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Frequency-magnitude distribution of -3.7 < Mw < 1 mining-induced earthquakes around a mining front and b value invariance with post-blast time (2013)
  • Author(s): Naoi, M., M. Nakatani, S. Horiuchi, Y. Yabe, J. Philipp, T. Kgarume, G. Morema, S. Khambule, T. Masakale, L. Ribeiro, K. Miyakawa, A. Watanabe, K. Otsuki, H. Moriya, O. Murakami, H. Kawakata, N. Yoshimitsu, A. Ward, R. Durrheim, and H. Ogasawara
  • Journal Title: Pure Appl. Geophys. Volume: 1 Pages: 1-20
  • DOI: 10.1007/s00024-013-0721-7
  • Peer Reviewed
• [Presentation] A provisional plan of multiple stress measurements at a seismic source at great depth at South African gold mines
  • Author(s): Ogasawara, H., H. Kato, Y.Yabe, G.Hofmann, D.Roberts, and K.Sakaguchi
  • Organizer: “Workshop on Earthquake and Stress” in association with 6th International Symp. In-situ Rock Stress
  • Place of Presentation: 仙台国際センター、宮城県
  • Invited
• [Presentation] 南アフリカ金鉱山における地震震源の応力研究の現状と展望
  • Author(s): 小笠原宏
  • Organizer: ICDP国内ワークショップ
  • Place of Presentation: JAMSTEC東京事務所、東京都
  • Invited
• [Presentation] Microfractures on natural faults stressed by mining
  • Author(s): Nakatani, M.
  • Organizer: The International Summer School on Earthquake Science ”Diversity of Earthquakes” organized by ERI, U. Tokyo and S. Calif. Earthq. Center
  • Place of Presentation: Laforet Gora、神奈川県
  • Invited
• [Presentation] Observational studies in South African gold mines to mitigate seismic risks - What do Japanese seismologists hope to learn?
  • Author(s): Ogasawara, H. and R. Durrheim
  • Organizer: 9th annual AfricaArray Workshop
  • Place of Presentation: University of the Witwatersrand, Johannesburg, South Africa
  • Invited
• [Presentation] Scientific and technological cooperation to mitigate earthquake risk in SA gold mines
  • Author(s): Ogasawara, H.
  • Organizer: Japan Sustainable Mining, Investment and Technology business forum 2013
  • Place of Presentation: ザ・プリンス パークタワー東京 東京都
• [Presentation] 南アフリカ金鉱山M1.5地震極近傍の応力測定
  • Author(s): 小笠原宏, Gerhard Hofmann,加藤春實, Chris Stander, Gilbert Morema, Trevor Clements, Phil Piper
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場、千葉県
• [Presentation] 南アフリカ金鉱山地下1km深で観察された既存弱面に密集する高b値の微小破壊
  • Author(s): 直井誠,中谷正生,大槻憲四郎,矢部康男, T Kgarume, G. Morema, J. Philipp, S. Khambule, T. Masakale, L. Ribeiro,森谷祐一,村上理,堀内茂木,川方裕則,吉光奈奈,宮川幸治,渡邉篤志, T. Ward, R. Durrheim,小笠原宏
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場、千葉県
• [Presentation] 断層透過弾性波のモニタリング－南アフリカCooke4 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・村上 理・A. Ward・G. Morema・V. Visser・S. Khambule・T. Masakale・A. Milev・R. Durrheim・L. Ribeiro・Mike Ward・小笠原宏
  • Organizer: 日本地震学会
  • Place of Presentation: 神奈川県民ホール・産業貿易センター、神奈川県
• [Presentation] 南アフリカ金鉱山地下1km 深において，載荷される断層上で観察された-5.1<Mw<-3.6 の繰り返し地震
  • Author(s): 直井 誠・中谷正生・大槻憲四郎・T. Kgarume・J. Philipp・T. Masakale・L. Ribeiro・森谷祐一・村上 理・矢部康男・川方裕則・A. Ward・R. Durrheim・小笠原宏
  • Organizer: 日本地震学会
  • Place of Presentation: 神奈川県民ホール・産業貿易センター、神奈川県
• [Presentation] 南アフリカ大深度金鉱山におけるMw2.2 の地震の震源域掘削に基づく応力推定
  • Author(s): 矢部康男・小笠原宏・佐藤隆司・中谷正生・直井 誠・R. Durrheim・H. Yilmaz・G. Hofmann・D. Roberts
  • Organizer: 日本地震学会
  • Place of Presentation: 神奈川県民ホール・産業貿易センター、神奈川県
• [Presentation] 能動震源を用いた南アフリカ金鉱山微小破壊観測網のセンサー特性の時間変化の推定
  • Author(s): 村上 理・川方裕則・吉光奈奈・中谷正生・直井 誠・Joachim Philipp・Thabang Masakale・Thabang Kgarume・Luiz Ribeiro・森谷祐一・矢部康男・Anthony Ward・Ray Durrheim・小笠原宏
  • Organizer: 日本地震学会
  • Place of Presentation: 神奈川県民ホール・産業貿易センター、神奈川県
• [Presentation] コーダ波を用いた坑道検出の試み －南アフリカCooke4 鉱山観測サイト
  • Author(s): 今川祥太・川方裕則・土井一生・吉光奈奈・村上 理・中谷正生・直井 誠・Joachim Philipp・Anthony Ward・Gilbert Morema・Vlok Visser・Sifiso Khambule・Thabang Masakale・Alex Milev・Ray Durrheim・Luiz Ribeiro・Mike Ward・小笠原宏
  • Organizer: 日本地震学会
  • Place of Presentation: 神奈川県民ホール・産業貿易センター、神奈川県
• [Remarks] 科学研究費補助金基盤研究S 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
  • URL: http://www.mineseis.se.ritsumei.ac.jp/JSPS/JSPS-HOME.html