南アフリカ大深度鉱山でのAE計測による岩盤破壊規模と時期の予測に関する研究

• 研究課題/領域番号: 26249137
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 地球・資源システム工学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 森谷 祐一 東北大学, 工学研究科, 教授 (60261591)
• 研究分担者: 中谷 正生 東京大学, 地震研究所, 准教授 (90345174) ; 川方 裕則 立命館大学, 理工学部, 教授 (80346056) ; 直井 誠 京都大学, 工学研究科, 助教 (10734618)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 36,660千円 (直接経費: 28,200千円、間接経費: 8,460千円); 2017年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円); 2016年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2015年度: 10,140千円 (直接経費: 7,800千円、間接経費: 2,340千円); 2014年度: 14,170千円 (直接経費: 10,900千円、間接経費: 3,270千円)
• キーワード: 地殻工学 / 地震 / 資源 / AE / 鉱山 / 破壊

研究成果の概要

南アフリカ金鉱山の深度約1kmにおいて，採鉱により岩盤内で発生するAEを高分解能観測網により至近距離で計測し，様々な規模(数cm ～100m)の岩盤破壊を検出した．AE源の高精度決定により，厚さ数m，長さ約10-30mで傾斜する板状のダメージ構造を抽出できた．比較的緩やかな応力場変化に起因する大規模破壊は，広範な領域において岩盤が一気にせん断破壊を起こすのではなく，ダメージゾーンの形成が大規模破壊に至る重要な過程と考えられる知見が得られた．また，断層上の定常微小破壊活動，ゆっくり滑りの発生を示唆する活動，超微小繰り返し地震の活動など，これまで知られていなかった様々な微小破壊活動を発見した．

研究成果

• [国際共同研究] The University of the Witwaterrand/Institute of Minie Seismology/Ezulwini mine(南アフリカ)
• [国際共同研究] GMuG(ドイツ)
• [国際共同研究] The University of the Witwatersrand/Institute of Mine Seismology/Ezulwini mine(南アフリカ)
• [国際共同研究] GMuG(ドイツ)
• [国際共同研究] Institute of Mine Seismology/CSIR/The University of the Witwatersrand(South Africa)
• [国際共同研究] GMUG(Germany)
• [雑誌論文] Identification of similar seismic events using a phase-only correlation technique (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirokazu Moriya
  • 雑誌名: Construction and Building Materials 巻: 168 ページ: 984-987
  • DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2018.03.053
  • 査読あり
• [雑誌論文] 南アフリカ大深度金鉱山での微小破壊観測による震源の物理の研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 直井誠
  • 雑誌名: 地震第２輯 巻: 71
  • NAID: 130007411514
• [雑誌論文] Observational Studies in South African Mines to Mitigate Seismic Risks (2017)
  • 著者名/発表者名: R. J. Durrheim, H. Ogasawara, M. Nakatani, Y. Yabe, M. Naoi, H.Moriya, A. Cichowicz, T. Satoh, H. Kawakata, A.Milev, T. Kgarume, V.Z. Brink, T. Ward, L. Ribeiro, M. Manzi, S. Mngadi, and the SATREPS Team
  • 雑誌名: MineSafe2017 巻: 1 ページ: 30-31
  • 査読あり
• [雑誌論文] <b>Acoustic Emission Monitoring for Mitigating Seismic Risks in Deep Gold Mines </b><b>in South Africa </b> (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Naoi, M. Nakatani, H. Moriya, and Y. Yabe
  • 雑誌名: International Journal of the JSRM 巻: 12 号: 1 ページ: 19-22
  • DOI: 10.11187/ijjsrm.12.1_19
  • NAID: 130005164447
  • ISSN: 2189-8405
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Identification of similar seismic events using a phase-only correlation technique (2016)
  • 著者名/発表者名: Hirokazu Moaiya
  • 雑誌名: Progress in Acoustic Emission XVIII 巻: 1 ページ: 487-490
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Steady activity of microfractures on geological faults loaded by mining stress (2015)
  • 著者名/発表者名: Makoto Naoi, Masao Nakatani, Kenshiro Otsuki, Yasuo Yabe, Thabang Kgarume, Osamu Murakami, Thabang Masakale, Luiz Ribeiro, Anthony Ward, Hirokazu Moriya, Hironori Kawakata, Raymond Durrheim, Hiroshi Ogasawara
  • 雑誌名: Techtonophysics 巻: 649 ページ: 100-114
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Quasi-static slip patch growth to 20 m on a geological fault inferred from acoustic emissions in a South African gold mine (2015)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. 巻: 未定 号: 3 ページ: 1692-1707
  • DOI: 10.1002/2014jb011165
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Delineation of large localized damage structures forming ahead of an active mining front by using advanced acoustic emission mapping techniques (2015)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 巻: 79 ページ: 157-165
  • DOI: 10.1016/j.ijrmms.2015.08.018
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. 巻: 120 号: 12 ページ: 8478-8493
  • DOI: 10.1002/2015jb012447
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] Very small repeating earthquakes on a geological fault at 1-km depth in a gold mine in South Africa (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Naoi, J. Yamaguchi, M. Nakatani, H. Moriya, T. Igarashi, T.
  • 学会等名: IAG-IASPEI 2017
• [学会発表] 南アフリカ大深度金鉱山における震源の物理の観測研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 直井 誠
  • 学会等名: 日本地震学会秋季大会
  • 招待講演
• [学会発表] ICDP Drilling project to probe seismogenic zones of M2.0-5.5 earthquake in deep South African gold mines - Commencement of drilling (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Ogasawara, Y. Yabe, T. Ito, G. van Aswegen, M. Grobbelaar , R.Durrheim, M. Ziegler, M. Boettcher, et al.,
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
• [学会発表] 南アフリカMponeng金鉱山地表下3.3 kmで発生したMw 2地震の余震中のRepeating Earthquake (2016)
  • 著者名/発表者名: 南隆太郎，直井誠，石田毅，中谷正生，五十嵐俊博，矢部康男，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
  • 学会等名: 資源・素材学会 第13回若手研究者・学生のための研究発表会
  • 発表場所: 京都市キャンパスプラザ京都
  • 年月日: 2016-12-09
• [学会発表] 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の活動の時空間変化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山口純弥，直井誠，石田毅，中谷正生，五十嵐俊博，村上理，森谷祐一，矢部康男，大槻憲四郎，Thabang Kgarume，Ray Durrheim，Thabang Masakale，Anthony Ward ，川方裕則，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
  • 学会等名: 資源・素材学会 第13回若手研究者・学生のための研究発表会
  • 発表場所: 京都市キャンパスプラザ京都
  • 年月日: 2016-12-09
• [学会発表] 南アフリカCooke 4金鉱山地下1 kmの切羽沿いに密集する微小破壊の空間分布詳細構造 (2016)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 日本地震学会秋季大会
  • 発表場所: 名古屋市名古屋国際会議場
  • 年月日: 2016-10-06
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 地球惑星連合大会
  • 発表場所: 千葉市幕張メッセ
  • 年月日: 2016-05-25
• [学会発表] Coseismic and aseismic response of the rock mass surrounding deep level mining operations (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Milev, R. Durrheim, M. Naoi, Y. Yabe, H. Ogasawara, and M. Nakatani
  • 学会等名: EGU2016-2515
  • 発表場所: ウイーン Austria Center
  • 年月日: 2016-04-18
  • 国際学会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 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
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2015-12-11
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 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
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2015-12-11
• [学会発表] Acoustic emission monitoring in Cooke 4 gold mine in South Africa-summary of the main findings of a 5-year SATREPS project - (2015)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: AGU Fall Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 2015-12-10
  • 国際学会
• [学会発表] Acoustic Emissions delineating geological faults in the Cooke 4 (Ezulwini) mine (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Naoi
  • 学会等名: ICDP DSeis workshop
  • 発表場所: South Africa
  • 年月日: 2015-11-01
  • 国際学会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 日本地震学会秋季大会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2015-10-27
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 日本地震学会秋季大会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2015-10-26
• [学会発表] Analysis of AEs delineating faults and implication for risk assessment in mines (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Naoi, M. Nakatani, K. Otsuki, O. Murakami, H. Moriya
  • 学会等名: SATREPS Seminar
  • 発表場所: South Africa
  • 年月日: 2015-06-05
  • 国際学会
• [学会発表] 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 (2015)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 地球惑星連合大会
  • 発表場所: 千葉
  • 年月日: 2015-05-25
• [学会発表] Evidence of post-seismic creep type deformations derived by tilt and acoustic emission monitoring of mining induced seismic events (2015)
  • 著者名/発表者名: Milev, A., P.E. Share, M. Naoi, R. Durrheim, Y. Yabe, H. Ogasawara, and M. Nakatani
  • 学会等名: EGU2015
  • 発表場所: Vienna, Austria
  • 年月日: 2015-04-13
  • 国際学会
• [学会発表] Monitoring of microseismicity in deep gold mines in South Africa (2015)
  • 著者名/発表者名: Yabe, Y., M. Nakatani, M. Naoi, H. Moriya, J. Philipp, C. Janssen, H.Kawakata, R. Durrheim, G. Dresen, and H. Ogasawara
  • 学会等名: Schatzalp Induced Seismicity workshop
  • 発表場所: Davos, Switzerland
  • 年月日: 2015-03-10
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Magnitude Mw = -5 Delineating Damages Around Mining Stopes and Pre-existing Faults: Spatial Distribution, Temporal Change and Source Parameters (2014)
  • 著者名/発表者名: Makoto Naoi, Masao Nakatani, Hirokazu Moriya, Kenshiro Otsuki, Yasuo Yabe, Osamu Murakami, Hironori Kawakata, Hiroshi Ogasawara, Shigeki Horiuchi,Thabang Kgarume, Raymond Durrheim, Sifiso Khambule, Thabang Masakale, Luiz Ribeiro, Anthony Ward, Joachim Philipp
  • 学会等名: Institute of Mine Seismology 24th Seminar on Monitoring & Modelling the Seismic Rock Mass Response to Mining
  • 発表場所: South Africa
  • 年月日: 2014-05-14
  • 国際学会
• [学会発表] Observational studies in South African mines to mitigate seismic risks: implications for mine safety and tectonic earthquakes (2014)
  • 著者名/発表者名: Raymond Durrheim, Hiroshi Ogaswara, Masao Nakatani, Yasuo Yabe, Alexander Milev, Artur Cichowicz, Hironori Kawakata, Hirokazu Moriya, Makoto Naoi, Thabang Kgarume, Osamu Murakami, and Siyanda Mngadi
  • 学会等名: European Geosciences Union General Assembly 2014
  • 発表場所: Viena, Austria
  • 年月日: 2014-04-24
  • 国際学会