孔内実験・計測による地震準備過程の状態・物性の現場把握

2012 年度 実績報告書

• 研究領域: 超深度掘削が拓く海溝型巨大地震の新しい描像
• 研究課題/領域番号: 21107006
• 研究機関: 独立行政法人海洋研究開発機構
• 研究代表者: 木下 正高 独立行政法人海洋研究開発機構, 高知コア研究所, 所長 (50225009)
• 研究分担者: 伊藤 久男 独立行政法人海洋研究開発機構, 地球深部探査センター, 技術研究統括 (10356470) ; 林 為人 独立行政法人海洋研究開発機構, 高知コア研究所, グループリーダー (80371714) ; 伊藤 高敏 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (00184664) ; 加納 靖之 京都大学, 防災研究所, 助教 (30447940)
• 研究期間 (年度): 2009-07-23 – 2014-03-31
• キーワード: 地震発生帯 / 応力場 / 水理構造 / ACORK / 東北地方太平洋沖地震 / 断層発熱 / 制御震源 / CTスキャン

研究概要

東北地方太平洋沖地震調査掘削：海溝付近のプレート境界断層に到達した。孔内検層とコアから掘削時の応力場を求めたところ、地震に伴い応力降下したことが分かった（Science誌掲載）。地震すべりの指標として摩擦発熱による温度上昇の検出が有効であるため、孔内に温度計アレイを設置した。
南海トラフ地震発生帯掘削：C0002孔を2000mまで掘削し、比抵抗イメージ検層から応力場推定を試みたが、ライザー掘削のためブレークアウトが非常に少なかった。一方、全掘削孔で得られた帯磁率異方性（AMS）解析から、表層数百ｍでは圧密による上下短縮が卓越する一方、付加体先端部では下部に側方圧縮がみられ、ASRによる推定現在応力と推AMSによる推定累積歪が一見異なることが判明した。また、室戸沖付加体先端部付近で11年にわたる孔内間隙水圧計測データから、潮汐応答振幅が時間とともに減衰することを発見した。
広域応力場と亀裂：現場応力場のうち、測定が困難な水平最大主応力を、比較的求めやすい水平最小応力を用いて、水平差応力を測定して決定を試みた。コア回収後の弾性変形を用いて差応力を推定する方法が有用であることが分かったが、ヤング率が異方性を持つ場合の最大主応力の方位がずれるため、これを理論的に補正した。断層中の流体挙動解明モデル構築に向けて、封圧下でX線CTイメージが取得できる耐圧容器の開発を継続した。
孔内モニタリング：C0002孔に設置した孔内長期観測所（海底下800-1000ｍ）がDONETに接続され、リアルタイムで地震・地殻変動・間隙水圧・温度データ取得を開始した。一方、断層特性の微小変動検出に有効な、地震波伝搬特性（速度・減衰）の時間変動推定に向けて、孔内設置型能動震源による制御震源探査の概念設計を行った。シングルフォース・高効率を前提とし、おもりの吊り上げ機構や下部でのバネ係数等の評価用試作品を製作した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

C0002孔は当初目標の3600mに到達できず、2000mまでの検層データから応力場を推定した。その他浅部応力場の総合的な検討を行った。
C0009孔では、コア法の弾性変形を用いて応力テンソルを推定する手法を構築した（VSPは探査がH25に延期された）。またC0002孔の応力場をコア（ASR法）により推定することができた。
JFAST掘削研究は予定通りに実施、さらに応力場から地震前後での応力変化があったことを示してScience論文が掲載された。
水理モデル構築のために、フローモデルを構築するとともに、CT計測容器を製作した。
孔内設置型能動震源による制御震源探査の概念設計を終了したことに加え、試作品の部分製作も行った。

今後の研究の推進方策

南海トラフC0002 孔においてライザー掘削を継続し、巨大分岐断層上部（3600m）まで到達する。LWD（掘削時同時検層）データおよびコア試料から、水平最大主応力場の向き・大きさ、水理特性等を求める。熊野海盆C0009孔（第319航海）から得られた応力データを解析するとともに、C0002孔（第348航海）から得られたコアについてASR（非弾性応力解放）法により現場応力を求める。また現場圧力下でのCT計測およびμ-focused X-ray CT計測等を行い、フラクチャ―・流動モデルを作成する。Ｘ線ＣＴ法によって撮影されたコア断面画像から、コア直径の周方向分布を求めることを試みる。
室戸沖付加体先端部に設置された孔内水理観測所（ACORK）から得られた地層内間隙水圧データに記録された潮汐応答や地震時の変動解析を継続し、地層中の水理特性や間隙水圧異常の有無を推定する。
JFAST掘削航海で設置した温度計を回収し、地震時の摩擦発熱の検出とそれを用いた応力場を推定する。また、得られたコアについても応力計測等を行う。
孔内設置型制御震源の第一次試作機の試験および第２次試作機の製作を行う。C0002孔の長期孔内計測データの解析を行い、間震期の固着様式等を推定する。
本研究の成果のとりまとめを行い、論文・学会発表等を行う。

研究成果

• [雑誌論文] Tsunamigenic potential of the shallow subduction plate boundary inferred from slow seismic slip (2012)
  • 著者名/発表者名: Sugioka, H., T. Okamoto, T. Nakamura, Y. Ishihara, A. Ito, K. Obana, M. Kinoshita, K. Nakahigashi, M. Shinohara, and Y. Fukao
  • 雑誌名: Nature Geoscience
  • DOI: 10.1038/NGEO1466
  • 査読あり
• [雑誌論文] Settling of Earthquake-Induced Turbidity on the Accretionary Prism Slope of the Central Nankai Subduction Zone (2012)
  • 著者名/発表者名: Ashi, J., Ikehara, K., Kinoshita, M. and KY04-11,KH1-03 shipboard scientists
  • 雑誌名: Springer 巻: 13 ページ: 561-571
  • DOI: 10.1007/978-94-007-2162-3_50,2012
  • 査読あり
• [雑誌論文] Runaway slip to the trench due to rupture of highly pressurized megathrust beneath the middle trench slope: The tsunamigenesis of the 2011 Tohoku earthquake off the east coast of northern Japan (2012)
  • 著者名/発表者名: Kimura, G., S. Hina, Y. Hamada, J. Kameda, T, Tsuji, M. Kinoshita, and A. Yamaguchi
  • 雑誌名: Earth Planet. Sci. Lett. 巻: 339-340 ページ: 32-45
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2012.04.002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stress state estimation by geophysical logs in NanTroSEIZE Expedition 319-Site C0009, Kumano Basin, south-west Japan (2012)
  • 著者名/発表者名: Wu, H.-Y., M. Kinoshita, and Y. Sanada
  • 雑誌名: Geophys. Res. Lett. 巻: 39 ページ: L18303
  • DOI: 10.1029/2012GL053086
  • 査読あり
• [雑誌論文] Seismogenic zone temperatures and heat-flow anomalies in the To-nankai margin segment based on temperature data from IODP expedition 333 and thermal model (2012)
  • 著者名/発表者名: Marcaillou, B., P. Henry, M. Kinoshita, T. Kanamatsu, E. Screaton, H. Daigle, V. Harcouet-Menou , Y. Lee, O. Matsubayashi, M.K. Thu, S. Kodaira, M. Yamano, and IODP Exepdition 333 scientific party
  • 雑誌名: Earth Planet. Sci Lett. 巻: 349-350 ページ: 171-185
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2012.06.048
  • 査読あり
• [雑誌論文] Variations in the thermal conductivities of surface sediments in the Nankai subduction zone off Tokai, centra Japan (2012)
  • 著者名/発表者名: Goto, S., T. Mizoguchi, R. Kimura, M. Kinoshita, M. Yamano, and H. Hamamoto
  • 雑誌名: Marine Geophysical Researches 巻: 33 ページ: 269-283
  • DOI: 10.1007/s11001-012-9161-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Velocity dependence of shear-induced permeability associated with frictional behavior in fault zones of the Nankai subduction zone (2012)
  • 著者名/発表者名: Tanikawa, W., H. Mukoyoshi, O. Tadai, T. Hirose, A. Tsutsumi, and W. Lin
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 巻: 117 ページ: B05405
  • DOI: 10.1029/2011JB008956
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamic process of turbidity generation triggered by the 2011 Tohoku-Oki earthquake (2012)
  • 著者名/発表者名: Noguchi, T., Tanikawa, W., Hirose, T., Lin, W., Kawagucci, S., Yoshida-Takashima, Y., Honda, M., Takai, K., Kitazato, K., and Okamura, K.
  • 雑誌名: ochemistry, Geophysics, Geosystems 巻: 13 ページ: Q11003
  • DOI: 10.1029/2012GC004360
  • 査読あり
• [雑誌論文] Disturbance of deep-sea environments induced by the M9.0 Tohoku Earthquake (2012)
  • 著者名/発表者名: Kawagucci, S., Y. T. Yoshida, T. Noguchi, M. C. Honda, H. Uchida, H. Ishibashi, F. Nakagawa, U. Tsunogai, K. Okamura, Y. Takaki, T. Nunoura, J. Miyazaki, W. Lin, H. Kitazato, and K. Takai
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 2 ページ: 270
  • DOI: 10.1038/srep00270
  • 査読あり
• [雑誌論文] Scale dependence of in-situ permeability measurements in the Nankai accretionary prism: The role of fractures (2012)
  • 著者名/発表者名: Boutt, D. F., D. M. Saffer, M. L. Doan, W. Lin, T. Ito, Y. Kano, P. B. Flemings, L. McNeil, T. Byrne, N. W. Hayman, and K. T. Moe
  • 雑誌名: Geophys. Res. Lett. 巻: 39 ページ: L07302
  • DOI: 10.1029/2012GL051216
  • 査読あり
• [雑誌論文] Extended hybrid pressure and velocity boundary conditions for D3Q27 lattice Boltzmann model (2012)
  • 著者名/発表者名: Cheng H., Y. Qiao, C. Liu, Y. Li, B. Zhu, Y. Shi, D. Sun, K. Zhang and W. Lin
  • 雑誌名: Applied Mathematical Modeling 巻: 36 ページ: 2031-2055
  • DOI: 10.1016/j.apm.2011.08.015
  • 査読あり
• [雑誌論文] Porosity and permeability evolution and evaluation in anisotropic porosity multiscale-multiphase- multicomponent structure (2012)
  • 著者名/発表者名: ZHU B., CHENG H., QIAO Y., LIU C., SHI Y., ZHANG K., SUN D., LIN W.
  • 雑誌名: CHINESE SCIENCE BULLETIN 巻: 57 ページ: 320-327
  • DOI: 10.1007/s11434-011-4874-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anelastic strain recovery method to determine in-situ stress and an application example (2012)
  • 著者名/発表者名: Wang L., Sun D., Lin W., Cui J., Peng H., Gao L., Wang W., Tang Z., Qiao Z.
  • 雑誌名: Chinese Journal of Geophysics 巻: 55 ページ: 333-342
  • DOI: 10.6038/j.issn.0001-5733.2012.05.24
  • 査読あり
• [雑誌論文] In-Situ Stress Evaluation Inferred From Anelastic Strain Recovery In Hoping Area (2012)
  • 著者名/発表者名: Yeh E-C., W-C Li, T-H. Sun, We. Lin, Wa. Lin C-K. Lin, W-S. Chen
  • 雑誌名: Hualien, Sino-Geotechnics 巻: 131 ページ: 23-34
  • 査読あり
• [雑誌論文] Laboratory Verification of the Diametrical Core Deformation Analysis (DCDA) Developed for In-situ Stress Measurements (2012)
  • 著者名/発表者名: Funato, A., Ito, T., Shono, T.
  • 雑誌名: Proc. of the 46th US Rock Mechanics / Geomechanics Symposium 巻: 2012 ページ: 12-588
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spatiotemporal Relationship between Geodetic and Seismic Quantities: A Possible Clue to Preparatory Processes of M>6.0 Inland EArthquakes in Japan (2012)
  • 著者名/発表者名: Kawamura, M., T.Kudo and K.Yamaoka
  • 雑誌名: International Journal of Geophysics 巻: 2012 ページ: 610712
  • DOI: 10.1155/2012/61712
  • 査読あり
• [雑誌論文] 東海地域下の三次元地震波減衰構造 (2012)
  • 著者名/発表者名: 高岡宏之・津村紀子・高橋福助・野崎謙治・加藤愛太郎・飯高 隆・岩崎貴哉・酒井慎一・平田 直・ 生田領野・國友孝洋・吉田康弘・勝俣 啓・山岡耕春・渡辺俊樹・山﨑文人・大久保慎人・鈴木貞臣
  • 雑誌名: 地震 巻: 65 ページ: 175-187
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reply to “Comment on ‘Operational Earthquake Forecasting; Status of Knowledge and Guidelines for Implementation by Jordan et al. [2001]” by Stuart Crampin (2012)
  • 著者名/発表者名: Jordan, H., Chen, Y., Gasparini, P., Madariaga, R., Main, I., Marzocchi, W., Papadopoulos, G., Sobolev, G., Yamaoka, K. and Zschau, J.
  • 雑誌名: Annals of Geophysics 巻: 55 ページ: 1-1
  • DOI: 10.4401/ag-5690, 2012
  • 査読あり
• [雑誌論文] Implementation of Short- and Medium-Term Earthquake Forecasts (2012)
  • 著者名/発表者名: Console, R., Yamaoka, K. and Zhuang, J.
  • 雑誌名: International Journal of Geophysics 巻: 2012 ページ: 217923
  • DOI: 10.1155/2012/217923, 2012
  • 査読あり
• [雑誌論文] IODP Expedition 326 Operations: First Stage of Nankai Trough Plate Boundary Deep Riser Drilling (2012)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita, M., H. Tobin, N. Eguchi, and S. Nielsen
  • 雑誌名: Scientific Drilling 巻: 14 ページ: 30-33
  • DOI: 10.2204/iodp.sd.14.03.2012
• [雑誌論文] 南海トラフ巨大地震の調査研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 金田義行・木下正高
  • 雑誌名: 電気評論 巻: 577 ページ: 35-41
• [雑誌論文] Stress orientation determination by electrical borehole images in ocean drillings (2012)
  • 著者名/発表者名: Lin W., S. Saito, Y. Sanada
  • 雑誌名: Proceedings of 13th Japan Symposium on Rock Mechanics & 6th Japan-Korea Joint Symposium on Rock Engineering 巻: 2012 ページ: 817-822
• [雑誌論文] Operational Review of the First Wireline In Situ Stress Test in Scientific Ocean Drilling (2012)
  • 著者名/発表者名: Moe K. T., T. Ito, W. Lin, M.-L. Doan, D. Boutt, Y. Kawamura, C. K. Khong, L. McNeill, T. Byrne, D. Saffer, E. Araki, N. Eguchi, I. Sawada, P. Flemings, Y. Kano, C. Moore, M. Kinoshita, and H. Tobin
  • 雑誌名: Scientific Drilling 巻: 13 ページ: 35-39
  • DOI: 10.2204/iodp.sd.13.06.2011
• [学会発表] 10+ years of ACORK: Continuous pore pressure record from the decollement zone at Nankai Trough off Muroto (2012)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita, M., J. Miyazaki, S. Hulme, E. E. Davis, R. D. Meldrum, K. Becker, T. Toki, G. C. Wheat, and T. Kasaya
  • 学会等名: 2012 AGU Fall Meeting
  • 発表場所: Moscone Center, SanFrancisco, USA
  • 年月日: 20121203-20121207
• [学会発表] Horizontal stress orientations in the largest displacement area of the Mw9.0 Tohoku earthquake, (2012)
  • 著者名/発表者名: Lin, W., M. Conin; J C. Moore; F. M. Chester; Y. Nakamura; L. Anderson; J. Mori; N. Eguchi; S. Toczko; Expedition 343 Scientific Team
  • 学会等名: 2012 AGU Fall Meeting
  • 発表場所: Moscone Center, SanFrancisco, USA
  • 年月日: 20121203-20121207
• [学会発表] Seismic attenuation structure of the accretionary prism in the Kumano Basin, Nankai Trough, Japan, revealed by walk-away VSP (2012)
  • 著者名/発表者名: Ryota Hino, Nathan Bangs, Yoshinori Sanada, Jin-Oh Park, Roland von Huene, Gregory Moore, Takeshi Tsuji, Eiichiro Araki, and Masataka Kinoshita
  • 学会等名: 2012 AGU Fall Meeting
  • 発表場所: Moscone Center, SanFrancisco, USA
  • 年月日: 20121203-20121207
• [学会発表] 「東北地方太平洋沖地震調査掘削」における応力測定の紹介 (2012)
  • 著者名/発表者名: 林 為人，J. MORI, F. CHESTER, 江口暢久，S. TOCZKO, 第343 次研究航海乗船研究者一同
  • 学会等名: 日本応用地質学会平成２4 年度研究発表会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ、新潟県
  • 年月日: 20121101-20121102
• [学会発表] Horizontal stress orientations in hole C0019B drilled during IODP Expedition 343 (2012)
  • 著者名/発表者名: Lin W., J. C. Moore, Y. Nakamura, M. Conin, L. Anderson, J. Mori, F. Chester, N. Eguchi, S. Teczko,L. Maeda and Expedition 343 scientists
  • 学会等名: The 119th Annual Meeting of the Geological Society of Japan
  • 発表場所: 大阪府立大学、大阪府
  • 年月日: 20120915-20120917
• [学会発表] 10+ years of ACORK: Continuous pore pressure record from the decollement zone at Nankai Trough off Muroto (2012)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita, M., J. Miyazaki, S. Hulme, E. E. Davis, R. D. Meldrum, K. Becker, T. Toki, G. C. Wheat, and T. Kasaya
  • 学会等名: AOGS &AGU (WPGM) Joint Assembly
  • 発表場所: Resorts World Convention Centre, Singapore, Singapore
  • 年月日: 20120813-20120817
  • 招待講演
• [学会発表] A Controversy over Source Model for the Huge Tsunami Generation off Northwest Sumatra During the 2004 Sumatra-Andaman Earthquake (2012)
  • 著者名/発表者名: Hirata, K., Fujiwara, T., Kinoshita, M., Arai, K., Seeber, L., Tokuyama, H.
  • 学会等名: AOGS – AGU (WPGM) Joint Assembly
  • 発表場所: Resorts World Convention Centre, Singapore, Singapore
  • 年月日: 20120813-20120817
• [学会発表] Applications of anelastic strain recovery measurement for determining in-situ stress state in IODP NanTroSEIZE stage II expeditions (2012)
  • 著者名/発表者名: Lin, W., Yuzuru Yamamoto, T. Byrne, Yuhji Yamamoto and H. Oda
  • 学会等名: 34th International Geological Congress
  • 発表場所: Brisbane Convention and Exhibition Centre, Queensland, Australia
  • 年月日: 20120805-20120810
• [学会発表] 東南海地震の固着域とその海側における地震間応力蓄積量評価：弾性定数・固着域範囲の依存性
  • 著者名/発表者名: 木下正高, Harold, T.
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ、千葉県
• [学会発表] 南海トラフ前弧斜面の掘削孔で検出された高濃度メタンハイドレートの含有率推定
  • 著者名/発表者名: 木下正高, 深瀬 裕彬
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ、千葉県
• [学会発表] 南海トラフ付加体先端部デコルマ付近の10 年間連続孔内間隙圧記録
  • 著者名/発表者名: 木下正高, 宮崎淳一, Hulme, Samuel, Davis, Earl E., Meldrum, Robert, Becker, Keir, 土岐知弘, Wheat, Geoff, 笠谷貴史
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ、千葉県
• [学会発表] 堀ったからわかった！ -南海トラフ地震発生帯掘削計画 ここまでのあらすじ-
  • 著者名/発表者名: 坂口有人, 木下正高
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • 発表場所: 千葉幕張メッセ、千葉県
  • 招待講演
• [学会発表] Stress-drop estimation from geophysical logs in Shikoku basin of Exp. 322-C0011, NanTro-SEIZ
  • 著者名/発表者名: WU, Hung Yu, SAITO, Saneatsu, KINOSHITA, Masataka, SANADA, Yoshinori
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ、千葉県
• [学会発表] プレート境界断層の高間隙水圧による海溝域までの破壊の暴走ー2011 東北沖地震による津波発生メカニズム
  • 著者名/発表者名: 木村学, 比名祥子, 濱田洋平, 亀田純, 辻健, 木下正高, 山口飛鳥
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ、千葉県
• [学会発表] 沈み込み帯におけるアンダースラスト堆積物からの脱水とプレート境界断層上のすべりの加速
  • 著者名/発表者名: 洋平, 比名祥子, 木村学, 亀田純, 辻健, 木下正高, 山口飛鳥
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ、千葉県
• [学会発表] 2004 年スマトラ-アンダマン地震震源域の海底下地質構造
  • 著者名/発表者名: 三澤文慶, 平田賢治, Leonard Seeber, Riza Rahardiawan, 馬塲久紀, 亀尾桂, 安達啓太, 去川寛士, Udrekh, 荒井晃作, 中村恭之, 木下正高, 富士原敏也, 芦寿一郎, 徳山英一, Haryadi Permana, Yusuf S. Djajadihardja
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ、千葉県
• [学会発表] 南海掘削浅部試料を用いた断層帯の流体移動特性と断層運動への影響
  • 著者名/発表者名: 谷川亘, 廣瀬丈洋, 林為人, 堤昭人, 向吉秀樹
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2012 年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ、千葉県
• [学会発表] 「ちきゅう」掘削から東北M9 地震の巨大断層滑りに迫る
  • 著者名/発表者名: 林 為人
  • 学会等名: 第50 回海中海底工学フォーラム
  • 発表場所: 東大大気海洋研、千葉県
  • 招待講演
• [学会発表] 東南海震源域における孔内地震地殻変動観測の進捗
  • 著者名/発表者名: 荒木英一郎, 北田数也, 木村俊則, 木下正高, 金田義行
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ、千葉県