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

2013 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: 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 / 断層活動 / 制御震源 / CTスキャン

研究概要

南海トラフ熊野海盆南縁付近のC0002孔に設置された孔内長期観測所の温度データから、海底下900mの地層温度は37.9℃、熱流量は56.1 mW/m2 と決定された。これを境界条件として分岐断層（～5000m）の温度を130-150℃と推定した。その周囲の半径3kmのサークル測線上でVSP探査を実施した結果、孔内地震計で観測されたP波速度はN60E方向が早いことが分かった。
JFAST掘削孔でのプレート境界周辺での温度観測の結果、2011年東北地震時の断層すべりにより発生した摩擦熱の痕跡を、地震発生後21か月後の＋0.31℃の温度異常として検出した。掘削コア試料の熱物性を測定して温度解析したところ、地震すべり時の摩擦係数が0.1以下と小さいことが分かった。コア試料の非弾性ひずみ回復実験から推定した水平面内の主応力方向は、検層からの推定方向とよく一致した。間隙水圧測定による潮汐応答の解析から，東北地震の震動や地殻変動による岩盤中の透水性の増加が検出された。
弾性異方性を考慮したコア変形理論を適用して、深度2kmまでの岩石試料のヤング率の異方性を定量評価した。不均質性が大きい片麻岩では正しく評価されなかったが、均質な弾性異方性岩石（大島石）では理論と一致した。
断層中の流体挙動解明に向けて、100MPa封圧下でのX-CTスキャンを可能にする炭素繊維製耐圧容器が完成し、常圧下で容器越しに明瞭なCTイメージを得た。また深部岩石の水理特性を知るために、亀裂を含む岩石にせん断応力を加えて浸透率を計測した結果、応力が破壊領域に達する前後で、せん断変位量と透過率の関係が劇的に変化した。
震源断層や付加体内部の力学特性の時間変化を検出するために、海底孔内制御震源の震源部を試作した。直径10㎝、最大電力30Wの制約下、おもりを自由落下させる方式で1週間程度の連続運転に成功した。

現在までの達成度 (区分)

理由

25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

25年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Interseismic stress accumulation at the locked zone of Nankai Trough seismogenic fault off Kii Peninsula (2013)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita, M., Tobin, H.J
  • 雑誌名: Tectonophysics 巻: 600C ページ: 153-164
  • DOI: 10.1016/j.tecto.2013.03.015
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dangers of Being Thin and Weak (2013)
  • 著者名/発表者名: Wang, K. and M. Kinoshita
  • 雑誌名: Science 巻: 342 ページ: 1178-1180
  • DOI: 10.1126/science.1246518
  • 査読あり
• [雑誌論文] Continuous Permeability Measurements Record Healing Inside the Wenchuan Earthquake Fault Zone (2013)
  • 著者名/発表者名: Xue, L., H.-B. Li, E. E. Brodsky, Z.-Q. Xu, Y. Kano, H. Wang, J. J. Mori, J.-L. Si, J.-L. Pei, W. Zhang, G. Yang, Z.-M. Sun, and Y. Huang
  • 雑誌名: Science 巻: 340 ページ: 1555-1559
  • DOI: 10.1126/science.1237237
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Synthesis of Heat Flow Determinations and Thermal Modeling Along the Nankai Trough, Japan (2013)
  • 著者名/発表者名: Harris, R., M. Yamano, M. Kinoshita, G. Spinelli, H. Hamamoto, and J. Ashi
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. 巻: 118 ページ: 2687-2702
  • DOI: 10.1002/jgrb.50230
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development and Performance Test of a Sensor Suite for a Long-Term Borehole Monitoring System in Seafloor Settings in the Nankai Trough, Japan (2013)
  • 著者名/発表者名: Kimura, T., E. Araki, H. Takayama, K. Kitada, M. Kinoshita, Y. Namba, and M. kyo
  • 雑誌名: IEEE JOURNAL OF OCEANIC ENGINEERING 巻: 38 ページ: 383-395
  • 査読あり
• [雑誌論文] Episodic deformation and inferred slow slip at the Nankai subduction zone during the first decade of CORK borehole pressure and VLFE monitoring (2013)
  • 著者名/発表者名: Davis, E., M. Kinoshita, K. Becker, K. Wang, Y. Asano, Y. Ito
  • 雑誌名: Earth. Planet. Sci. Lett. 巻: 368 ページ: 110-118
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2013.03.009
  • 査読あり
• [雑誌論文] Extension of continental crust by anelastic deformation during the 2011 Tohoku-oki earthquake: The role of extensional faulting in the generation of a great tsunami (2013)
  • 著者名/発表者名: Tsuji, T., K. Kawamura, T. Kanamatsu , T. Kasaya, K. Fujikura, Y. Ito, T.Tsuru, and M. Kinoshita
  • 雑誌名: Earth. Planet. Sci. Lett. 巻: 364 ページ: 44-58
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2012.12.038
  • 査読あり
• [雑誌論文] Field Experimental Study on Vortex-Induced Vibration Behavior of the Drill Pipe for the Ocean Borehole Observatory Installation (2013)
  • 著者名/発表者名: Kitada, K., E. Araki, T. Kimura, Y. Mizuguchi, M. Kyo, T. Saruhashi, I. Sawada, Y. Namba, and M. Kinoshita
  • 雑誌名: IEEE JOURNAL OF OCEANIC ENGINEERING 巻: 38 ページ: 158-166
  • DOI: 10.1109/JOE.2012.2213973
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observations and modeling of the stress field at NanTroSEIZE scientific drilling sites in Nankai, Japan (2013)
  • 著者名/発表者名: Wu, H., C-H. Chan, M. Kinoshita and S. Saito
  • 雑誌名: Tectonophysics 巻: 600 ページ: 99-107
  • DOI: 10.1016/j.tecto.2013.04.009
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low Coseismic Friction on the Tohoku-Oki Fault Determined from Temperature Measurements (2013)
  • 著者名/発表者名: P. Fulton, E. Brodsky, Y. Kano, J. Mori, F. Chester, T. Ishikawa, R. Harris, W. Lin, N. Eguchi, S. Toczko
  • 雑誌名: Science 巻: 342 ページ: 1214-1217
  • DOI: 10.1126/science.1243641
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stress states at the subduction input site, Nankai Subduction Zone, using anelastic strain recovery (ASR) data in the basement basalt and overlying sediments (2013)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, Y., W. Lin, H. Oda, T. Byrne, Yuhji Yamamoto
  • 雑誌名: Tectonophysics 巻: 600 ページ: 91-98
  • DOI: 10.1016/j.tecto.2013.01.028
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fluid transport properties in sediments and their role in large slip near the surface of the plate boundary fault in the Japan Trench (2013)
  • 著者名/発表者名: W. Tanikawa, T. Hirose, H. Mukoyoshi, O. Tadai, W. Lin
  • 雑誌名: Earth and Planetary Science Letters 巻: 382 ページ: 150-160
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2013.08.052
  • 査読あり
• [雑誌論文] In situ stress and pore pressure in the Kumano Forearc Basin, offshore SW (2013)
  • 著者名/発表者名: D. Saffer, P. Flemings, D. Boutt, M.-L. Doan, T. Ito, L. McNeill, T. Byrne, M. Conin, W. Lin, Y. Kano, E. Araki, N. Eguchi, S. Toczko
  • 雑誌名: Geochem. Geophys. Geosyst. 巻: 14 ページ: 1454-1470
  • DOI: 10.1002/ggge.20051.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Determination of three-dimensional in situ stresses by anelastic strain recovery in Wenchuan Earthquake Fault Scientific Drilling Project Hole-1 (WFSD-1) (2013)
  • 著者名/発表者名: Cui, W., W. Lin , Wang, L., Gao, L., Huang, Y., Wang, W., Sun, D., Li, Z., Zhou, J., Qian, H , Peng, H., Xia, K., Li, K
  • 雑誌名: Tectonophysics 巻: 619-620 ページ: 123-132
  • DOI: 10.1016/j.tecto.2013.09.013
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental Anelastic Strain Recovery Compliance of Three Typical Rocks (2013)
  • 著者名/発表者名: Gao, L., W. Lin, D. Sun & H. Wang
  • 雑誌名: Rock Mechanics and Rock Engineering 巻: 2013 ページ: 1
  • DOI: 10.1007/s00603-013-0526-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Determination of Stress State in Deep Subsea Formation by Combination of Hydraulic Fracturing In-situ Test and Core Analysis - A Case Study in the IODP Expedition 319- (2013)
  • 著者名/発表者名: Ito, T., A. Funato, W. Lin, M-L., Doan, D. Boutt, Y. Kano, H. Ito, D. Saffer, L. McNeill, T. Byrne, K. Moe
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. 巻: 118 ページ: 1203-1215
  • DOI: 10.1029/ 2012JB009724
  • 査読あり
• [雑誌論文] 地殻応力およびひずみモニタリングにおける間隙水圧計測の意義 (2013)
  • 著者名/発表者名: 加納 靖之・木下 千裕・伊藤 久男
  • 雑誌名: 材料 巻: 63 ページ: 265-270
  • 査読あり
• [雑誌論文] 地球深部探査船「ちきゅう」が明かす地中の謎 (2013)
  • 著者名/発表者名: 木下正高・林為人
  • 雑誌名: サイエンス誌に載った日本人研究者 巻: 2013 ページ: 19
• [雑誌論文] Stress orientation determination by electrical borehole images in ocean drillings, (2013)
  • 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: 2013 ページ: 817-822
• [雑誌論文] Thermal conductivity of rocks under high pressure conditions (2013)
  • 著者名/発表者名: W. Lin , O. Tadai , T. Hirose , W. Tanikawa & M. Kinoshita , H. Mukoyoshi, M. Takahashi
  • 雑誌名: Proceedings of EUROCK 2013 巻: 2013 ページ: 311-314
• [雑誌論文] Three-dimensional In situ Stress Determination by ASR Mehtod in the Wenchuan Earthquake Fault Scientific Drilling Hole-1 (2013)
  • 著者名/発表者名: SUN Dongsheng, LIN Weiren, CUI JunWen and WANG LianJie
  • 雑誌名: 6th Int. Symp. on In-Situ Rock Stress 巻: 2013 ページ: 788-794
• [雑誌論文] Investigation of Relationship Between In-Situ Stress and Fluid Conduit from Chinshui Geothermal Area, NE Taiwan (2013)
  • 著者名/発表者名: En-Chao Yeh, Tien-Hsiang Sun, Shih-Ting Lin, Wei-Cheng Li, Weiren Lin, Yih-Min Wu, Tai-Tien Wange, Sheng-Rong Songd, and Wayne Lin
  • 雑誌名: 6th Int. Symp. on In-Situ Rock Stress 巻: 2013 ページ: 510-514
• [雑誌論文] Estimation of the effects of the centrifugal hydraulic conductivityof impermeable rocks under constant head conditions (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Takahashi , W. Lin , M. Kato
  • 雑誌名: Proceedings of EUROCK 2013 巻: 2013 ページ: 347-350
• [雑誌論文] Difficulties and Possible Solutions for Deep Stress Measurements (2013)
  • 著者名/発表者名: Ito, T.
  • 雑誌名: Proceedings of the 6th International Symposium on In-situ Rock Stress 巻: 2013 ページ: 634-635
• [雑誌論文] Diametrical Core Deformation Analysis (DCDA) - Measuring Device and Laboratory Verification - (2013)
  • 著者名/発表者名: Funato, A., Ito, T.
  • 雑誌名: Proceedings of the 6th International Symposium on In-situ Rock Stress 巻: 2013 ページ: 771-778
• [雑誌論文] 「南海トラフの巨大地震」予測の現状 (2013)
  • 著者名/発表者名: 山岡耕春
  • 雑誌名: 人と国土 巻: 21 ページ: 16-20
• [学会発表] Revised temperature at the updip limit of locked portion of Nankai megasplay, inferred from IODP Site C0002 temperature observatory (2013)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita, M, Sugihara, T, Kyo, N, Namba, Y, Araki, E, Kimura, T, Kido, Y N, Sanada, Y, Aoike, K, Thu, M K
  • 学会等名: 2013 Fall Meeting, AGU
  • 発表場所: Moscone Center, San Francisco, USA
  • 年月日: 20131209-20131213
• [学会発表] Borehole instability analysis for IODP Site C0002 of the NanTroSEIZE Project, Nankai Trough subduction zone (2013)
  • 著者名/発表者名: Wu. Hung-Yu, Yukari Kido, Saneatsu Saito, and Masataka Kinoshita
  • 学会等名: 2013 Fall Meeting, AGU
  • 発表場所: Moscone Center, San Francisco, USA
  • 年月日: 20131209-20131213
• [学会発表] Preliminary results of three-dimensional stress orientation determined by anelastic strain recovery (ASR) measurements of core samples retrieved from IODP Expedition 343 (2013)
  • 著者名/発表者名: W. Lin, Y. Yamamoto, W. Tanikawa
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2013
  • 発表場所: Moscone Center, San Francisco, USA
  • 年月日: 20131209-20131213
• [学会発表] Stress Field Observation and Modeling from the NanTroSEIZE Scientific Drillings in the Nankai Trough System, SW Japan (2013)
  • 著者名/発表者名: Wu. Hung-Yu, Chan Chung Han, Masataka Kinoshita, and Saneatsu Saito
  • 学会等名: Asia Oceania Geosciences Society 2013 Annual Meeting
  • 発表場所: Brisbane Convention & Exhibition Centre, Brisbane, Australia
  • 年月日: 20130624-20130628
• [学会発表] Time Dependent Changes of Pore Pressure Before and After the 2011 Tohoku Earthquake (2013)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita, C. and Y. Kano
  • 学会等名: Asia Oceania Geosciences Society 2013 Annual Meeting
  • 発表場所: Brisbane Convention & Exhibition Centre, Brisbane, Australia
  • 年月日: 20130624-20130628
• [学会発表] Time dependent changes of pore pressure before and after the 2011 Tohoku earthquake (2013)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita, C. and Y. Kano
  • 学会等名: Joint Assembly IAHS - IAPSO – IASPEI
  • 発表場所: ヨーテボリ大学、ヨーテボリ、スウェーデン
  • 年月日: 20130624-20130624
• [学会発表] 東北地方太平洋沖地震の前後で観測された間隙水圧とその潮汐・大気圧応答の時間変化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 木下千裕, 加納 靖之, 伊藤 久男
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ、千葉県
  • 年月日: 20130524-20130524
• [学会発表] 室戸沖南海トラフACORK孔内間隙水圧から推定した潮汐応答と間隙圧異常
  • 著者名/発表者名: 木下正高, 熊谷英憲, Keir BECKER, and Earl DAVIS
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ、千葉県
• [学会発表] 2011 年東北地方太平洋沖地震における大陸地殻の非弾性変形：大陸地殻の海側への伸張と巨大津波の発生
  • 著者名/発表者名: 辻健, 川村喜一郎, 金松敏也, 笠谷貴史, 藤倉克則, 伊藤喜宏, 鶴哲郎, 木下正高
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ、千葉県
• [学会発表] The stress variation along the Nankai Trough observed in the scientific drillings Borehole C0010A and C0004B, NanTroSEIZ
  • 著者名/発表者名: HungYu Wu, Y. Sanada, and M. Kinoshita
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ、千葉県
• [学会発表] 東北地方太平洋沖地震調査掘削（JFAST）における応力測定
  • 著者名/発表者名: 林 為人, M. Conin, J.C. Moore, F. Chester, 中村恭之, J. Mori, L. Anderson, E. Brodsky, 江口暢久, Sean TOCZKO
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ、千葉県
  • 招待講演
• [学会発表] JFAST掘削のコア試料を用いた非弾性ひずみ回復による応力測定結果の速報
  • 著者名/発表者名: 林 為人，山本裕二，多田井修，谷川 亘 , 廣瀬丈洋
  • 学会等名: 日本地質学会第120年学術大会
  • 発表場所: 東北大学、宮城県
• [学会発表] Determination of horizontal stress orientations from borehole breakout analyses in an ocean drilling project
  • 著者名/発表者名: W. Lin, Y. Kido, Y. Sanada, S. Saito, J. Mori, F. Chester, N. Eguchi, S. Toczko, L. Maeda
  • 学会等名: The 11th International SEGJ Symposium
  • 発表場所: 新横浜プリンスホテル、神奈川県
• [学会発表] JFAST 掘削孔に設置した温度計アレイによる断層摩擦発熱検出
  • 著者名/発表者名: 加納靖之, Jim Mori, Patrick Fulton, Emily Brodsky, 江口暢久, Sean Tozcko, 許 正憲, 難波康広, 笠谷貴文, 伊藤喜宏, 第 343/343T 次航海乗船研究者
  • 学会等名: 日本地震学会２０１３年度秋季大会
  • 発表場所: 神奈川県民ホール、神奈川県
  • 招待講演
• [学会発表] 間隙水圧観測から検出された東北地震に伴う透水性変化
  • 著者名/発表者名: 木下千裕, 加納 靖之, 伊藤 久男
  • 学会等名: 日本地震学会２０１３年度秋季大会
  • 発表場所: 神奈川県民ホール、神奈川県