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

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26249137
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 森谷 祐一 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (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(系)研究科(研究院), 助教 (10734618)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: AE / 鉱山 / 破壊

研究実績の概要

南アフリカ(以下南ア)の金鉱山では, 深度1～3.6 kmで採鉱が行われており，採鉱による応力変化に起因して大きな地震(岩盤破壊)が起きている. 1992年以来, 日本の学者有志による南ア半制御地震発生実験グループ(以下南アG)は,複数の金鉱山内に地震計・歪計等を事前に設置して，100m 規模の地震破壊を数m ～数十m の至近距離で観測し，世界的に注目される成果を上げている．この中で申請者らは，AE(Acoustic Emission：岩盤の破壊時に放射される弾性波で微小地震と呼ばれることもある)源の高精度標定による破壊構造面抽出で成果を上げている．本研究の目的は，鉱山内の断層を囲むように設置されているAE観測網により，前駆現象から大規模破壊に至るまで様々なスケール(数cm ～100m)の岩盤破壊を至近距離で計測し，観測される膨大な数のAEに着目して，大規模破壊に至るプロセスを明らかにすることにある．最終目標は，AEを用いた大規模岩盤破壊の規模と時期の予測法の構築である．本研究の成果は，大深度鉱山での防災，地熱開発における大マグニチュードAEの発生防止，活断層での内陸性地震の予測に寄与する．

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

平成26年10月，現地鉱山内調査の過程で，当初の想定以上にAE計測によってき裂構造の詳細なデータを取得することができ，また，想定以上に様々なタイプの微細き裂が鉱山内に発生していることが判明した．これを受けて，研究遂行上，この状況に対応した詳細な調査が必要であり，現地専門家人選や調査法検討等の準備後，鉱山側と調整しつつ詳細調査を行うこととし，調査期間の12ヶ月の延長が必要となった．詳細調査では，観察できるき裂の巨視的構造の走向傾斜を読みとるだけというような当初予定の作業だけでなく，巨視的き裂構造内に見える微細き裂の走向傾斜や場所による分布密度の違いなどデータ化する必要が生じた．計画修正後に実施した調査は，現地の研究者や鉱山技術者の協力を得て行っているが，掘進作業の状況，き裂観察できる箇所が坑道壁の上方にあるなど，予想以上の時間を必要とする場合もあり，また，地下１kmにある鉱山内は危険であり，１回の入坑で地下に滞在できる時間は，２，３時間程度しかないこと，現場の状況によっては入できないこともあるなどの制約もあり，調査の進捗は，当初予定と比べてやや遅れている．

今後の研究の推進方策

現地専門家人選や調査法検討等の準備後，鉱山側と調整しつつ詳細調査を行うこととした．詳細調査では，坑道壁の観察，スケッチによるき裂の走向傾斜の検出に加えて，測量も同時に行うこととした．調査量が多いため，日本からの研究者が渡航した期間のみの調査では限界があるため，現地専門家にも協力をいただき，調査を実施してもらうこととした．

研究成果

• [国際共同研究] Institute of Mine Seismology/CSIR/The University of the Witwatersrand(South Africa)
  • 国名: 南アフリカ
  • 外国機関名: Institute of Mine Seismology/CSIR/The University of the Witwatersrand
  • 他の機関数: 1
• [国際共同研究] GMUG(Germany)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: GMUG
• [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