AMT 法による山崎断層系土方断層の地下比抵抗構造探査

Kobe University Repository : Kernel
Title
AMT法による山崎断層系土万断層の地下比抵抗構造探
査(Audio frequency Magnetotlelluric surveys at the
Hijima Fault, the Yamasaki fault system)
Author(s)
山口, 覚 / 小川, 康雄 / 氏原, 直人 / 藤田, 清士 / 井口, 博夫 /
大志万, 直人 / 石橋, 克彦
Citation
神戸大学都市安全研究センター研究報告,11:9-15
Issue date
2007-03
Resource Type
Departmental Bulletin Paper / 紀要論文
Resource Version
publisher
DOI
URL
http://www.lib.kobe-u.ac.jp/handle_kernel/00518506
Create Date: 2017-03-29
神戸 大学都市安全研 究 セ ンター
研究報告,第11号 平成1
9年 3月
AMT法による
山崎断層系土方断層の地下比抵抗構造探査
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小川 康雄 2)
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氏原 直人 3)
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藤田 活士 1)
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井口 博夫 4
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大志万 直人 5)
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石橋 克彦 6)
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概要 :山崎断層系土方断層において,可聴周波数帯の電磁場変動を信号源とする地磁気地電流探査 (
AMT 探査
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n の測線を設定 し,測線上の 1
k
0地点で測定を行っ
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)を行なった.断層を横切る約 6
た.すべての観測点で 1
0
,
4
0Hzか ら 1
0
Hzの帯域で連続 した MT応答関数を得た.このデータを基に断層の 2次元比抵
抗モデルを求めた.この比抵抗モデルは断層近傍の表層地質構造の違いを反映 し,そこに断層沿いの低比抵抗領域の影響
が重なった構造 と解釈された.また,山崎断層系は神戸 ･姫路の近傍で人工的電磁気雑音が多い地域であるが,少な くと
もその北西部にいては AMT法で地下比抵抗構造調査が可能であることが実証された.
辛lワ- ド:山崎断層系,土万断層,AMT探査 ,2次元比抵抗構造
1.はじめに
0
k
m に及ぶ活断層である.
山崎断層は岡山県美作市付近か ら兵庫県三木市にかけて,西北西一東南東にのびる総延長 8
この断層は北西か ら,大原断層,土方 (
ひじま)断層,安富 (
やす とみ)断層,暮坂峠 (
くれさかとうm 断層,琵琶甲
9
91).これ らは最新の活動時期の違い
(
びわこう)断層,および三木断層の各断層か ら構成されている (
活断層研究会 1
か ら北西部 (
大原断層,土方断層,安富断層,暮坂峠断層)と南東部 (
琵琶甲断鳳 三木断層)に区分される.山崎断層
.
7稽度の,南東部ではマグニチュー ド7.
3程度の地震が発生する可能性があり,今後 30年間
北西部ではマグニチュー ド7
-9-
に地震が発生する確率は北西部で 0
.
06I0,
8%,南東部では 0.
5I1
.
2%である.我が国の主な活断層の中では,それぞれ
やや高いグループと高いグループに属する (
地震調査研究推進本部,2
003).本研究をお こなった土万断層は,確実度 I,
岡田,東郷,2
000) (
第 1図).
活動度 B級の断層である (
活断層に沿って顕著な低比抵抗帯が存在することは,地殻比抵抗研究グループ (
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ERGAF)が世界に先駆けて,山崎断層系安富断層において発見 した (
ERGAF,1
982
)
.その後,同様の低比
抵抗帯の存在が世界各地で報告されている (
例えば,Uns
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997;
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,
2005)こ のような低比抵抗帯は
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FZC)
と呼ばれ 断層を特徴づける重要な要素の一つである.例えは 山口ら (
2002)は野島断層
において,1
995年兵庫県南部地震の際に大きな変位を示したセグメン トには顕著な FZCが存在するが,変位をほとんど
示さなかったセグメン トではこのような FZCがないこと示 した.また,Uns
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.
(
1
997
)はサ ンアン ドレアス断層
において,クリープしているセグメン トと固着 しているセグメン トとの間で異なった FZCが描出されることを指摘 してい
る.
近年の電磁気学的調査手法およびデータ解析方法の進歩は著 しい.前者の例として広帯域 MT装置や多電極電気探査装
置が挙げられる.後者のうち,データ解析については RRRMT法 (
Cha
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n,
1
989),
Phas
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r法 (
Cl
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,
2004)などが,モデル解析に関しては ABI
Cを用いた 2次元インバージョンプログラム (
Uc
hl
daandOg
awa,1
993;
e
ta
Og
awaandUc
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da,1
996)などが挙げられる.
本報告では,姫路,神戸などの大都市に近 く,かつ,将来地震が発生する危険度が高いとされている山崎断層系土方断
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層で行 った,新 しい手法での電磁気探査の概要 と予察的な 2次元比抵抗モデルを示す.観測 には Aud
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d仏MT法)
を用いた.この手法は広帯域 MT法の一種であり,可聴周波数帯の自然電磁場変動を
信号源 とする.地球電磁気学的手法は自然界の微弱な電磁場変動を信号源 とするために,一般に,人工的電磁気雑音に弱
い.大都市よりやや離れているとはいえ,山崎断層系近傍においても大きな人工的電磁気雑音が存在することが予想され
る.このような状況下で AMT法が断層の地下構造探査に利用できるか否かを検証することも目的とする.
2.観 測
土万断層を横切る長さ約 6
km の測線を設け,この測線に沿って 1
0点の観測点を設けた (
第 2図).断層の近傍では観測
点を密に配置 した.観測にはカナダ,pho
e
ni
x社製 MTU1
5
A を使用 し,各点で磁場 3成分と電場 2成分を測定した.測定
時間は観測点によって異な り,3時間か ら 1
7時間である.測定にあたっては,データ解析時に Remo
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e法を用
いることに備えて,人工的電磁気雑書の少ない測線北側に位置する観測点 (
観測点 1または観測点 2
)では,全 目に渡っ
て連続的に測定を行った. そして,ほかの 2代の測定装置を順次,移動させなが ら測定を行った.
3.データ解析
MT応答関数は,Pho
e
ni
x社か ら提供されている SSMT2
000を用い,Re
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e法 (
Gambl
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97
8)に
基づいて算出した.測線の北側に位置する観測点 1もしくは観測点 2の磁場を参照磁場 とした.なお,観測点 1および観
測点 2の MT 応答関数を求める場合には,人工的電磁気雑音が小さい他点を参照磁場点 とした.解析 した周波数範囲は
1
0,
400Hzか ら0,
35
Hzである.このうち,自然界の電磁場信号が弱い 1
kHz周辺,商用電源周波数の高調波である 1
1
5
Hz
,
0
Hzよりも低い周波数帯 (この周波数帯には,電車か らの漏洩電流に起因すると思われる人工的ノイズの影響が
および 1
大きく認められる)は以降の解析か ら除外 した.また,いくつかの周波数の MT応答関数では,隣接する周波数における
値 と大きく異なる値を示す場合があった.このような周波数の結果 も除外 した.
一般に,比抵抗構造の走向に平行な電場とそれと直交する磁場成分の組合せを TEモ- ド,逆の組み合わせを m モドと呼ぶ.本解析では比抵抗構造の走向は断層の走向 (
N6
0o
WS60o
E)に等 しいと仮定 した.観測結果を, 2つのモー ド
の見かけ比抵抗値と位相差 として示す (
第 3図).
4.モデル解析およびその結果
TE モー ドのみかけ比抵抗値は表層付近の局地的な比抵抗不均質の影響を受けやすいので. t
u モ- ドのみかけ比抵
抗値 と位相差,TEモー ドの位相差の 3種類のパラメータを基に予察的な 2次元比抵抗モデルを求めた.インバージョンに
Cによる最適平滑化拘束付き 2次元インバ-ジョンコ- ド(
Uc
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awa,
1
993
)
を使用 した,また,
当たっては,ABI
mi
ni
mt
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me
m rを 5%に設定 した.20回の反復計算を行い,ABI
Cが最小となったモデルを最適モデルとみなした (
第4
図).このモデルの no
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dr
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tme
ans
quar
eは 4.
9である.MT応答関数の推定誤差に基づいて,各比抵抗ブロック
0に挟まれる範囲で 2
n 以浅の構造は信頼度が高いことを確
k
の比抵抗値の許容範囲を算出した結果,観測点 1と観測点 1
認 した.
観測点 1
-観測点 5
)には中程度 (
数 1
0
0
得 られた 2次元比抵抗モデルは,大局的に 3つの領域に分けられる.北部 (
E
2
m)の比抵抗値を示す領域が,断層の地表 トレースを含む中部 (
観測点 6,7,8)には,2つの題著な低比抵抗領域
00m 程度であり,最小比抵抗値は約 20E
2m である.一方,深部の低比抵抗領域は,
が認め られる.浅部の比抵抗領域は幅 3
深さ 1
n 付近を中心として幅 1
k
n にわたって存在する.この領域の最小比抵抗値は約 1
k
0E
2
m である.南部(
観測点 8,
の浅部には高比抵抗 (
1
0
0E
2
m 以上)な領域が存在する.
9, 10)
5.考 霊
木解析か ら深さ約 2
n 付近までの信頼できる比抵抗断面を決定することができた.このことによって AMT法を用いて.
k
山崎断層系の地下比抵抗構造を探査することは実行可能であることが実証された.
より深部までの構造を明 らかにするためには磁場観測点の選定が重要であることが分かった.本研究で解析に用いたも
っとも低い周波数は 1
0
Hzであり,これが最大可探深度 (
約2
n ) を決めている.可探深度を深 くすることによって,例
k
えは 震源分布と比抵抗構造の対応を直接に比較できることが可能にな り,断層の地下構造や状態がより明らかにできる.
そのためためには,解析可能な周波数帯域をより低周波数側に広げる必要がある.すべての観測点において,低周波数側
mo
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e処理を行った後でも,見かけ比抵抗値が周波数の減少に伴って急増 し,位相差が 0度
の MT応答関数に Re
r
e
ntな電流ノイズが混入していること
に近い値を示す傾向が認められた.これは磁場参照点と各観測点とに共通 して 0he
を示唆 している.このような電流ノイズの原因として鉄道線路からの漏洩電流が考えられる.これを避けるためには磁場
参照点を測線か ら十分に離す ことが必要である.
本研究で得 られた土万断層の 2次元比抵抗構造は,大局的には,地質構造の違いを反映 し,その上に断層近傍の低比抵
FZC)の影響が重なっていると解釈される.観測点 1は舞鶴荷の,観測点 2-観測点 7は超丹波帯の,観測点 8抗帯 (
観測点 1
0は丹波帯の岩石が地表に分布する地域に対応する.断層の地表 トレース近傍では,断層地表位置を北端 とするよ
00m で最小比抵抗値は約 20〔
2
m
うな低比抵抗領域が存在する.これは FZCと解釈 した.本断層における FZCは,幅約 3
である.
n を中心 として幅約 1
k
n の顕著な低比抵抗領域が断層の南側に存在 している.この深部の低比抵抗領域 と浅部
k
深さ 1
の低比抵抗領域が一連のものであるか否か,また,それ らの成因は興味深い問題である.しか しこの間題については,最
終的な比抵抗モデルが確定 してか ら議論を進めるべきであろう.最終的な比抵抗モデルの決定にあたっては,比抵抗構造
の走向を地質情報 とは独立 して,電磁気パ ラメータか らのみ決定 (
例えば phas
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r法 ;Ca
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,
2
004)するこ
と,および TM,TE両モー ドの見かけ比抵抗値 と位相差を説明できるモデルを確立することが必要である.
山崎断層系に属する諸断層周辺の表層地質は断層によって異なっている.本解析で示唆された様に,比抵抗構造が表層
地質構造によって規定されているな らば,断層によって比抵抗構造が異なることが予想される.一方,地表断層 トレース
沿いの低比抵抗領域や逆に深部には表層地質構造 とは独立 した,おそ らく山崎断層系に共通 した構造が存在することが予
想される.断層の比抵抗構造のうち,断層の周囲環境によって異なる構造 と,多くの断層に共通する構造 とを分離するこ
とは,断層の地下構造を解明する上で重要な鍵である.この間超を解決するためには山崎断層系の諸断層に対 して同様の
観測,解析を行ない,断層の走向方向に平行な方向の比抵抗構造変化を決定することが必要である.
謝辞 :本研究は,京都大学防災研究所平成 17年度萌芽的研究の援助を受け,神戸大学都市安全研究センターの平成 1
8年
度プロジェク ト研究 ｢
巨大地震発生メカニズムと構造物 リスク評価 に基づ く減災戦略 Jの一環 としてお こなった.記 して
感謝いたします.観測を許可して くださった土地所有者や管理者の方に感謝いたします.
筆書 :1
)山口覚,神戸大学理学部,講師,2
)小川康雄,東京工業大学火山流体センター,教授,
3
)氏原直人 東京工業大学大学院理工学研究科,学生 (
現 海上保安庁),4)藤田活士,神戸大学理学部,助教 (
現 大
,
,5)井口博夫,兵庫県立大学,環境人間学部,教授 6
)大志万直人 京都大学防災研究敢 教授,
阪大学,講師)
7
)石橋克彦,都市安全研究センター,教授
参考文献
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437, 1991.
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岡田篤正,東郷正美,近畿の活断層,東京大学出版会,p.
395,2000.
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山 口免
首藤史朗,橋本武志,村上英記,高木典子,野島断層南部の 2次元比抵抗構造 と断層活動度の関連,地震,5
5,
p.
143-151,2002.
-1
2-
第 1図
山崎断層系を構成する断層 と観測位置
兵庫県(
2003
)
を改変)
本研究対象地点を星印で示す. (
13424'
13427'
13430-
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13424●
13427一
第 2図 観測点の分布
破線は土方断層の地表 トレースを示す
-1
3-
13430●
第 3図 T
E,T
M 両モー ドの見かけ比抵抗値 と位相差 (
観測 値)の疑似断面
左側の列が TEモ- ドの結果を,右側の列が TM モー ドの結果を,そ して.
上段が見かけ比抵抗値, 下段が位相差を示す.図中の点は解析に使用 した観測値 を示す.
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第 4図
土方断層を横切る 2次元比抵抗モデル
Rは高比抵抗な領域を,Cは低比抵抗な領域を,M は中間的な比抵抗値を示す領域 を表す
図中の破線は断層推定位置を示す.
-1
4-
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