後藤 忠徳

熊本県西部の宇土半島宇城市不知火町の海岸域は国内有数の潮汐変動の大きな地域で，干潮時には最大で 200 m も海岸線が後退して広い干潟が現れる。淡水の湧水がみられる八代海海底および沿岸域での VLF-MT 調査を実施し，得られた見掛比抵抗と位相差の空間分布から湧水と比抵抗構造との関連を調べた。観測された見掛比抵抗と位相の分布は，表層の地質分布と良い対応を示したが，非常に限られた 2 つの領域でのみ高比抵抗・低位相の周囲と異なる異常域を検出した。この空間変化は見掛比抵抗などの時間変化に比べて十分に大きく，観測された空間変化が有意であることが分かる。異常域近傍では常に淡水湧水のある水場やシーページメーターの観測により淡水湧水の存在が確認されている。潮の干満によって地下の構造が大きく変化していることからも，地下の淡水の存在が示唆される。よって，VLF-MT 観測で得られたスポット状の高比抵抗・低位相の領域は，淡水の湧水域を捉えたと考えられる。<br>

自然の磁場信号は非常に電気伝導度の高い海水の影響で減衰が大きいため，海底での MT 探査では一般的に長周期のデータのみを扱い，深部のマントル構造を主なターゲットとしていた。プレート間巨大地震発生域の調査といった地殻構造を得るためには，より短周期の 1 秒から 1000 秒の周期帯が重要となる。しかしながら，それらに適した海底電位差磁力計が国内に存在せず，地殻構造調査を行うことが困難であった。そのため，我々は機動性に優れた小型の海底電位差磁力計の開発を行い，実海域での動作試験とデータ取得に成功した。一方で，人工電流源を用いた探査は，MT 法よりもさらに浅い構造をより詳細に得るのに非常に有効な手法である。我々は，150m の電極ケーブルを曳航体に取り付けて調査を行う曳航式海底電気探査装置を開発し，その実海域試験を通してその有効性を確かめた。本稿では，我々が開発した OBEM と曳航式海底電気探査装置について述べ，その実海域試験の結果について述べる。<br>

新潟-神戸歪集中帯は，平成16年度からスタートした「地震予知のための新たな観測研究計画（第2次）」で重点ターゲットとして取り上げられ，そのほぼ中央に位置する跡津川断層周辺において，高密度の地震・GPS観測および比抵抗構造調査を合同観測により5ヶ年計画で実施する予定となっている。本論文では，2004年10月4日～10月30日の期間に実施された歪集中帯周辺での比抵抗構造探査のための広帯域MT観測の概要と，これまでに得られている解析結果の概要に関して報告する。これまでの解析から得られた跡津川断層周辺での比抵抗構造は，深さ7kmまでは断層をはさんで比較的高比抵抗領域となっている。さらに，跡津川断層北側では深部（20km程度）まで高比抵抗となっているが，断層の南側では，約7kmを境にして深くなるほど抵抗値が下がる傾向がある。地震の分布は断層北側の高比抵抗領域と良い対応が見られる。

三軸圧縮試験機の圧力容器と比抵抗測定装置とを組み合わせることにより封圧と間隙水圧を負荷した条件における岩石比抵抗の測定システムを構築した. これを用いた測定例として, 最大約30MPaの有効拘束圧までの圧力条件下において, 水深約2,000mの熊野舟状海盆にある泥火山の上部斜面で採取した泥岩試料の比抵抗を測定した. この測定システムでは再現性の高い岩石の比抵抗測定を行うことができた. また, 供試体にジャケットを被せることにより, 供試体が開放状態にある従来の測定法と比べて, 供試体の乾燥の防止や供試体外表面の余分な付着水の除去が簡単にできるメリットがある. 限られた個数の熊野海盆の泥岩試料および間隙水の電気伝導度条件において, 泥岩の比抵抗を測定した結果, 最大約30MPaまでの有効拘束圧までは, 比抵抗の顕著な急変点が認められなかった. したがって, 泥岩などの比抵抗値を左右する要素である粘土鉱物などの電気二重層の性質に間隙水圧が影響を与えないと仮定すれば, 熊野海盆の泥岩試料が過去に受けた最大応力履歴は約30MPaよりさらに大きく, その起源は海底下2kmより以深であった可能性があると考えられる. また, き裂を含む供試体の比抵抗は, 圧力増加に伴ってき裂が閉塞するため, インタクト供試体より圧力の影響を受けやすいことが確認された.

Large earthquakes occur frequently in subduction zones. Most earthquakes are generated in the seismogenic zone, a fairly limited area confined to the shallower regions of the subduction plate boundary. To understand the processes of earthquake generation, it is essential to monitor the physical and mechanical properties of the seismogenic zone over long periods. At present, there are no deep borehole observations of the seismogenic zone more than 3km below seafloor, because it has, until now, been impossible to penetrate to such depths below the sea floor. The Integrated Ocean Drilling Program (IODP), scheduled to begin in 2003, plans to drill boreholes beneath the ocean floor using a multiple-drilling platform operation. The IODP riser-quipped drilling ship (Chikyu) enables the emplacement of boreholes up to 0km beneath the ocean floor, and will provide opportunities to conduct long-term deep borehole observations in the seismogenic zone. Long-term borehole observations in the seismogenic zone are expected to require the development of advanced sampling, monitoring, and recording technology. Here, we discuss the scientific objectives, engineering and technical challenges, and experimental design for a deep borehole, long-term deepborehole monitoring system aimed at understanding the processes of earthquake generation in the seismogenic zone of subduction plate boundaries. We focus specifically on the relationships between environmental conditions in the deep subsurface, details of monitoring and recording, and design and implementation of scientific tools and programs.