平成25年度 JOGMEC地熱部事業成果報告会

木地山・下の岱地域調査で適用したS波スプリッティング解析について

平成26年6月
東北水力地熱株式会社 高橋智広
地熱技術開発株式会社 佐藤龍也

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調査目的・概要• 平成24年度に取得した微小地震観測（3軸）データを用いてS波スプリッティング解析を行い、地熱流体の流動構造を規制する断裂構造について検討する。
• P波、S波の3次元速度構造を解析し、地熱流体の貯留構造について検討する。

地熱地帯での微小地震探査の解析
一般的な方法 震源位置の同定
 震源の空間分布等からフラクチャーの位置や応力場等を推定する
今回の方法
 震源位置の同定①（精度向上のための速度構造の見直し）
 震源位置の同定②（Double-Difference 法による震源位置の高精度化）
 ３次元速度構造解析による速度構造分布• P波速度分布• S波速度分布• ポアソン比分布 S波スプリッティング解析（フラクチャーの方向性）
 フラクチャー密度解析（フラクチャーの密度→透水性の推定）木地山・下の岱地域 事業計画(基本方針)
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1

2

地熱開発の経済性の評価

地熱貯留層を規制す
る地熱構造の解明

地熱資源の規模評価

3上の岱地区の地熱貯留層との関係解明

4

下の岱
上の岱

上の岱地熱発電所
発電部門：東北電力㈱蒸気生産部門：東北水力地熱㈱4

国定公園内での地熱開発の可能性の評価

木地山

図1 木地山・下の岱地域 基本方針

国定公園特別地域

過去の調査等• 平成22年度 地熱開発促進調査（NEDO）• 平成23年度 地熱開発導入基盤整備調査（METI）• 平成24~25年度 地熱資源開発調査（JOGMEC助成事業）※（※：平成26年度現在 調査継続中。）• S波スプリッティング解析– 平成24年度：臨時観測点を用いた微小地震観測の実施– 平成25年度：観測データを用いた解析

S波スプリッティング解析の概要（１）a) 測定原理
フラクチャーの発達方向

S波のスプリッティングの分布を調べる事で貯留層の断裂系分布を推定する方法

速い遅いスプリットパスを観測
通常のパスを観測

地震計
フラクチャー
ゾーン

S波パス

パス
スプリットパス

微小地震

微小地震

S波スプリッティング解析の概要（２）b) 解析手順①震源位置を求める

観測点②ホドグラム解析でスプリッティングデータを探す
Z 成分

X 成分
震源

③スプリッティング波形の記録を各観測点に投影する。

Y 成分

ホドグラム解析：X 成分及び Y 成分の合成値を平面上に時間の経過順にプロットする。その際の軌跡から波の分析を行う。この図をローズダイアグラムと言う。
スプリッティング波形が存在する場合、初めはある一方向の楕円を描くが、途中から 90°方向が変わった楕円を描く。この様なダイアグラムを探す。

S波スプリッティング解析の概要（３）
上から見た図観測点① 観測された先行 S 波の方位は、各観測点に投影し、黒い棒線で示す。

③ 異なるイベントで同じ方位が観測された場合、黒い棒線の長さを長くして表示する。

フラクチャー
震源横から見た図S 波スプリッティング観測のイメージ② 各観測点では複数のスプリットが観測されるので、それらを全て表示する。

観測点④ 観測点に示される先行 S 波の方位。

適切なS波スプリッティング解析のための観測条件（目安）・ 2,500程度以上の震源と観測点を結ぶパスが必要とされる。
・ 調査対象地域内において、1,000個程度以上の微小地震イベントがあると、経験上、上記要件を満たす可能性が高いとされる。

S波スプリッティング解析の概要（４）（フラクチャー密度分布の解析）
フラクチャーの規模が大きい程、時間差が大きくなる

フラクチャーの発達方向

速い
遅い

スプリット波形が記録されたスプリットパスを用いて、トモグラフィー解析を実施し、フラクチャー密度の分布を推定する。

フラクチャーゾーン

平面図を作成

S波

0.010

0.100

深度
1.50 km

密度が低い
0.010

密度が高い
0.100

観測のイメージ
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420その他の微小地震データ用いた構造解析① ３次元速度構造解析

微小地震観測点

1.5km/s

速度異常域

2km/s
深度

微小地震
3km/s
通常の微小地震の解析では、震源位置の決定に1次元速度構造が参照される。

② 震源位置の高精度化（Double Difference 法）

弾性波トモグラフィーによるP波・S波速度異常分布の把握

速度異常分布（イメージ）

微小地震データの選別および検討

震源分布深度の再検証

データの選定

同一点で観測される地震ペアを探す

3 次元速度構造解析

S 波ｽﾌﾟﾘｯﾃｨﾝｸﾞ
解析

地震ペアの相互相関係数を求める

データ数量(パス×観測点)の確認

パスを P-SH-SV 座標に回転する発生頻度の検証
速度モデルの最適化

震源位置決定DoubleDifference 法による震源位置の高精度化
震源位置の比較高精度化された
震源を用いて、震源分布深度を検証

P 波ﾄﾓｸﾞﾗﾌｨｰの実施

3 次元 P 波
速度構造

S 波ﾄﾓｸﾞﾗﾌｨｰの実施

3 次元 S 波
速度構造

データ量は十分か?

NoYes
Vp/Vs ﾄﾓｸﾞﾗﾌｨｰの実施

Vp/Vs 比の算出

3 次元Vp/Vs 構造

Vp/Vs
参考構造

総合解釈S 波の極性を探す(ホドグラム解析)
時間オフセットの補正
q ファクターの決定
スプリット S 波間の遅延時間を計測する
結果を手作業で確認し、極性と遅延時間を確定させる

フラクチャー
密度解析

データ量の確認

遅延時間に関してフラクチャー密度インバージョン
解析の実施

ﾌﾗｸﾁｬｰ密度
分布図

木地山・下の岱地域の地熱構造モデルについて

METI(2012)

重力探査 ブーゲー異常図（補正密度2.50g/cm3）

断層⑥

断層⑤

上の岱
地熱発電所

泥湯断層（断層①）

泥湯断層(断層①)とその北側の断層(⑤，⑥)の間に挟まれた領域で、重力の急勾配域が見られる。基盤がNW-SE系の複数断層で北側で下がっているのと整合する。

METI(2012)

上の岱(C断面)

地熱構造モデル断面図（C，E断面）
熱水は南東側(図面手前側)から北西方向(図面向こう側)に上昇しつつ側方流動している。上の岱地域では貯留層の上部に低比抵抗域が発達し、モンモリロナ
イト形成温度付近（170℃付近）の分布と整合的であるなど、低比抵抗域は貯留層上方に発達する変質帯と関連性が高いと考えられる。

木地山(E断面)METI(2012)に加筆

上の岱と木地山は類似の構造

微小地震臨時観測の概要
測点数および観測期間
観測微小地震数
観測成分
サンプリング
間隔
A/D
コンバータ

7測点 平成24年10月17日～11月18日
8測点 平成24年10月17日～12月18日
解析範囲内475件（全体1,236件）
3成分
500Hzサンプリング

24 bit微小地震観測点
位置図

S波スプリッティング解析結果

フラクチャー密度解析結果
標高-1,800m

標高-2,800m

S波スプリッティング解析結果とMT法(標高0m)の比較

S波スプリッティング解析結果とブーゲ－異常図の比較

フラクチャー密度解析結果

P波速度分布(標高-800m)

S波速度分布（標高-800m）

ポアソン比分布（標高-800m）

ポアソン比V / V   2
2V / V   22ps2ps

応力掛けた方向の歪と、これと直交する方向の歪の比。
値が大きいと応力に対する変形量が大きい。
硬い岩石で低く、柔らかい岩石で高いとされる。

弾性波速度・ポアソン比と岩石の特徴について
弾性波速度

ポアソン比・弾性波速度が速いと岩石が硬い（緻密）。
・流体を含んだ地層は相対的に弾性波速度は低くなる。

・ポアソン比が大きいと岩石は柔らかく、小さいと岩石は硬い。
・亀裂の多い岩石(地層）はポアソン比が大きいと考えられる。
応力

岩石（地層）

応力の方向に直行する歪応力方向の歪歪の比が大きいとポアソン比が大きい

総合図（１）

総合図（２）

総合図（T断面）

まとめ• S波スプリッティング解析では、本地域の地熱流体流動を規制するJOG構造を構成するフラクチャ方位と、解析で得られたフラクチャ方位とが整合的である。
• フラクチャ密度解析については、S波スプリットパスの偏りから参照可能域が限定されるが、下の岱付近および木地山付
近でJOGの北側でフラクチャ密度の高い領域が見られ、熱水活動との関連性が考えられる。
• 3次元速度構造解析では3次元P波速度および3次元S波速度の速い領域と地下の高温域との高い相関性のある事が示された。
• 3次元のP波速度とS波速度から算出されるポアソン比の分布図を作成したが、標高-800mでは高ポアソン比の領域と主要な熱水流動域との整合性が考えられる。

課題• スプリッティング解析では、震源と観測点間のフラクチャーの方向が観測点位置にプロットされる。また、震源分布に偏りがあると、フラクチャ密度を評価出来る領域に偏りが出るため、観測点数が多いほど精度が高くなる。
• 3次元速度構造分布では、速度構造とポアソン比が逆相関（速度構造が相対的に高く、かつ、ポアソン比も相対的に高い）が見られ、これは流体流動を規制する亀裂のある基盤が上昇している構造に起因していると推定したが、今後の坑井調査などで確認が必要である。