Memoirsof曲 eKakiokaMagneticObservatoryVol.14No.21972

地磁気地電流法による女満別の地下電気伝導度について
大和田真一

概 要

女満別付近の地下電気伝導度の推定のではじめの試みとして，地磁気観測所女満出張所の地磁気地電流の変化観測資料を用いて. N
iblettandsayn‑
Wittgenstein による地磁気地電流法を適用し/Hて地下の電気伝導度を推定した。地屯流に異方性があるので今回はEzoの振幅比のみを使用した。
か
その結果は 8‑170kmを3周に分けて考えることが出来る。第一周 8‑20km，第二周は 29Okm.第三眉は9O‑170kmである。
・1
3 1x10・13e.
m.
u.
，第二周は 1X 10‑14 2X 10・ I~e.m.u.，第三屈
第一層の電気伝導度は 3xIOV，."，，.."

4eは 3x10‑""'"2X 10‑1.
m.
u.である。

~l

はしがき.現在地球内部の電気伝導度の分布を研究する手段として magneticv
ariations method とmagnetotelluric method の二つの方法が，広く採用されている。後者については，基本はagniardω により開発され地表面の電場磁場の値から地下の電気伝導度を推測するもので Cて以来 W
aitω ，Pnceω らにより改良がなされた e 近年国際地球内部開発計画 (U.
M.
P.
)などにより，地球内部の電気伝導度に関する研究が盛んに行なわれるようになった。外国では欧米ωおよびソ聯ωにより意欲的な研究が行なわれている。日本においても横山 ωが柿岡

iblettandSayn‑Wittgenstein 法を適用して地下 385kmに不の地下電気伝導度の推測に N連続があることを示唆し，柳原∞が関東地方東部の深層比抵抗の推測の際に人工電流による方法と magnetotelluricmethod によるものを比較し，相当よい一致をみており，大島 ωのagniard法による地下電気伝導度に関する調査研究などがある。
鹿屋における C
著者は女満別出張所の地磁気変化度，地電流早回し観測および通常記録資料を用いて，地agniard法の一つの改表面電場磁場の比を変化周期の関数として求め，これらを使用して C良形である NiblettandSayn‑
Wittgenstein 法 ωを適用して女満別における地下電気伝導度を推測した。
~2算出法

ある幅の広い仮定のもとでは M
axwell の電磁方程式を応用することにより，地表面で測定した地球磁場と地電位差の測定値から深さの関数として電気伝導度を算出することが出来る。一様な伝導度の媒質内の電磁変化は︑︐f︑︐︐‑‑
A

4
1
ザ=rotH

78

大和田真一。

HrotE=一τ 一(2)j=σE(3)(jfで表わされる。

H: 磁場ベタトノレ

ただし

E: 電場ベクトノレ
j : 電流密度σ: 電気伝導度である。

.
m.
u.で表わいまた透磁率は 1であるとする e式はすべて e
磁場ベクトノレの水平方向の傾斜は，鉛直方向の傾斜に比較して無視出来るとし，時間変化nv一一一旬a
一一一みaは周期的であるとする。

oot2πiT(4)座擦の正の方向はおのおの北，東，下向きである o，jz~ {jz2+jl)1/2，Hz~ (HZ2+HI2)1/2
I(5)(4)と(5)が正しければ水平の傾斜は鉛直の傾斜に対して無視でき，音が P
enetrationdepthZに対する有効電気伝導度を表わすとすれば(1)，(2)，(3)から次の近似式を導くことが出来る。

‑2Z
4π払，安，z偏 E

(6)

E"̲
̲2π iHπiHz Ez 2IIZ;.
;.
Z‑‑‑ T ‑(7)‑‑‑r‑'o/oZを I/Zに置換え，Ez，E"，Hz，HI
Iを周期 T の変化とする o (6)と(7)から包帯
平σZ~ 土 I~I2πIHI(8)(9)となる。 (9)により定義した Penetrationdepthは通常の l/eの代わりに 1/2 の減衰係数を使用した。
もし電気伝導度が表面から最大の P
enetrationdepthまで深さの有限の関数であると考えると，次のとおりである eσ=f(z)且
4・︑︐︐‑‑A︐s︑・万=訂
シ(z)dz=会(Z(10)地磁気地電流法による女満別の地下電気伝導度

79ω式は深さの有効電気伝導度を表わす。種々の深さにおける伝導度は次式から算出出来る。
σdg(Z) ̲oー +dZ =Z‑dZσ(12)63 地電流および地球磁場の測定法
地電位差測定は基線長が東西 350m，南北 400m，電極はナショナノレ製品 M‑4炭素棒 2本を 1組として，深さ約 2.
5m にうづめたもので土質は火山灰でその下は粘土層である。接地抵抗は東西 2700，南北 1600，遅回しの感度は東西 1.
94mv/km/mm，南北 2.06mv/km/mmで，早回しは遅回しの回路に並列に接続し時定数制御器 (30kO，200μFの CRカップリ γ グフイノレター)を直列に入れてある。早回し交流感度は東西成分 0.
61mv/km/mm，南北成分0.
4Omv/km/mm (周期20秒)で，記録計は横河電機製の検流計で，プロマイドに記録される。記録紙速度は早回し 6mm/min，遅回しは 15mm/hour である。
地球磁場の測定は早回し(変化度)は有効面積，南北成分.
49X 1Q8cm2，東西成分
X: 122X: 1.49X 108cm，鉛直成分 Z:2.
00X 108cmの空心コイルを地中に埋設したもので，記録計の検流計は感度がdx/dt:0.
075r/sec/mm，dy/
dt:0.
069r/sec/mm，dzl
dt:O.
025r/sec/mmである。遅回しは K M型変化計で寸法値は H:2.80r/mm，D:2.43r/mm，Z:1.
90r/mm，記録計速度は早回し 12mm/min，遅回し 20mm/hourである。

64 女満別における深さにともなう電気伝導度の変化
振巾比 E:r/H" の値を 1
965
年 4月より 8月の 5ヶ月間，周期約 20秒から 19分(1140秒)のE，.
j}
ちS
1.5XIO

5IOXI010005~C: T

Fig.ト1. Mean amplitu
deratio EzlHlI v
s.TatMemambetsu.(Apr.
‑Aug.1965)• Papidru
n 0 Normal
Theverticalbarindicatestheprobableerror.

80

大和田真一

同点 uはJ 川mFEEqEι
‑e︐.

5、2.
0Xl051.5Xl0

1匂.
az'hu‑nVI
VA

50

100∞鰐(:，500 10TFig.1・2.Indiv
idualamplituderatioEtI:/HlIv
s.TatMemambetsu.(Apr.
‑Aug.'B妬5)• Rapidru
n 0 Normal

:1れば。

5.
10XI0印

1o1000 sec.

T'T aFig.ト3.Indiv
idualamplitude削 ioι/HlIv
srt Memambetsu
fortheperiodrangefrom 1 secto12 sec.(Apr‑Aug.1965)
oNormal∞∞

範囲について求めた e 周期は 100秒程度までは早回し記録より，それ以上の周期のものについては遮回し記録より，特別周期分析はしなかったが，地磁気と地電流の両方の変化の対応が確認出来， HとEの両方の変化が正弦波をしているものを選びだした。

，

Ez/H の値は周期 15秒から 35秒までは 5秒毎， 36から 105秒までは秒毎，以下周期の長い

81

地磁気地電流法による女満別の地下電気伝導度方は 1分毎にその周期範囲について平均した。そして平均振幅比を平均周期について表わし

ig.1・1 に示した。グループ内の振幅比の値の確率誤差と元の値との相対値は周たものを F
期 3分では:t1O%でその他は約:t5 %以内である。

Fig.1・2，および F
ig.1・3は Fig.l の分散の度合を詳細に見せるために個々の観測値を示したものである。 (E，:地電位変化の南北，東西成分。 Hz，H，，: 地磁気変化の南北，z，E，東西成分を表わし，Tは現象の周期を表わす。 ) 8は早回しを記録， 0遅回し記録によるもの

ig.2‑‑F
ig.4 も同様な表示を使用した。
を示し， F
E，，/Hz についても調査したが Ez/H"に比較して，Tについて変化の分散が大きく異方性あるいは不均一な媒質として考えねばならないので今後の問題として今回は Ez/H" のみを図示することにした。

Fig.
2には振幅比を 1八liについて示してある。図に示されるように Ez/HI は三つの直線により適合出来ることがわかる。

Ex!
tち•

2.
0XlcTC?
作、u.

5.
15Xl0I.
OX105

0.
0511fT

01.0Fig.2. MeanamplituderatioVS. T‑J/2 atMemambetsu.
Ez/H"= A1+Bl/
ヘl't

1/"
11'
1'0.
209‑
‑
0.
0
98 の範囲について

Ez/H"= A2+B2"
II'1'/1/"
11'
1'0.
0
98‑
‑
0.
046"

Ez/H1= A3+B3/"
II'f11'1'0.046‑0.029
1/""

各直線の常数はおのおの最小二乗法で決定し，次のように値をえた。
A1 ; 0.
620X 105

B.: 6.
89X 105

A2: 1.1
53X 105
Aa: 0.
494X 105

B2 : 1.0
5X 105

Ba: 15.
62X 105

II'tの形で表わ
この計算した直線は Fig.2に実線で示した。次に振幅比を E/H=A+B/"，

大和田真一

82

『1X
Hr
50

100

150 Km Depth

Fig.3.E
ffect
iv
ee
lect
r
icalconductiv
ityv
s.depthZatMemambetsu.

'adJup u w州 側‑
141X
10:‑
151X
1050

100th
150Km OepFig.4.Variationofestimatedelectricalconductiv
itywithdept
hatMemambetsu.

地磁気地電流法による女満別の地下電気伝導度

B

一T+W

η
一ν

4RD

﹃刈++TT
MM ︑IZロ‑‑
一一‑σZ

すと(めと (9)式は83(13)(14)となる。上記の計算値を採用して得た否と Zとの関係を Fig.
3に示した。また(13)と帥式よりTを消去することにより16π2A2Z2U28πAZ+2s2)O+1= 0ー ((15)をうる。そして防と帥より
B25σ= s2+4πAZ(I‑4πAZii)(16)をえ，これは深さの関数として伝導度を示している最終の曲線である。 U，Z および A1...，

Bt.
.
.，を使用して σ を算出し Fig.4に示した。
~5考察

地磁気地電流法による地下電気伝導度の推定は，その理論も非常にそデノレを単純化して相当広大な範囲に地下構造が一様で電磁気現象も広範囲に一様でしかもフィルドベクトルの水平の傾斜は垂直の傾斜に比して無視出来る程小さいと仮定している。
赤道とオーロラのエレクトロ・ジェットより遠い磁気中緯度では外部地磁気変化は一般に広い範囲にわてって一様である。女満別は柿岡に比較して垂直磁場の比は小さいので，水平の傾斜は垂直の傾斜より小さいということは云えるが，一方水平電場は日本のように地質構造の複雑な所ではこれらの複雑な分布によって地電流に著しい局所性があることが知られている。今回の場合も E:e/H1J に比較して E，I/H:
e は相当分散が大きく，これは異方性あるいは不均一な媒質として考慮が必要であろう。今回は地電流の卓越方向の成分を採用した E:e/E1J のみによるものである。

ig.4にあるように地表面の以上のような疑問点も存在するが，一応推定された結果は，F下数 kmから 20km付近までは σ:2x 10・t3 (e.
m.
u.
)で伝導性の良い地下構造で深さとともに悪くなり， 20km付近より急に σ 1x10‑14‑‑2X 10‑15 (e.
m.
u.
) という約 10‑‑100倍の伝:3X 10‑14 (e.
m.
u.
) となっていると考え導性の悪い構造になり， 90km付近で再び中間の σられる o (20km付近の伝導度急変の部分は丁度資料については早回しと遅回しの境めの点に当っている。)これは柳原の関東地方の結果 (30km以深)と異っている e これは中央日本の特性とも考えられるので今後調査をさらに進めたい。
大島 ωが鹿屋の資料を使用して推論した結果によれば 30km付近に比抵抗の大きな不連続があり，またこの深さが鹿屋付近のモロピチッチ不連続面の深さとして地震波速度，重力のプーゲー異常分布より推定される値と良く一致しているのでこれと関連があるのではないかと述べている。

84大和田真一

今回の結果は 20km付近の伝導度の急変化は鹿屋の例と orderは異なるが不電導層の点で一致しているように考えられ，女満別付近のホモ層とほぼ一致していると考える。
以上 Cagniard 法の一つの改良形である Niblett 法を女満別に適用したものについて述べた。さらに問題になっているいくつかの点については，今後調査をつづけたい。
謝辞
この調査について柳原所長の種々有意義な御指滞に深く感謝し，女満別出張所で資料をつくられた職員各位にお礼申し上げます。
文 献(1). Cagniard，L.(
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地磁気地電流法による女満別の地下電気伝導度

OnthesubterraneanE
lectr
icConductiv
itynearMemambetsu
deducedb
ytheM
agneto‑telluricMethod
ShinichiO W
ADAAbstr
actor
yofNiblettandSayn‑
Wittgensteinisappliedtodatao
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