11 −６ 地震予知研究のための応力開放法による深部応力測定−計器開発による地下深部（1km 以上）における応力観測と地殻活動総合観測−
In-situ Stress Measurements by Over-coring Method in Deep Boreholes forEarthquake Prediction Research - Multi-component Observation of Crustal
Activities and Continuous Stress Monitoring in Deep Boreholes (Deeper than 1km)by Developing Powerful Instrument

石井 紘（（財）地震予知総合研究振興会
山内常生（名古屋大学環境学研究科東濃地震科学研究所）、

地震火山・防災研究センター）

Hiroshi ISHII, Tono Research Institute of Earthquake Science (TRIES),
Association for Development of Earthquake Prediction (ADEP)
Tsuneo YAMAUCHI, Graduate School of Environmental Studies, Nagoya University
要旨
地殻深部の応力値を精度よく測定することは地震予知研究ばかりでなく地下深部の人工的な建設作業や地下開発において重要で必要な項目である。今まで困難であった深部ボアホールを用いた応力開放法による応力測定を新しい計器の開発と計器の設置方法やオーバーコアリング技術の改良により可能にした。応力測定後に同じ位置に歪計を埋設･設置することにより応力の連続観測が可能になる。その概要を一例として岐阜県瑞浪市にある屏風山断層近傍に掘削した深度 1000m のボアホールでの測定・観測を例にして紹介する。
応力連続観測の考え方と地殻活動総合観測
地震予知研究においては人工的ノイズを避け S/N 比の高い観測により、地震に関連した微小な信号の捕捉を可能にする地下深部における観測が欠かせない条件である。その場合に特に地殻応力の観測と多項目・多成分の地殻活動観測が重要である。
我々の日常においても物質の壊れる前には必ず変形などの前兆的変化を見ることができる。地震予知研究における地殻変動観測は変形を測定しており、同じ力が加わっても物質の硬さにより変形の大きさが異なる。最も知りたいのは実際に作用している応力であり物質によらない地震発生に直接関係している物理量である。
しかしながら現在、地下深部における三次元の応力測定は十分な精度で実施できていない。いくつかある応力測定法の中でもオーバーコアリングによる応力開放法は精度のよい方法として知られている。しかしながら今日までは深部ボアホールにおけるオーバーコアリングが困難であったために浅いボアホールにおいてのみ可能であった。我々が開発したインテリジェント型歪計を用いると深部ボアホールにおけるオーバーコアリングが可能になり、原位置での応力測定が可能になった。
この計器を用いて深部ボアホールにおけるオーバーコアリングによる応力測定を実施し経験を積んでいる。最初は全てが新しい試みでありいくつかの困難もあったが経験と改良を重ねることにより、深部ボアホールにおいてもほとんど同芯でオーバーコアすることが可能になり応力測定が可能になった。我々が採用しているオーバーコアリングによる方法は周囲の岩盤を破壊することなく応力の測定が可能である。応力測定を実施したと完全に同じ位置に歪計を設置することにより岩盤の応力の連続観測が理論的には可能になる。この考えに基づいて我々は地殻活動総合観測を深部ボアホールにおいて実施している。ここでは岐阜県瑞浪市にある屏風山断層近傍に掘削した深度 1000m のボアホールで− 641 −

の結果を例として概要を紹介する。
概要
第 1 図には応力測定の重要性を模式的に示している。同じ応力であっても変形は媒質により異なるが直接応力の測定ができれば地震発生に関してより直接的な情報が得られる。第１表は応力測定に関する従来の方法の問題点と新しい方法の利点をメモしている。深部における応力開放法による応力測定は今まで不可能であった。第 2 図には我々が開発したインテリジェント型歪計をバージョン 3 まで示している。現在はバージョン 6 まで進んでおり、計器の埋設状態のまま電源供給とデータ回収が可能になっている。
ここで示す応力測定の例は我々のボアホール観測点の中で屏風山観測点（BYB）で実施された結果を示す。第 3 図に東濃地震科学研究所のボアホール観測点分布を示す。BYB は地図の東端に位置し屏風山断層から 1km 弱のところにある。第 4 図はボアホールの形状と総合観測装置の設置位置を示している。応力測定は深度 350m、700m と 1000m において実施した。第 5 図は設置直前のインテリジェント歪計を示している。第 6 図は初期応力測定のためのボアホール形状、歪計の設置とオーバーコアの様子を示している。オーバーコア時のプロセスを第 7 図に示す。できるだけ多くの情報を得るために途中まで掘削した時点で少し引き上げ応力開放をさせている。第 8 図はオーバーコアにより取り出されたサンプル , インテリジェント型歪計と検定用容器の写真である。現在は深くてもほとんど同芯で回収できるようになっている。第 9 図は屏風山ボアホール 700m 地点においてオーバーコアをした時の歪計のデータと歪計の深度、作業プロセスを合わせて示している。まだ暫定結果ではあるが 350m と700m において観測された結果の解析された主応力値を地理院の三角測量により得られた結果と比較したのが第 10 図である。地理院の結果とよく合っているのがわかる。屏風山観測点の場合は応力測定を実施したとまったく同じ地点に地殻活動総合観測装置を埋設設置していることから周辺の岩の弾性常数を知ることによりその後の応力の時間変化が観測できることになる。第 11 図は応力測定を実施したと同じ地点に埋設・設置したデジタル式小口径地殻活動総合観測装置である。得られた結果は整理して報告する予定である。

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第１表
応力測定に関する従来の方法の問題点と新しい方法の利点
Table.1 An issue of traditional method concerning stress measurement and advantages of our metho

第１図 変形、応力と地震発生および応力連続観測の考え方
Fig.1 Relationship among displacement, stress and earthquake occurrence, and importanceof continuous stress observation− 643 −

第 2 図 オーバーコア法により応力測定を行うためのインテリジェント歪計
Fig.2 Intelligent type strain meter for determining in-situ stress by over-coring method

第 3 図 東濃地震科学研究所におけるボアホール観測点分布とボアホール深度
Fig.3 Distribution of borehole station with depth being operated by TRIES− 644 −

第 4 図 屏風山ボアホールの形状と応力測定・総合観測装置の設置位置
Fig.4 Structure of Byobusan 1 km borehole and installation position of multi-component instrument

第 5 図 インテリジェント歪計とその設置前
Fig.5 Intelligent type strain meter before installation− 645 −

第 6 図 初期応力測定のためのボアホール形状、ひずみ計の設置とオーバーコア
Fig.6 Borehole structure for installation of intelligent type strain meter and over-coring

第 7 図 オーバーコアにおける作業プロセス
Fig.7 Operation process in case of over-coring− 646 −

第 8 図 オーバーコアにより取り出されたサンプル、インテリジェントタイプ歪計と検定容器
Fig.8 Core sample, intelligent type strain meter and calibration vessel taken out by over-coring

第 9 図 屏風山 700m 深度で実施したオーバーコアによりインテリジェント歪計で観測された歪変化
Fig.9 Strain variation data recorded by intelligent type strain meter by over-coring in Byobusan 700 m
position. Position of the instrument and obtained data are also indicated.

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第 10 図

屏風山ボアホールの 350m と 700m においてインテリジェント歪計によるオーバーコアリングにより求められた応力
Fig.10 In-situ stress at 300m and 700m depths of Byobusan borehole. They were obtained fromovercoring method by means of intelligent type strain meter developed by us.

第 11 図 屏風山観測点を含む領域における地理院により得られた主歪との比較
Fig.11 Comparison between principal strain obtained from triangulation survey performed by GSI
and principal stress obtained from our overcoring method− 648 −