　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 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 URL http://www.lib.kobe-u.ac.jp/handle_kernel/00518506 Create Date: 2014-10-30 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 Aud i of r e q ue nc yMa g ne t o t e l l ur i cs ur ve ysa tt heHi j i maFa ul t , t heYa ma s a ki f a ul ts ys t e m 山口覚l ) Sat o u Yamaguc r hi 小川康雄 2) Yas uoOg awa 氏原直人 3) Nao t oUj i har a 藤田活士 1) Kyos i hiFuj i t a 井口博夫 4 ) Hi r o ol no kuc hi 大志万直人 5) Nao b Os hi man 石橋克彦 6) Kat s uhi kol s hi bas hi 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 :Au d i o n の測線を設定し,測線上の 1 k 0地点で測定を行っ Fr e q u e n c yMa g ne t o t e l hL icS r t me y )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 ( El e c t r o mag ne icRes t e ar c hGr o upf o r Ac iveFau t lt ; 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 wo r he t ta l. ,1 997; Ri t t ere ta l. , 2005)このような低比抵抗帯は Fau ltZoneCo nduc t or( 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 wo r t he ta l . ( 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 veandTho ms o n, 1 989), Phas eTe ns o r法 ( Cl adwe l l l. , 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 hi 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 i oFr e que nc y 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 Mag ne t ot e l l ur icMe t ho 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 t er e f e r e nc 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 mo t er e f e r e nc e法 ( Gambl ee ta 1 . ,1 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 hi daandOg awa, 1 993 ) を使用した,また, 当たっては,ABI mi ni mt l 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 ma li z e dr o o 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 t er e f e r e nc 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 et ens o r法 ;Ca ldwe l leta l. , 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 Ca ldwe l l T. G. , H. M. Bi bby , andC. Br o wn, Themag ne t Dt el l ur icphas et ens or ,u pL ys . Jht _ ,1 58, 457･ 469,2004. Chav e, A. D. n dTho a ms onI ) . J. ,So mec omme nt s0 nmag ne t Ot el l u r i cr e s po ns ef unc io t ne s 血 at io n, J的 - ll . 1b 5 . , 9 4 ,1 421 5･ 1 42 25,1 98 9. El e c t r o ma g ne icRe t s e a r c hGr o upf o rt heAc t i v eFa lt u , L AWe l e c t ic r a lr e s I S iv t it ya lo nga na c t l V ef a lt u , heYa t ma s a k i , G bo e l e dl : , 3 4,1 031 27 ,1 982. hu lt , I k mag , W. M. Go ubau, a ndJ. Cl a r ke , Mag ne t ot e l l u r i c swi t har e mo t emag ne icr t e f e r e nc e ,Geo pbyslc s , 4 4, 5 31 68, Ga mbl eT･ D. 1 97 8, 兵庫県,山崎断層帯に関する調査成果の概要 ,p. 25,2003. 38,2003. 地震調査研究推進本部地震調査委員会,山崎断層帯の長期評価について ,p. 活断層研究会編, [ 新編] 日本の活断層一分布図と資料 -,東京大学出版会,p. 437, 1991. Og a wa, Y. a ndUc h i da,T. .At wo d i me ns i o na lmag ne t o t e uu nci nv e r s i o na s s umi ngGaus s i a ns t at i cs hi t,k ph f ys . I Z Dt . ,1 2 6, 6 9･ 7 6,1 9 9 6. 岡田篤正,東郷正美,近畿の活断層,東京大学出版会,p. 395,2000. t t er , 0. , A. Ho l ha nn･ Ro t he , PA.Bed r o s i a n,U, We c na k nn,a ndV Ha ak, El e c t nc lc a o nduc t i it v yI mag e sO fa c t l V e Ri a ndf o s s lh u i ltz o ne s ,1 651 1 8 6,i n` Hi h･ g s t r inz a one s :St uc r t ur ea ndph ys I C l pr a o er p ies t ' ,GSASpe c i l a Pub l i cat io n2 45, 2 00 5. ndY.Og a wa,De v e l o pme nto fFo r t r n c a o de sf o rt wo d i me ns i o na l mag ne t o t e nuncI nv e r s i o nwi h t Uc hi da,T.a s m0t hne s sconst r int a , Geo l o g l C l Su a r v e yo f Ja pa nOpe n･ Fi l eRe po r t , No . 2 05 , pp.1 1 5,1 993. Uns wo r t h, M. J, P. E. Ma m, l G. I ) . Eg b e r t , a ndJ. a B0ke r , I nt e na r ls t uc r t ur eo ft heSanA nd r e a sh u lta tPa r k ie f l d, Ca l i f o r ma, k l o w, 2 5, 35 93 62,1 9 97, 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- ●1 ●2 -､亡ヨ ●3 ● 4 し _ ∼6 k m ､､､ヽ三､､ 5 6● ､ヽ 3503● ●8 , ･9 ● 7､-､や ●10 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. 0 ( ∈1) L PdgQ 2 1 1 0 Di s t a n c e ( k m) 2 ■■■提1 1 2 3 4 Re s i s t i v i t yl l o g ( E l m) ] 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- Audi of re que nc yMa g ne t o t e l l ur ics ur ve ysa tt heHi j i maFa ul t , t he Ya ma s a kif a ul ts ys t e m S a t omYa ma g u c h i Ⅶs u oOg a wa Na o t oUj i h a r a Kj y o s h i Fu j i t a r o oJ n o k u c h j Hi Na o t oOs h i ma n Ka t s u h i k ol s h i b a s h j Abs t r ac t Au di o ma g n e t o t e l l u r i c( AMT)s u r v e y swe r ec a we do u t t oi n v e s t l g a t et h ee l e c t r i c a l c o n du c t i v l t yS けu c t t L r ebe n e a t ht h e Hi j i maf a lt Th u i sf a u l t) So n eof t h ema j o rs e g me n t sof t h eYa ma s a ki f a u l t s y s t e mwh j c hj st h er e f) reS e n t a t i v ema j o r t . AMTo b s e r v a t i on s a c t i v ef a u l ti ns ou t h we s t e r nJ a p a n . Wema d ean o r t h s o u t ht r e n di n gp r onea c r o s st h eHi j i mar a u l we r ema d ea t t e np oi n t sa lon gt h epr ome , Go odqu a l i t yd a t awe r eo b t a i n e dl nt h ep e r i o dr a n g eb e t we e nI 0 4 0 Hza n d od. Th er e s I S t i v i t y I 0Hz . Two di me n s i o n a l r e s i s t i v i t ymo d e l wa sd e t e r in m e db yt h et wo di me n s i on a l i n v e r s l O nme t h r a c eor t h ef a u l t ( FZC)o nt her e g i o n a l r e s I S hv i t ys t uc r t ur e mo d e l i sc h a r a c t e iz r e dac o n d u c t i v ez on ea l o n gt h es u r f a c et er i Re dt h a t t h eAMTme t h o di sus ef ul t os u r v e ya wh i c hi sd e c i d e db yr e g l O n a l g e ol o g l C a 】 s t uc r t u r e . Th i ss t u d yv s u bs u r f a c er e s i s t i it v ys t uc r t u r eo ft h eYa ma s a k i f a u l t s y s t e m, e v e nt h ou g hj t j sl o c a t e di nt h ea r e awh e r emo d e r a t e l yh i g h r t i hc j a l e l e c t r o ma g ne t i cn o i s e斤o mt h eh i gh l ypo pu l a t e dc i t i e s( Hi me j i , Ro be )i se x p e c t e d･ a -1 5-