現地適用性検討

フェーズ2の2ヵ年目以降の掘削地点選定を 目的として、平成17年度に幌延地域に分布する 大曲断層を対象として、断層の性状を把握する

ために反射法地震探査を実施した。探査は大曲 断層が分布する地域のうち、大曲断層に起因す るリニアメントが明瞭でかつ断層露頭の分布が 確認されている、北海道天塩郡幌延町上幌延地 区 か ら 開 進 地 区 に 至 る 地 域 で 実 施 し た ( 図

3.5-3)。探査の結果、道道に沿って実施したLine

１の反射断面において褶曲構造と断層構造が確 認できること(図3.5-4)、さらに本測線北側に断 層露頭が存在して、断層位置を比較的特定しや すいことから掘削箇所をLine1 沿いに選定した。

(2)掘削孔跡

①掘削用地が確保できること、②反射法地震 探査で捉えた断層帯を上盤側から掘削すること、

③浅部での断層帯の拡がりをコアリング掘削に より把握できることなどを満足するように、掘 削孔口および孔跡を決定した。その結果、掘削 は 断 層 の 東 側 か ら 断 層 に ほ ぼ 直 行 す る 方 位

(220°)に向かい掘削を開始し、坑口から掘削長

200mまでは傾斜35°沿角のノンコア掘削、掘削 長750mまでは偏角率1°/10mのコントロールコ アリング掘削、掘削長 800m までは水平コント ロールコアリング掘削とすることとした。具体 的には、稚内層の大曲背斜軸部から掘削を開始 して、240m～370m 間で大曲断層とその影響範 囲(ダメージゾーン)を抜ける孔跡となった(図 3.5-4)。

図 3.5-3 上幌延地区周辺の地質および反射法地震探査測線図

Line 1

Line 3

Line 2 大曲断層

Line 1

Line 3

Line 2 大曲断層

図 3.5-4 反射法探査結果および掘削孔跡

(3)コントロール掘削

掘削においては、断層帯において想定される 危機を抽出し、危機回避に対応するための手順 を準備し掘削に臨んだ。

平成 18 年度はコントロールにより、200m～

400mの200m間の掘削を実施した。実施区間の コア採取率は99.8%であった。実掘削期間は34 日間であり1日あたりの掘削能率は5.88mとな った。断層帯区間での掘削中は、危機の早期発 見のためフィード力計測、コア観察、泥水性状 計測、タンクレベルの計測、WL-MWD パラメ ータなどにより、異常の発生をモニタリングし た。しかし、断層に起因する孔壁崩壊・大量逸 泥などの危機を発生させることなく、掘削を終 了することができた。

平成18年度の掘削実績に基づき、平成19年 度は当初計画した軌跡計画の座標との垂直距離 を 20m 以内に収まるように増角率を 1.27°/10m として掘削することとした。コントロールによ り、掘削長400m～693.5mの293.5m間の掘削を

実施した。掘削区間の採取コア長は 292.8m で コア採取率は99.8%となった。

掘削計画に沿ってコントロール掘削を開始し たが、断層区間においては割れ目が多く、この た め 区 間 増 角 率 の 変 動 が 大 き く 、 計 画 し た

1.27°/10m の増角率を維持することが孔壁の状

況から困難となり、掘削長 500m 過ぎまでは

1.0°/10mの増角率でのコントロール掘削を実施

した。掘削長 500m 以降においては割れ目が疎 らになったことから 1.27°/10m を目指したコン トロール掘削を実施した。ところが、掘削長 600m以降に再度増角率に大きな変動が発生し、

ロッド管内への装置の挿入時においても抵抗が 発生し、押し込み装置による装置の降下におい ても困難な状況となった。また、掘削長693.5m 掘削終了後には孔壁の崩壊も発生し、掘削の継 続が困難な状況となり、年度内での改善作業が 困難であると判断し、掘削長 693.5m で適用試 験を終了した。

平成20年度は平成19年度に引き続き上幌延

水理試験実施区間 WL-LWD検層区間（掘削時）

WL-LWD検層区間（非掘削時）

0

100

200

300

400

500 0 100

200 300

400 500

600 700

CP: 8"STPG(195.00m) CP:10"STPG(52.16m) CP:12"STPG(20.00m) CP:14"SGP(8.50m)

◇ケーシングパイプ

平成20年度適用試験掘削軌跡（実績）

平成19年度適用試験掘削軌跡（実績）

平成18年度適用試験掘削軌跡（実績）

平成20年度開始前修正軌跡 平成19年度開始前修正軌跡

HCD-3孔開始時計画軌跡(平成18年度作成)

800m 700m

600m

500m

400m 300m

200m

693.5m

地 区 の HCD-3 孔 井 を 延 伸 掘 削 し た 。 掘 削 長 693.5m（傾斜84.8°）より偏角約1°/10mで、740m より水平を維持してコアリング掘削を実施し、

予定通りの方向性を維持し、ほぼ 100％のコア を採取することができた(図3.5-4)。

(4)大曲断層の特性評価

反射法地震探査、孔内調査およびコア観察、

調査により、大曲断層の特徴を把握した。

断層の分布が明瞭な上幌延地区において実施し た反射法地震探査の結果、リニアメントおよび 断層露頭が存在する地下に数条の地層不連続面 が識別できた。これらの分布は地下 400m から 地上にかけて不連続面が枝分かれした形状をし ている。傾斜はおおよそ30°～50°であり、地下 250m付近での幅は約150mである。また、反射 面から断層周辺に背斜軸が認められる。

コントロール掘削によるコア採取の結果、深 度(掘削長)210mから690mの区間に24条の断層 帯が確認できた。このうち反射法から推定され る大曲断層に相当する箇所にf3からf14の断層

帯が集中すること、反射法で大曲断層の主断層 と推定される箇所には断層帯で一番規模が大き く、それを境界として地層の傾斜が変化するf8 が分布し、反射法とコアから推定する断層が整 合的であることが確認できた(図3.5-5)。

なお、大曲断層の上盤および下盤の岩石試料 の鉱物分析の結果からは、両者共にオパール A が認められることから稚内層と考えられ、地下 では大曲断層により稚内層同士が接しているこ とが確認できた。

岩石コア試料の透水係数はおおよそ10^-12 m/s オーダーである。これに対し、孔内での透水試 験 に よ る 結 果 は 、 断 層 内 で は 1.9-3.5×10^-10～ 1.0×10^-11 m/s 以下(測定限界)、断層周辺では 1.9×10^-9～2.3-3.7×10^-10 m/s、断層周辺の逸泥箇所 では1.9-2.7×10^-6 ～2.4×10^-7 m/ｓであり、インタ クトな岩石の透水試験の結果に比べ、孔内試験 の結果はいずれも大きな透水性を示しており、

これが割れ目に起因すると考えられる。断層内 部と断層周辺(逸泥箇所を除く)いずれも低い透

図 3.5-5 大曲断層の分布（反射法結果とコア観察結果）

水性を示すが、断層内部がその周辺岩盤に比べ て若干低い透水性を示す。

以上から、稚内層の透水性は岩石が有する粒 状媒体としての特徴を有するのみならず地層中 に発達する割れ目に依存する特徴をも有する。

また、断層内部には角礫や割れ目が多く発達す るものの、周辺の断層影響帯の岩盤に比べさら に透水性が低く、粘土化することにより割れ目 が閉塞して透水性が低くなっていると推察され る。

孔内透水試験時に計測した区間間隙水圧の分 布からは、断層の下盤で最大の間隙水圧(水頭で 68m)を示しており、210m および 690m の逸泥 区間に向かって圧力が低減する傾向が認められ る(図3.5-6)。

水質は Na－Cl リッチであり、その濃度は海 水のおおよそ 1/4程度である。全体として濃度 の深度依存性は認められない。また、断層の内 部や断層を境にした水質の変化は認められない。

酸素･水素同位体の測定結果からは、分布が直線 的であり、その直線が深部の地層水と天水をエ

ンドメンバーとした希釈ラインに乗っているこ とが推察される。ただしその分布は深度との関 係が明瞭でない(図3.5-7)。地下水の地化学特性 からは、地下 200m 以深の地下水は、地表から の天水の浸入の影響を大きくは受けていないこ と、断層に支配された水の動きを示していない と推察される。

以上から、断層は地下水流動を大きく支配は していないが、圧力を保持する機能を有してい ることが推察される。