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 1 平成25年度 JOGMEC地熱部事業成果報告会
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)
地熱貯留層を規制す る地熱構造の解明 1 地熱資源の規模 評価 2 上の岱地区の地熱貯 留層との関係解明 3 国定公園内での地熱 開発の可能性の評価 4 地熱開発の経済性 の評価 5 国定公園特別地 域 木地山 下の岱 上の岱 図1 木地山・下の岱地域 基本方針 4 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㈱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 フラクチャー ゾーン 速い 遅い フラクチャーの 発達方向
S波スプリッティング解析の概要（１）
パス スプリット パス パス スプリットパスを観測 微小地震 通常のパスを 観測 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 地震計 微小地震a) 測定原理
震源 観測点 ①震源位置 を求める Z 成分 X 成分 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。 ②ホドグラム解析でスプリッティングデータを探す ③スプリッティング波形の記録を 各観測点に投影する。
b) 解析手順
S波スプリッティング解析の概要（２）
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。 上から見た図 観測点 フラクチャー 震源 横から見た図 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。 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。 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。 ④ 観測点に示される先行 S 波 の方位。 S 波スプリッティング観測 のイメージ 観測点
S波スプリッティング解析の概要（３）
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。 平面図 を作成
（フラクチャー密度分布の解析）
S波 フラクチャー ゾーン 速い 遅い フラクチャーの 発達方向 フラクチャーの規模が大きい程、時間差が大きくなる 0 2 4 6 8 0.010 0.100 0.50 km 0 2 4 6 8 0.010 0.100 1.50 km 0 2 4 6 8 0.010 0.100 2.50 km 0 2 4 6 8 0.010 0.100 3.50 km 0 2 4 6 8 0 2 4 6 8 10 12 0.010 0.100 4.50 km 0 2 4 6 8 0 2 4 6 8 10 12 0.010 0.100 5.50 kmFig. 8. Three dimensional tomographic results of the splitshear-wave inversion
displayed as horizontal slices 1.0 km apart. The model is represented by the value of the dimensionless crack-density parameter CD = Na3/N, where orange and red regions represent higher crack-density and blue regions represent lower crack-density. Black triangles represent station locations.
深度 密度が低い 密度が高い
観測のイメージ
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 ② 震源位置の高精度化 （Double Difference 法） 微小地震 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 微小地震観測点 1.5km/s 2km/s 3km/s 深度 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。 速度異常域 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 3 次元速度構造 解析 S 波ｽﾌﾟﾘｯﾃｨﾝｸﾞ 解析 データの選定 発生頻度の検証 速度モデル の最適化 震源位置決定 Double- Difference 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 データ数量 (パス×観測点) の確認 同一点で観測され る地震ペアを探す 地震ペアの相互相 関係数を求める 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? 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 震源分布深度の 再検証 Yes No 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 パスを P-SH-SV 座 標に回転する S 波の極性を探す (ホドグラム解析) 結果を手作業で 確認し、極性 と遅延時間を 確定させる 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 密度解析 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
上の岱 地熱発電所 泥湯断層（断層①） 断層⑥ 断層⑤ 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。
重力探査 ブーゲー異常図（補正密度2.50g/cm3）
METI(2012)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。 上の岱(C断面) 木地山(E断面) 上の岱と木地山は 類似の構造 地熱構造モデル断面図 （C，E断面） METI(2012)に加筆
測点数および 観測期間 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 観測微小地震数 解析範囲内475件（全体1,236件） 観測成分 3成分 サンプリング 間隔 500Hzサンプリング A/D コンバータ 24 bit 微小地震観測点 位置図
微小地震臨時観測の概要
フラクチャー密度解析結果
