2016年9月23日金曜日

地震データの収集に向けた初の深海掘削の研究航海において、世界でも有数の地震発生帯南海トラフで、水深2,000mを越える海底から1.6キロメートルほどまで掘りさげることに成功した。

南海トラフの巨大地震と、深海掘削船『ちきゅう』
by wired vision

[この記事は、2009年8月に掲載された記事を再編集したものです]

出典リンク:

http://wired.jp/2011/05/08/%E5%8D%97%E6%B5%B7%E3%83%88%E3%83%A9%E3%83%95%E3%81%AE%E5%B7%A8%E5%A4%A7%E5%9C%B0%E9%9C%87%E3%81%A8%E3%80%81%E6%B7%B1%E6%B5%B7%E6%8E%98%E5%89%8A%E8%88%B9%E3%80%8E%E3%81%A1%E3%81%8D%E3%82%85%E3%81%86/

2011.05.08 SUN 20:00

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【地震データの収集に向けた初の深海掘削の研究航海において、世界でも有数の地震発生帯(南海トラフ)で、水深2,000mを越える海底から1.6キロメートルほどまで掘りさげることに成功した。】

http://wired.jp/2009/08/04/%E6%8E%A2%E6%9F%BB%E8%88%B9%E3%80%8E%E3%81%A1%E3%81%8D%E3%82%85%E3%81%86%E3%80%8F%E3%80%81%E5%8D%97%E6%B5%B7%E3%83%88%E3%83%A9%E3%83%95%E3%81%AE%E6%B7%B1%E6%B5%B7%E6%8E%98%E5%89%8A%E3%81%AB%E6%88%90/

2009.08.04 TUE 23:00

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出典リンク:

https://www.jamstec.go.jp/j/about/press_release/20090730/

2009年7月30日
独立行政法人海洋研究開発機構

統合国際深海掘削計画(IODP)
地球深部探査船「ちきゅう」による南海トラフ地震発生帯掘削計画(速報)

~平成21年度第1次研究航海 ライザー掘削実施~

1.概要

独立行政法人海洋研究開発機構(理事長 加藤康宏)の運用する地球深部探査船「ちきゅう」は、統合国際深海掘削計画(IODP)※1による「南海トラフ地震発生帯掘削計画」ステージ2として、巨大地震発生帯の直上を深部まで掘削して地質構造や歪の状態を明らかにすることを目的とし、紀伊半島沖熊野灘にて本年5月12日より本年度の第1次研究航海を実施しており、8月1日に終了する見込みです。

2.平成21年度第1次研究航海実施内容

本航海では、厳しい海気象条件・地質条件の下、2,000mを超える大水深のNT2-11地点(水深2,054m、図1)においてライザー掘削※2に挑み、当初の計画通り海底下1,603.7mに達しました。

また、以下の調査を実施しました。

(1) 海底下1,510mまで、ドリルパイプの先端近くに搭載したセンサーによる掘削同時計測(MWD: Measurement While Drilling)を実施し、孔井傾斜・方位、孔内圧力、自然ガンマ線等のデータをリアルタイムで入手しました。

(2) 海底下約700mからライザー掘削を開始し、ライザー掘削システムの特徴である泥水循環により掘り屑(カッティングス)を船上に回収し、深度方向の岩相と年代の変化の全体像をつかむため、分析処理を行いました。海底下1,510-1,593.9mの区間で、柱状地質試料(コア)を採取しました。(写真1)

(3) 掘削後の孔内にはワイヤーで吊るしたセンサーを直接降ろし、泥水の温度・電気抵抗、地層の電気抵抗・孔径・間隙率・密度・ガンマ線・間隙水の圧力や流体の浸透率、地層の応力や強度等の測定を実施しました(ワイヤーライン(WL)検層)。

(4) さらに、7月24日から25日にかけて、当機構所有の深海調査研究船「かいれい」を移動させながらエアガンにより音波を発振し、掘削孔の中に降ろした16台の地震計と海底に設置した8台の地震計を用いて、孔内地震波探査(VSP: Vertical Seismic Profiling)および孔井周辺の地震波探査を実施し(図2、写真2)、従来より高精度なプレート境界や付加体の地質構造に関するデータを入手することに成功しました。

3.今後の予定

今回の掘削孔は今後予定される長期孔内計測に活用するため、孔底までケーシングパイプを設置し、8月1日(見込み)に、孔口装置に蓋を設置して作業を終了する予定です。引き続き本年度第2次研究航海として、NT2-01地点(図1)において、地震発生帯から延びる巨大分岐断層浅部をライザーレス掘削により貫通し、掘削同時検層(LWD: Logging While Drilling)により岩石層序・構造・物理特性のデータを取得します。また、来年度以降に予定している長期孔内計測の準備の一環として簡易測定器を孔内に設置し、温度および圧力の測定を開始します。

今後、乗船研究者が進める詳細な研究により、過去の地震の記録が含まれている南海トラフの付加体の発達過程と巨大地震・津波発生のメカニズムを解明する重要な知見が得られることが期待されます。

(*)上記の予定は海気象等の状況によって変更することもあります。なお、「ちきゅう」の掘削作業の最新状況は、下記URLの当機構ホームページで確認できます。

http://www.jamstec.go.jp/chikyu/jp/Expedition/NantroSEIZE/special.html










2009/07/30 にアップロード
Scientists from the Integrated Ocean Drilling Program use a new technology called riser drilling to penetrate nearly a mile beneath the ocean floor into the Nankai Trough earthquake zone.


※1 統合国際深海掘削計画(IODP: Integrated Ocean Drilling Program)

日本・米国が主導国となり、平成15年(2003年)10月から始動した多国間国際協力プロジェクト。現在、欧州、中国、韓国、豪州、インド、NZの24ヶ国が参加。日本が建造・運航する地球深部探査船「ちきゅう」と、米国が運航する掘削船を主力掘削船とし、欧州が提供する特定任務掘削船を加えた複数の掘削船を用いて深海底を掘削することにより、地球環境変動、地球内部構造、地殻内生命圏等の解明を目的とした研究を行います。

※2  ライザー掘削

「ちきゅう」と海底の掘削孔を連結したパイプ(ライザーパイプ)の中をドリルパイプが通る二重管構造での掘削方法。ライザーパイプとBOP(噴出防止装置)を用いて、海上での泥水循環掘削(泥水で孔壁を保護し、地層圧力とバランスを取りながら行う掘削)を行うことで、掘削孔の崩れを防ぎ、より深くまで安定して掘削することを可能とします。

【図1】調査海域図

【図2】NT2-11地点の高精度VSP概念図

【写真1】ドリルフロアでコアを採取

【写真2】エアガン発振中の「かいれい」より「ちきゅう」を望む

お問い合わせ先:
独立行政法人海洋研究開発機構
(本内容について)
地球深部探査センター 企画調整室長 山田 康夫 TEL:045-778-5640
(報道担当)
経営企画室 報道室長 中村 亘 TEL: 046-867-9193




【図1】調査海域図


【図2】NT2-11地点の高精度VSP概念図



【写真1】ドリルフロアでコアを採取





【写真2】エアガン発振中の「かいれい」より「ちきゅう」を望む








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探査船『ちきゅう』、南海トラフの深海掘削に成功(動画)

2009年8月 4日


  :【引用】以下の通り。  ;(画像コピー不可)

【出展引用リンク1】: 

http://wiredvision.jp/news/200908/2009080423.html


【出展引用リンク2】: 

https://youtu.be/Bka3lbBq320


【引用始め】;以下の通り。

世界でも有数の地震発生帯である南海トラフで、地球深部探査船『ちきゅう』が、海底から1.6キロメートルほどまで掘削することに成功した。

Hadley Leggett

 Image:「ちきゅう」に搭載された『ライザー』 JAMSTEC/IODP

地震データの収集に向けた初の深海掘削の研究航海において、世界でも有数の地震発生帯南海トラフで、海底から1.6キロメートルほどまで掘りさげることに成功した。

地球深部探査船「ちきゅう」に乗った研究者たちは、『ライザー掘削』と呼ばれる特殊な技術を使用して、日本の南東58キロメートルほどに位置する地震発生帯である南海トラフの上部まで貫通させた[掘削場所は、和歌山県新宮市の南東沖の複数箇所]。

[ちきゅうは、日本・米国が主導し24カ国が参加する統合国際深海掘削計画(IODP)において中心的な活躍をしている科学掘削船。水深2500mの深海域で、地底下5000mまで掘削する能力を備えており、マントル物質等を採取することができる。掘削機器は最新鋭で、ほとんど全自動で稼働する。建造・運用は、独立行政法人海洋研究開発機構(JAMSTEC)の一部門である地球深部探査センター(CDEX)]

南海での掘削と試料採取活動は、5月12日(現地時間)に始まり8月1日に完了した[今回の調査は第二次調査。第一次調査は8地点を掘り、2008年2月に完了]。さまざまな計器や記録装置が孔に降ろされ、温度や孔内圧力、水圧、岩盤の透水性などを測定した。さらに、孔内に将来のための長期的な観測装置を設置している。

岩石資料を採取し、長期観測装置を設置することによって、フィリピン海プレートが日本列島の下に滑り込んでいる南海のようなプレート沈み込み帯で、圧力がどのように蓄積されていくかが解明できると期待されている。

南海トラフの断層が直近で大きく動いたのは、1944年[東南海地震、M7.9]と1946年[南海地震、M8.0]の2回で、一帯にマグニチュード8に迫る大地震を発生させ、破壊的な津波を引き起こした。このとき以来、両プレートは動き続けているが、プレート境界は固着しており、圧力を高める原因となっている。


固着した断層帯が安定したものではないことはわかっているが、それがなぜかははっきり解明されていない。固着が何を意味するかがわかれば、どのようにエネルギーが蓄積されて次の段階へと進むのかが明らかになる」と、カナダ地質調査所(Geological Survey of Canada)所属の地質学者Kelin Wang氏は語った(同氏はこのプロジェクトには参加していない)。

今回南海の調査で明らかになったことは、ブリティッシュコロンビア州からカリフォルニア州北部まで太平洋沿岸に伸びているカスケード沈み込み帯などといった、地震が発生しやすいほかのプレート境界を理解するのにも役立つだろう。

Image:D. Sawyer, JOI/USAC/IODP

[ちきゅうは、二重のパイプを掘削坑に下ろして泥水を循環させながら掘る「ライザー掘削」ができる。これは通常海洋石油掘削に利用されているが、科学掘削では初となる。]

ライザー掘削システム(PDF)では、ライザーと呼ばれる巨大な金属パイプのなかに深海ドリルを入れ込んでおり、これを船体から掘削地点まで伸ばし、効率よく船体と海底とを固定する。地層圧よりも比重をやや高く設定した泥水を、ドリルパイプを通して送り込み、ライザーパイプによって回収して循環させる。

コネチカット大学の地質学者で、このプロジェクトを率いる1人であるTimothy Byrne氏は、ライザー掘削システムについて、電子メールで次のように説明した。「主な利点の1つは、ドリルパイプに孔壁が崩れかかるのを、比重を高めた泥水が防ぐので、うまく制御しながらより深く掘り進むことが可能になることだ。たとえば、ほとんど垂直に近い孔や、急角度で傾斜する孔を掘削することが可能だ」

さらに、ライザーの使用によって、柱状地質試料(コア)や掘り屑(カッティングス)、小さな岩のかけらなどを掘削しながら集めて、船に回収することも可能になる。



Riser drilling of Nankai Trough earthquake zone



2009/07/30 にアップロード
Scientists from the Integrated Ocean Drilling Program use a new technology called riser drilling to penetrate nearly a mile beneath the ocean floor into the Nankai Trough earthquake zone.


JAMSTEC/IODP

[ちきゅうのライブ情報、船内案内、動画などを見ることができる

JAMSTECサイトはこちら]

[日本語版:ガリレオ-小林理子] WIRED NEWS 原文(English)

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【引用終わり】;以上の通り。

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【関連参考リンク】

関連参考リンク1】:【 南海トラフ 】 wikipedia 

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%8D%97%E6%B5%B7%E3%83%88%E3%83%A9%E3%83%95


関連参考リンク2】: 【 東海・南海・東南海連動型地震 】: wikipedia :


http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%9D%B1%E6%B5%B7%E3%83%BB%E5%8D%97%E6%B5%B7%E3%83%BB%E6%9D%B1%E5%8D%97%E%B5%B7%E9%80%A3%E5%8B%95%E5%9E%8B%E5%9C%B0%E9%9C%87


【関連参考リンク3】: 【 東海道、南海道の地震 】 : wikipedia : 

http://www.bo-sai.co.jp/tounankai1.htm


【関連参考リンク4】: 【 独立行政法人海洋研究開発機構 】

http://www.jamstec.go.jp/j/


【関連参考リンク5】: 【 統合国際深海掘削計画(IODP)】:


http://www.mext.go.jp/b_menu/houdou/21/06/1278365.htm

【関連参考リンク6a】: 【 地質調査エアガン 】 :

http://www.nistep.go.jp/achiev/ftx/jpn/stfc/stt072j/0702_03_featurearticles/0703fa02/200703_fa02.html

【関連参考リンク6b】: 【 地質調査エアガン 】 :wikipedia:

http://homepage2.nifty.com/desta/kai59h2.pdf   ;(画像コピー不可)


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【リンク6b : 地質調査エアガン】: 

http://homepage2.nifty.com/desta/kai59h2.pdf

  :【引用】以下の通り。  ;(画像コピー不可)

(社)日本深海技術協会会報2008 年4 号

JAMSTEC における技術開発

「かいれい」の新構造探査システム

独立行政法人海洋研究開発機構

地球内部変動研究センター兼海洋工学センター

三浦 誠一

1. はじめに

構造探査とは、地下の構造について主に遠隔的な手段によって把握するものであり、その方法によって地震探査、電磁気探査、重力探査などと呼ばれている。

その中でも地震探査は構造探査における代表的な方法であり、海域における資源調査や地質調査等に数多く実施されている。

具体的にはダイナマイトやエアガンを人工震源とし、その振動をセンサーであるハイドロフォンで受振し、そのデータを処理解析して地下の構造を把握するものである。

海洋研究開発機構(JAMSTEC)では巨大地震発生メカニズムの解明をめざして地震探査を実施してきているが、さまざまな観点から構造探査システムを新しくする必要が生じたため、2008 年3 月に大規模な改造工事によって構造探査システムを更新した1)。

本報告では「かいれい(図1)」
構造探査システムの更新およびその背景について報告する。

2. 「かいれい」構造探査システム

「かいれい」の構造探査システムはエアガンおよびマルチチャンネルハイドロフォンストリーマーおよび探鉱機で構成される(図2)。

エアガンは人工震

源であり、水中に曳航した筒状の金属体に高圧空気を充填し、一気に放出することで振動を発生させる。

振動は水中および海底下を伝わり、地下の境界面にて反射や屈折をする。海底下の岩相の相違や境界面の形状等により振動の伝わり方が変化する様子を捉えて地下の構造を把握するのである。

その振動が境界面で反射してきた波(反射波)を捉えるのはハイドロフォンストリーマーという圧力センサーが数千個ついた曳航体である。反射波によって地下の反射イメージを得る方法を反射法地震探査という。

ハイドロフォンストリーマーによって捉えた反射波を船上で収録するのが探鉱機である。また、境界面で屈折してきた波(屈折波)を捉えるのが、3 成分の速度計とハイドロフォンをセンサーとする海底地震計(OBS)である。屈折波を用いて地下の速度イメージを得る方法を屈折法地震探査という。

2.1. 最初の構造探査システム

「かいれい」の構造探査システムは1997 年度から運用開始した。当時のシステムは1000 cu. in.のエアガン4 基による4000 cu. in.のエアガンアレイと120 chで3000 mのハイドロフォンストリーマーを用いていた。センサーグループ間隔は25 m である。またOBS は15 台を用いて数十km 間隔で設置していた。

これらによって南海トラフや日本海溝におけるプレート沈み込み帯の調査を実施してきた。

当時としては大規模なシステムであったが、研究対象である地震発生帯に迫るためには、より深部までのイメージングが求められた。

図1 JAMSTEC の深海調査研究船「かいれい」

図2 構造探査の概念図。

エアガンから高圧空気を放出して振動を発生させる。その振動は海底下の境界面で反射したり(赤点線)屈折したり(青点線)してハイドロフォンストリーマーや海底地震計に記録される。

(社)日本深海技術協会会報2008 年4 号

2.2. 2 番目の構造探査システム

「かいれい」構造探査システムは1999 年度に大規模化を目的とした更新を行っている。

これは海溝型巨大地震発生メカニズム解明を目指したもので、海溝域の大構造を概査的に大深度まで把握することを目的としている。

このシステムには1500 cu. in.
エアガン8 基による12000 cu. in.の大容量エアガンアレイ(図3)および最大204 ch で5100 m のハイドロフォンストリーマー(図4)を採用した。

この更新の際には海底地震計100台体制も同時に行われており、測線長数百km という長大測線における大深度までを対象とした探査が可能となった。

これらによって南海トラフにおけるプレート境界面および分岐断層といった地震発生過程に重要な知見が得られた2)。

また2004 年度からは伊豆小笠原海域における集中的な構造探査によって、大陸棚確定調査に資する構造探査データを取得するとともに島弧成長過程について重要な知見が得られた3)4)。

2.3. 新構造探査システム
従来のシステムによって数々の成果が得られたが、それらはあくまでも長大測線による概査的な結果である。今後は構造探査による成果を他の研究分野に融合する必要があった。

特に統合国際深海掘削計画(IODP)のため本格運用を開始した「ちきゅう」を用いた物質科学研究と地震波を用いた構造研究との融合が今後の研究ターゲットのひとつと位置づけられており、そのためには構造探査システムの高精度化が必要であった。

具体的にはエアガンのチューンドアレイ化とハイドロフォンストリーマーの高分解能化である。

(1)新エアガン
従来のシステムでは同じ容量のエアガンを複数個使用していた。その場合、エアガンが発振した最初の振動だけでなく放出した空気の振動が残るため、境界面からの反射波や屈折波の後方にバブルノイズが顕著に現れる。

このバブルノイズを解消するため、チューンドアレイという方法を採用した。バブルノイズの出るタイミングと大きさは概ねエアガン容量に依存しており、容量の異なるエアガンを複数個組み合わせることによりバブルノイズをキャンセルさせることが可能である。新システムには100 cu. in.から600 cu. in.までの異なる容量のエアガン(図5)を32 基用いて合計7800 cu. in.のアレイを構成している。

合計容量は小さくなるがエアガンの数が増すことによってエアガン信号の音圧が増大することや、バブルノイズがキャンセルされてエアガン信号の立図3 旧エアガン。

トーイングフレーム最下部にBOLT社の1500LL が2 基吊り下げられている。黒い円筒形はフロートで曳航中エアガン重量を支える。青い構造物はエアガンダビットで投入揚収時にフレームを吊る。この組合せが左右2 組ずつで合計8 基となる。

図4 旧ハイドロフォンストリーマー。Syntron 社のSyntrak960 で、ケロシン充填タイプである。

(社)日本深海技術協会会報2008 年4 号
ち上がりがシャープになること等により地下境界面からの信号が確認しやすくなる。


(2) 新ハイドロフォンストリーマー

これまでのハイドロフォンストリーマーはセンサーグループ間隔が25 m であった。これは1 世代前の仕様であり水平分解能を向上させるためセンサーグループ間隔を小さくさせる必要があった。採用したハイドロフォンストリーマーはセンサーグループ間隔12.5 m である。

チャンネル数は444 ch で5500 mとなった(図6)。チャンネル数が増えることにより重合効果も期待でき、データの品質向上に有利となる。

またストリーマーケーブルを従来のケロシン充填から固形物が充填されているソリッドタイプに変更した。

これによりケロシン漏れによる浮力調整の困難等から解消され、曳航深度の安定化に貢献している。

(3) 艤装工事

「かいれい」は地震探査専用船ではなく、「かいこ図8 新エアガンの投入。エアガンおよびフロートをスリップウエイから滑らせている。

図7 「かいれい」船尾に増設されたスリップウエイ。エアガン類の投入揚収に使用する。

図6 新ハイドロフォンストリーマー。Sercel 社のSENTINEL システム。ソリッドタイプのため曳航深度が安定化しやすくなっている。

図5 新エアガン。BOLT 社のAnnular Port Air Gun である。円筒形の両端部がエアガン本体、その間はシュラウドという覆いの中にセンサーやコネクタを内包する。円筒中心部の穴にエアホースやケーブルを通すためホースやケーブルが外部に露出せず故障しにくい。

(社)日本深海技術協会会報2008 年4 号

う」による潜水調査やピストンコアなど多目的に使用する研究船である。そのため新構造探査システムを構築する際に、他の調査内容をも実現できるような機器選定および船上配置が必要であった。エアガンのチューンドアレイ化はエアガンの数を増やす必要がある。

デッキスペースの制約をクリアするため、コンパクトなBOLT 社のAnnular Port Air Gun(APG)を採用した。

またAPG と曳航用フロートを端艇甲板下に収めて重量軽減および運用簡素化もはかるため、投入揚収方法を従来のダビットを使う方式から船尾のスリップウエイという滑り台を用いる方式に変更した(図7、8)。また、予算や納期の都合などからウインチ類製作や汎用フロートの採用、運用簡素化のためストリーマーハンドリング装置を採用するなどの工夫が行われた。

3. 取得データ
図9 と図10 に旧システムおよび新システムによる反射法地震探査データを示す。概ね同じ部分に設定された測線で取得した。旧システムのデータは黒い帯が海底面の下に平行に認められる。

これが旧システムのバブルノイズである。さらに下部の反射面もバブルノイズの影響を受けて反射面に平行なノイズが下方に連続しているとともに反射波の間隔が粗く波長が長い。深部境界面は上下方向に伸びており粗いイメージとなっている。新システムのデータは海底面下部に顕著なバブルノイズは認められない。

またこれまで確認できなかった細かい反射面が多数確認できる。深部反射面においてもシャープなイメージが得られている。

4. まとめ
JAMSTEC では地震発生メカニズム解明などをめざして構造探査を実施してきた。しかし科学的要求から構造探査システムの高精度化を実現する更新が必要となった。そのため2008 年3 月に「かいれい」の新構造探査システムを艤装する工事を行った。

その結果、良好な反射法地震探査データを取得することができ、想定していた能力を概ね確認することができた。「かいれい」新構造探査システムによって、さらなる科学的要求を創出するようなデータを取得することができると期待している。

図10 新システムによる反射法地震探査データ。海底面直下から反射面間隔は非常に細かい。深部境界面のイメージはシャープになっている。

図9 旧システムによる反射法地震探査データ。海底面下約0.2 秒に顕著なバブルノイズが認められる。バブルノイズ下から反射面間隔は粗く、深部境界面イメージは粗い。


(社)日本深海技術協会会報2008 年4 号

5. 謝辞
「かいれい」構造探査システムの更新に関して、数多くの方々のご尽力により実現することができました。特に「MCS 高精度化検討チーム」の下記メンバー各位には大変お世話になりました(敬称略):網谷泰孝、門馬大和、金田義行、深尾良夫、志村明敏、中条秀彦、浦木重伸、石原泰隆、清水賢、柴田英紀、小平秀一、高橋成実、菊池一成、佃薫、前野克尚、佐藤専、潮村洋介、財津正隆、黒田芳史。ここに記して感謝の意を表します。

6. 参考文献

1)Blue Earth 編集部、海底下の未知の構造を探る
新しい構造探査システムを開発、Blue Earth、
96、28-29、2008

2)Park et al., Splay Fault Branching Along the
Nankai Subduction Zone, Science,
1157-1160, 2002

3) Takahashi et al., Crustal structure and
evolution of the Mariana intra-oceanic island
arc, Geology, 35, 203-206, 2007

4) Kodaira et al., New seismological constraints
on growth of continental crust in the
Izu-Bonin intra-oceanic arc, Geology, 35,
1031-1034, 2007

【引用終わり】:以上の通り。

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【関連参考リンク】: 

Riser Handling rig down






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