2002 Fiscal Year Annual Research Report
マグマからの直接熱抽出における破砕帯形成プロセスに関する破壊力学的研究
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13650981
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
林 一夫 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (30111256)
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| Keywords | 地熱 / マグマ / マグマ発電 / 破砕帯 / き裂 / き裂成長 / 熱収縮 / 熱収縮割れ |
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| Research Abstract |
マグマから直接熱抽出をする場合、熱交換に直接関与するのは固化域内周付近に形成される破砕帯の通水特性である。これに関与するパラメータは、熱交換システムの設置深度、固化域の外径・岩体の破壊じん性、線膨張係数、縦弾性係数、坑井半径及び坑口圧である。このうち、岩体の破壊じん性、線膨張係数及び縦弾性係数は物性値で、外部から制御できるものではない。固化域外周の大きさは、第一義的には、マグマの固相線温度と対流するマグマからの熱抽出システムへの熱移動量によって決まるものであって、物性値ではないが、制御することは極めて困難と言わざるを得ない。一方、坑井半径は、坑井掘削の設計時に我々が決定する量である。また、坑口圧は、水圧破砕時あるいは熱抽出時のいずれのフェーズでも、坑井内流動が二相状態にならない限り、比較的簡単に制御できる。これらの三因子のうち、設置深度が極めて強い影響を及ぼすことは、これまでの研究で既に明らかにした。ここでは、新たに、熱交換システムの中核をなす破砕帯に対する坑井半径と坑口圧の影響について詳細に調べた。その際、深度7km、破壊じん性2MPa√<m>、先在き裂長さ2.5mm、線膨張係数と縦弾性係数の積を4.5×10^5(Pa/℃)とした。以下の知見を得た。すなわち、坑井半径を0.05m〜0.3mと変化させても、き裂成長が始まる坑井内温度はほとんど変化しない。破砕帯を構成するき裂の長さは、坑井半径が大きくなるにっれて長くなる。次に、坑口圧を変えて、破砕帯形成プロセスを調べた。以下の知見を得たすなわち、坑口に加圧しても、き裂の長さはほとんど変化しない。最初にき裂成長が起こる坑井内温度、は坑口圧に対して敏感である。
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