2019 Fiscal Year Annual Research Report
Permeability behavior in high-temperature ductile crust and prediction of spatiotemporal evolution in supercritical geothermal resource
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17H03504
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
渡邉 則昭 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (60466539)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡本 敦 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (40422092)
坂口 清敏 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (50261590)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 再生可能資源・エネルギー / 超臨界地熱資源 / 延性地殻 / 浸透率 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
母岩に貫入したマグマが地下水と接触し冷却・固結する過程で形成される超臨界水を包有するき裂性岩体からなる新しい地熱資源“超臨界地熱資源”および浅部の従来型地熱資源の規模や特性は，母岩および貫入岩の浸透率に大きく依存する。一方，浸透率は，脆性－延性遷移等の力学特性の変化や，流体の相変化にともなう高速・核形成型析出により激変する可能性が示唆されているが，詳細は不明である。そこで本研究では，室内実験を通じて岩石の力学特性の変化および流体の相変化が関与する浸透率挙動の支配方程式を導出し，超臨界地熱資源の時空間発展予測シミュレーションを通じて既存の熱水対流系の底近傍（超臨界地熱資源の一部）からその上部に存在する浅部熱水対流系の形成の再現に挑戦し，時空間発展予測法の可能性を明らかにすることを目的とする。
本年度の当初計画は，昨年度に引き続き，き裂を有する花崗岩を用い，塑性条件下のき裂面溶解，流体の相変化による高速・核形成型析出およびき裂の非地震性せん断すべりのうち，既知の弾性条件下のき裂面溶解，結晶成長型析出および地震性せん断すべりと比較した場合，浸透率への影響に顕著な違いがある現象について，その影響を定式化するための室内実験を実施するというものであった。昨年度までに，塑性条件下のき裂面溶解に関する浸透率への影響に関する室内実験を通じた検討は終了しているため，本年度は本研究成果の妥当性を再検証し，国際学術雑誌上で公表した。一方で，流体の相変化による高速・核形成型析出に関しては，昨年度の成果を踏まえ，析出するアモルファスシリカの特徴と浸透率変化挙動との関係を解明することを目標として室内実験を実施した。また，き裂の非地震性すべりに関しては，昨年度に引続き，応力レベルの影響に関する室内実験を実施し，応力レベルの依存性を概ね明らかにすることができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初計画では，昨年度以降三年間程度で，塑性条件下のき裂面溶解，流体の相変化による高速・核形成型析出およびき裂の非地震性せん断すべりの三つの現象に関して，浸透率への影響を明らかにする計画であったが，そのうちの2つの現象についての影響の解明が完了し，計画通りに研究が進展しているため。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の当初計画は昨年度に引き続き，き裂を有する花崗岩を用い，塑性条件下のき裂面溶解，流体の相変化による高速・核形成型析出およびき裂の非地震性せん断すべりのうち，既知の弾性条件下のき裂面溶解，結晶成長型析出および地震性せん断すべりと比較した場合，浸透率への影響に顕著な違いがある現象について，その影響を定式化するための室内実験を実施するというものである。
塑性条件下のき裂面溶解に関しては，すでに全ての実験を終了し，350℃～500℃の地熱環境に適用可能な，き裂面の自由表面溶解および圧力溶解にともなう浸透率変化挙動の予測式を導出した。また本研究成果の国際学術雑誌上での公表も済んでいるため，今後は塑性条件下のき裂面溶解に関する実験等は実施しない。
一方で，流体の相変化による高速・核形成型析出に関しては本年度までに，析出するアモルファスシリカの特徴に及ぼす温度，間隙圧およびシリカ飽和度依存性を室内実験により明らかにし，アモルファスシリカの特徴と浸透率変化挙動との関係を解明することを目標とした室内実験を実施している。今後も本室内実験を継続して実施し，流体の相変化による高速・核形成型析出の浸透率への影響の定式化を目指す。
また，き裂の非地震性すべりに関しては，本年度までに，温度および応力レベルの影響に関する室内実験を実施し，これらの影響をほぼ明らかにできている。そこで今後は，これまでに得られた結果の妥当性を確認するととともに，き裂の非地震性すべりの浸透率への影響を定式化し，研究成果を国際学術雑誌上で公表することを目指す。
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Research Products
(14 results)
