二酸化炭素の新規産業利用手法：炭酸塩鉱物化を利用した地盤改良技術の構築

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K18213
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: 高谷 雄太郎 早稲田大学, 理工学術院, 講師(任期付) (10636872)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 水岩石反応 / 炭酸塩鉱物化 / CCS/U技術 / 地盤改良

Outline of Annual Research Achievements

本年度はまず，地盤改良の対象となる砂質堆積物を選定するため東京湾沿岸部において計2回の調査を実施し，8カ所から堆積物サンプルの採取を行った．採取したサンプルは，鏡下観察によって構成鉱物の同定を行うとともに粒度分布を明らかにした．さらに，XRDおよびICP-MSによる全岩化学分析を実施し，各サンプルの炭酸塩鉱物形成ポテンシャルを算出し，反応実験に用いる試料を決定した．上記の分析の結果，一部の沿岸域に貝化石を非常に多量に含む堆積物が分布していることが明らかになった．貝化石は主として炭酸カルシウムから形成される．炭酸塩鉱物はケイ酸塩鉱物に比べて早く溶解するため，この貝化石を溶解・再沈殿させることでより簡易に炭酸塩鉱物による地盤の固化を実現できる可能性がある．そのため，当初の研究目的である”ケイ酸塩鉱物の溶解とこれに続く炭酸塩鉱物の沈澱による地盤改良技術”に加え”地層中に存在している炭酸塩鉱物の溶解と再沈殿による地盤改良”が行えるかを確認することとした．現在，反応実験に向けて試料の調整までが完了しており，後述する実験システムの変更に伴う分析手法の変更について検討している．
上記と並行して本年度は反応実験系の整備を行った．当初はフロースルータイプの実験システムを構築する予定であったが，配分予算状況を鑑み閉鎖系のシステムとした．テフロンの内筒を用い，筒の状態で各種分析を行うシステムはそのまま再現できるようにした．本年度は，この実験システムのテスト実験および炭酸塩鉱物の合成実験を試み良好な結果が得られている．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

実験システムの整備が完了し，順調に運用されている．また，現在までの運用で炭酸塩鉱物の形成条件に関する論文1編が公表されており，研究成果は順調に得られている．さらに，実地調査とその後の化学分析により，地層中に含まれている炭酸塩鉱物をそのままリサイクルし，この溶解と再沈殿による地盤改良技術という新しいアイデアが得られた．今後の課題と，新たな実験課題を見出せたことからも，本研究は順調に進展しているといえる．

Strategy for Future Research Activity

次年度は炭酸塩鉱物形成に伴う地盤改良を確認するための室内実験を精力的に進める予定である．また，確立された技術の応用範囲を明らかにするため，引き続き野外調査も実施する．
次年度が最終年度となるため，炭酸塩鉱物による地盤改良技術の有効性が確認され次第，国際学術誌への論文投稿を行うなど，成果公表についても積極的に進めていく予定である．

Research Products

• [Journal Article] Triassic marine Os isotope record from a pelagic chert succession, Sakahogi section, Mino Belt, southwest Japan (2019)
  • Author(s): Nozaki Tatsuo、Nikaido Takashi、Onoue Tetsuji、Takaya Yutaro、Sato Keiko、Kimura Jun-Ichi、Chang Qing、Yamashita Daisuke、Sato Honami、Suzuki Katsuhiko、Kato Yasuhiro、Matsuoka Atsushi
  • Journal Title: Journal of Asian Earth Sciences: X Volume: 1 Pages: 100004～100004
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.jaesx.2018.100004
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Unique Environmental Conditions Required for Dawsonite Formation: Implications from Dawsonite Synthesis Experiments under Alkaline Conditions (2019)
  • Author(s): Takaya Yutaro、Wu Miao、Kato Yasuhiro
  • Journal Title: ACS Earth and Space Chemistry Volume: 3 Pages: 285～294
  • DOI: 10.1021/acsearthspacechem.8b00121
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Subsurface deposition of Cu-rich massive sulphide underneath a Palaeoproterozoic seafloor hydrothermal system?the Red Bore prospect, Western Australia (2018)
  • Author(s): Agangi Andrea、Reddy S. M.、Plavsa D.、Vieru C.、Selvaraja V.、LaFlamme C.、Jeon H.、Martin L.、Nozaki T.、Takaya Y.、Suzuki K.
  • Journal Title: Mineralium Deposita Volume: 53 Pages: 1061～1078
  • DOI: https://doi.org/10.1007/s00126-017-0790-0
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The tremendous potential of deep-sea mud as a source of rare-earth elements (2018)
  • Author(s): Y. Takaya, K. Yasukawa, T. Kawasaki, K. Fujinaga, J. Ohta, Y. Usui, K. Nakamura, K. Jun-Ichi, Q. Chang, M. Hamada, G. Dodbiba, T. Nozaki, K. Iijima, T. Morisawa, T. Kuwahara, Y. Ishida, T. Ichimura, M. Kitazume, T. Fujita, and Y. Kato.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 8 Pages: 5763
  • DOI: 10.1038/s41598-018-23948-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Signal preprocessing of deep-sea laser-induced plasma spectra for identification of pelletized hydrothermal deposits using Artificial Neural Networks (2018)
  • Author(s): Yoshino Soichi、Thornton Blair、Takahashi Tomoko、Takaya Yutaro、Nozaki Tatsuo
  • Journal Title: Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy Volume: 145 Pages: 1～7
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.sab.2018.03.015
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Sub-seafloor hydrothermal mineralization process in the Izena Hole, middle Okinawa Trough (2019)
  • Author(s): Takaya, Y., Yamasaki, T., Nagase, T., Nozaki, T., Ishibashi, J.-i., Kumagai, H., Maeda, L. and CK16-05 cruise members
  • Organizer: International Workshop on WATER DYNAMICS
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Depiction of the sub-seafloor hydrothermal system in the Izena Hole, middle Okinawa Trough based on the whole rock chemical analyses and mineralogical observations of core samples (2018)
  • Author(s): Takaya, Y., Yamasaki, T., Nagase, T., Yonezu, K., Ikehata, K., Totsuka, S., Nozaki, T., Ishibashi, J.-I., Kumagai, H., Maeda, L. and CK16-05 Cruise Members
  • Organizer: AGU Fall Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Mineralogical and geochemical characteristics of hydrothermal clay minerals beneath active hydrothermal fields at the Iheya North Knoll, Middle Okinawa Trough (2018)
  • Author(s): Ishibashi, J.-I., Totsuka, S., Kira, Y., Tsutsumi, S., Yamasaki, T., Takaya, Y., Nozaki, T., Kumagai, H., Maeda, L., Kubo, Y. and On-board members of Chikyu SIP Cruises
  • Organizer: AGU Fall Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Subseafloor mineralization beneath hemipelagic sediments at the Izena Hole, middle Okinawa Trough, observed through the CK16-05 Cruise (Exp. 909) (2018)
  • Author(s): Nozaki, T., Takaya, Y., Nagase, T., Yamasaki, T., Ishibashi, J.-I., Kumagai, H., Maeda, L. and CK16-05 Cruise Members
  • Organizer: AGU Fall Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Characteristics of Pb-As-Sb sulfide in dead chimney collected from the ANA Site, west offshore of the Kume-jima Island, middle Okinawa Trough, Japan. (2018)
  • Author(s): Torimoto, J., Fujiwara, T., Kawagucci, S., Nozaki, T., Takaya, Y. and Kumagai, H.
  • Organizer: AGU Fall Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Spatial modeling of element contents in active seafloor hydrothermal field by a combination of principal component analysis and geostatistical simulation (2018)
  • Author(s): de Sa, V. R., Koike, K., Goto, T., Suzuki, K., Ishibashi, J.-I., Nozaki, T., Takaya, Y., Masaki, Y. and Kumagai, H.
  • Organizer: 15th International Symposium on Mineral Exploration (ISME-XV)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Spatial variations of mineral texture and chemical composition of sulfide chimney collected from the Okinawa Trough, Japan (2018)
  • Author(s): Torimoto, J., Fujiwara, T., Nozaki, T., Takaya, Y. and Kumagai, H.
  • Organizer: 29th V.M. Goldschmidt conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Subseafloor mineralization at the Izena Hole, Okinawa Trough from the aspect of drill cores obtain by the CK16-05 Cruise (Exp. 909) (2018)
  • Author(s): Nozaki, T., Takaya, Y., Nagase, T., Yamasaki, T., Ishibashi, J.-I., Kumagai, H., Maeda, L. and CK16-05 Cruise Members
  • Organizer: 29th V.M. Goldschmidt conference
• [Presentation] Development of in-situ LIBS and Raman spectroscopic analyzers for deep-sea surveys (2018)
  • Author(s): Takahashi, T., Thornton, B., Takaya, Y., Nozaki, T., Yoshino, S., Ohki, T., Ohki, K. and Sakka, T.
  • Organizer: Laser Solutions for Space and the Earth 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ハイドロサイクロンを用いたレアアース泥の選鉱手法 (2018)
  • Author(s): 髙谷雄太郎・安川和孝・藤永公一郎・大田隼一郎・中村謙太郎・ドドビバ・ジョルジ・森澤友博・桑原拓馬・北詰昌樹・藤田豊久・加藤泰浩
  • Organizer: 資源・素材2018
• [Presentation] レアアース泥に関する最新研究成果の総括 (2018)
  • Author(s): 加藤泰浩・中村謙太郎・藤永公一郎・安川和孝・高谷雄太郎・大田隼一郎・田中えりか・見邨和英・飯島耕一・町田嗣樹・野崎達生・木村純一・岩森光
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [Presentation] 伊是名海穴での掘削コアと検層の対比：「ちきゅう」掘削CK16-05 (2018)
  • Author(s): 熊谷英憲・野崎達生・石橋純一郎・池原研・山田泰広・北田数也・真田佳典・正木裕香・小森省吾・髙谷雄太郎・山崎徹・長瀬敏郎・前田玲奈・CK16-05航海 乗船者一同
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [Presentation] Rock magnetism for characterization of submarine volcanism in the Okinawa Trough (2018)
  • Author(s): Fujii, M., Sato, H., Nozaki, T. and Takaya, Y.
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [Presentation] 伊是名海穴「次世代海洋資源調査技術」掘削コアの再検討にもとづいた対比 (2018)
  • Author(s): 熊谷英憲・野崎達生・石橋純一郎・池原研・山田泰広・北田数也・真田佳典・正木裕香・小森省吾・高谷雄太郎・山崎徹・長瀬敏郎・前田玲奈・CK16-05乗船者一同
  • Organizer: 資源地質学会
• [Presentation] 沖縄トラフ伊是名海穴熱水域より得られた掘削コアの地球化学的特徴 (2018)
  • Author(s): 石橋純一郎・堤映日・土岐知弘・高谷雄太郎・野崎達生・熊谷英憲・前田玲奈・CK16-05乗船者一同
  • Organizer: 資源地質学会
• [Presentation] 沖縄トラフ産硫化物チムニーにおける鉱物組織と鉱物組成の空間的変化 (2018)
  • Author(s): 鳥本淳司・藤原泰誠・野崎達生・高谷雄太郎・熊谷英憲
  • Organizer: 資源地質学会
• [Presentation] CK16-05航海 (Exp. 909) 伊是名海穴掘削コア試料の岩相ユニット区分および地震波探査との照合 (2018)
  • Author(s): 野崎達生・熊谷英憲・石橋純一郎・池原研・山田泰広・北田数也・真田佳典・正木裕香・小森省吾・高谷雄太郎・山崎徹・長瀬敏郎・前田玲奈・CK16-05航海乗船者一同
  • Organizer: 日本地質学会
• [Presentation] 南鳥島レアアース泥のスカンジウム資源ポテンシャル (2018)
  • Author(s): 安川和孝・大田隼一郎・見邨和英・田中えりか・高谷雄太郎・臼井洋一・藤永公一郎・町田嗣樹・野崎達生・飯島耕一・中村謙太郎・加藤泰浩
  • Organizer: 日本地質学会
• [Presentation] 南鳥島レアアース泥研究の最新成果 (2018)
  • Author(s): 加藤泰浩・高谷雄太郎・安川和孝・中村謙太郎・藤永公一郎・大田隼一郎・町田嗣樹・田中えりか・見邨和英・飯島耕一・野崎達生・木村純一・岩森光
  • Organizer: 日本地質学会
• [Presentation] ジュラ紀付加体中に産する三畳系層状マンガン鉱床の形成年代と形成環境 (2018)
  • Author(s): 冨松由希・尾上哲治・山下大輔・野崎達生・高谷雄太郎
  • Organizer: 日本地質学会
• [Presentation] 沖縄トラフ伊平屋北海丘熱水域海底下における熱水変質の特徴 (2018)
  • Author(s): 石橋純一郎・吉良優佑・堤映日・堤彩紀・野崎達生・高谷雄太郎・CK14-04航海・CK16-01航海乗船者
  • Organizer: 日本地球化学会