2021 Fiscal Year Research-status Report
超低粘度流体による岩石破砕現象の解明とCO2利用／誘発地震抑制型地熱開発への応用
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21K18200
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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, 教授 (60466539)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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) |
2021-07-09 – 2027-03-31
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| Keywords | 地熱 / 貯留層 / 二酸化炭素 / フラクチャリング / 誘発地震 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年の研究により，超臨界地熱資源は大陸地殻の大部分を占める花崗岩質岩石内でも形成されることがわかったが，生産に必要な透水性が十分でない場合に対応するための人工き裂システム形成法が必要とされている。研究代表者らはこれまでに，花崗岩の超高温水圧破砕実験を実施し，従来型の水圧破砕とは全く異なる，抽熱に有利な高透水性網状き裂を形成する超高温水圧破砕（比較的低い水圧でき裂が形成され，誘発地震のリスクが小さい）を解明し，水圧破砕に関する新しい学術体系を創出した。その結果，超高温でなくとも超低粘度の流体（例えば，CO2）を用いた場合，より低温の在来型地熱環境でも網状き裂が形成できる可能性を見出した。本研究では，CO2を用いた岩石破砕実験等を通じて，広範な地熱環境における超低粘度流体による岩石破砕現象と，本現象を利用したCO2利用／誘発地震抑制型・高透水性網状き裂システム形成法に関する新学術を開拓することを目的とする。本年度は当初計画通り，花崗岩の水圧破砕に関する先行研究で用いた200℃～450℃の実験条件において，常に粘度が100μPa・s 以下となるCO2を破砕流体とした花崗岩の破砕実験を実施し，破砕流体の粘度が極めて小さい場合，温度とは無関係に網状き裂が形成されることを検証できた。さらに当初計画以上に研究が進展し，網状き裂の特徴の温度や応力条件による変化の程度およびメカニズムを明らかにすることができた。加えて，CO2を破砕流体とした場合，比較的低い圧力で広範囲に熱抽出に有利な高密度き裂ネットワークを形成できるものの，比較的低温の場合には，き裂の密度や開口幅が小さくなるという課題が明らかになったため，この課題を解決しうる環境調和型キレート剤を用いた選択的鉱物溶解によるき裂開口幅増大法の検討を開始した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度得られた研究成果は，当初計画における令和6年度までの研究成果に相当するため，当初計画以上に研究が進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，既存の水を破砕流体としたき裂形成法と比較した場合の， CO2を用いた網状き裂形成法の利点および課題の明確化と，その解決策の提案に取り組む。先行研究によれば，比較的低い圧力で広範囲に熱抽出に有利な高密度き裂ネットワークを形成でき，誘発地震発生のリスクが低いという利点があると考えているが，あらゆる地熱環境において，この利点があるかは実験データが不足しており不明である。そこで，き裂のせん断滑りによる誘発地震模擬実験の結果等に基づいて，利点および課題を整理し，課題の解決策も提案したい。また他の課題が生じた場合にも適切な方法を選択して課題の解決方策を検討・提案する。
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| Causes of Carryover |
当初予定していたよりも円滑に研究が進展し，予定していた実験回数よりも少ない回数で本年度の目標を達成できたことや，新型コロナウィルスにより旅行が出来なかったことにより，次年度使用額が生じた。研究が進展したことで，詳細に検討すべき現象が明らかになったため，次年度使用額分は主にこの当初よりも詳細に検討する必要が生じた現象に関する実験を実施するために使用する計画である。
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