| 研究課題/領域番号 |
23K23285
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| 補助金の研究課題番号 |
22H02017 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分31020:地球資源工学およびエネルギー学関連
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
小池 克明 京都大学, 工学研究科, 教授 (80205294)
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| 研究分担者 |
柏谷 公希 京都大学, 工学研究科, 准教授 (40447074)
久保 大樹 京都大学, 工学研究科, 助教 (90758393)
後藤 忠徳 兵庫県立大学, 理学研究科, 教授 (90303685)
渡辺 寧 秋田大学, 国際資源学研究科, 教授 (90358383)
白勢 洋平 愛媛大学, 理工学研究科(理学系), 講師 (50793824)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2024年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2023年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2022年度: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円)
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| キーワード | 空間モデリング / 地球統計学 / 熱水流動系 / 鉱床生成プロセス / 鉱床存在可能性評価 / 熱水鉱床 / 品位分布 / 鉱床タイプ / 主成分分析 / 金属元素濃度 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は，金属資源の濃集部である鉱床が地球のどこにどのような場で形成され，その法則性から未発見の鉱床がどこにあるのか？ を解明することを目的におく。そのために日本列島とその周辺海域を対象地域に選び，①日本列島・周辺海域の地殻構造と金属資源の情報を網羅した総合金属資源データベースの構築，②対象地域全体にわたる現在の熱水流動系の解明，③鉱床を生成させた熱水の物理・化学条件の特定，④鉱床存在の可能性が高い場所を抽出できる手法の開発，の4つを目標にする。地質構造，地温，物性，化学組成の3次元モデルを高分解能で作成し，数値シミュレーションを適用する。また，鉱石・岩石試料の鉱物・化学組成分析も行う。
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| 研究実績の概要 |
本研究は①日本列島・周辺海域の地殻構造と金属資源の情報を網羅した総合金属資源データベースの構築，②現在の熱水流動系の解明，③鉱床を生成させた熱水の物理・化学条件の特定，④鉱床存在の可能性が高い場所を抽出できる手法の開発，の4つを目標におく。当初計画に沿い，令和4年度は陸域・海域での鉱床に関する既存資料を収集し，データベースを構築するとともに，熱水流動系解明のために3 km深度までの地温構造を推定した。また日本全域にわたる鉱石試料を収集し，鉱物・化学組成分析と流体包有物分析の均質化温度測定によって鉱床タイプごとの特徴抽出，および鉱床生成温度の推定を行った。特に主要元素と微量元素の濃度データを用いて主成分分析を行ったところ，各主成分には特有の特徴が現れ，第一主成分は酸性熱水による変質に関する指標であるなどと解釈できた。これと鉱物組成，希土類元素濃度データを組み合わせることで，元素濃集をもたらした熱水の化学的性質を推定できた。
詳細なデータベースとするために，東北日本弧のベースメタル熱水鉱床（秋田県白子森，岩手県和賀仙人，新潟県赤谷）の基礎データを収集するとともに，黒鉱鉱床母岩のジルコンPb-U年代測定を実施した。その結果，東北日本弧東側の黒鉱鉱床が約13-14Ma，西側のものが15-16Maに形成され，時代の経過とともに鉱化作用の場が東へ移動したことが明らかになった。また，日本列島のような沈み込み帯における金属元素濃集のメカニズム解明のため，鉱物分析により，超苦鉄質岩の熱水変質によるニッケル，クロムなどの元素の挙動，および鉱床中の代表的な鉱物である硫砒鉄鉱，黄銅鉱がホウ素を含む熱水流体との反応によると特異なアンチモン鉱物などを伴うことなども明らかにできた。さらに，地殻の広域的透水性推定のため，室内実験や検層データを用いて岩石の浸透率と比抵抗の関係を明らかにした。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
令和4年度の当初計画は，上記①の目標達成に関連した(I)既存データの徹底的収集，(II)鉱石・岩石試料の鉱物・化学組成分析，(III)鉱床生成温度の推定，(IV)データベース構築と3次元モデリングの4項目の実施であった。(I)に関しては鉱山と鉱床有望調査域の位置・鉱床タイプ・鉱量・分析品位・地質，陸域地熱情報，地殻構造の一つとして陸域・海域地震の震源位置とマグニチュード，海底熱水鉱床の位置と地形・地質データなどを収集でき，GISによって一元化した。これにより海底熱水鉱床を規定する構造的要因を見出せたのは特筆できる成果の一つである。(II)に関しては京都大学総合博物館と秋田大学鉱業博物館が所蔵する鉱石試料，および本研究グループの海底資源調査による岩石試料を用い，XRDとXRFにより鉱物組成，化学組成を求め，試料分析結果をデータベース化情報に加えられた。(III)に関しては日本の主要な鉱山からの鉱石試料の薄片を作製し，その偏光顕微鏡と電子顕微鏡による結晶構造観察，流体包有物分析，および鉱物組成分析や調査資料に基づく熱水変質鉱物の組合せから鉱床主要部の生成温度を推定できた。収集情報は地点ごとの疎らなデータであるので，空間モデリングにより，資源開発の最大深度に相当する地球表面下3 km深度までの地温構造を対象地域全体にわたって明らかにできた。これが(IV)の関連成果であり，空間モデリング法には地質と品位との関連性，およびデータ間隔よりも十分短い間隔で推定できるようにスケール則を取り入れた手法を開発した。これらの研究成果として，下記の研究発表に示すように，数理地質学分野での最も代表的な国際誌に論文を掲載でき，国際会議1件と招待講演1件を含む計13件の学会発表も行えた。このように初年度は成果を上げられたので，研究は順調に進展していると評価できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
3年間の研究による4つの目標達成のために，今後も引き続き下記4項目の研究を実施する。①データベース構築と3次元モデリング：GISによって総合金属資源データベース構築を継続するとともに，空間モデリングにより3 km深度までの地温構造，地殻物性，水質化学を対象地域全体にわたり明らかにする。この地殻構造モデルに鉱床情報を重ね合わせ，統合する。②3次元地温構造に基づく現在の熱水流動系の解明：構築した地温分布と地震波速度データなどから透水係数分布を推定し，数値シミュレーションによって，日本全域での現在の熱水流動系と温度・流速などの熱水物性の空間分布を明らかにする。③ケーススタディによる熱水の物理・化学の解明：日本の代表的な鉱床周辺の空間分解能を向上させ，熱水流動に起因した鉱床生成プロセスの解明を目指す。
【鉱床生成時の温度分布の推定：岩石試料を用いて鉱物組成・化学組成分析と薄片観察・流体包有物分析を行い，これらの結果と調査資料を合わせて熱水の温度・圧力の空間分布，鉱物沈澱をもたらした熱水の化学組成を推定する。】【鉱床の空間モデリング：地質と品位の3次元分布，地質構造を詳細に明らかにする。】【岩石透水性と熱水流動経路の推定：データベース中の鉱山周辺の地震波速度分布などから透水係数分布を推定する。また，鉱物組成・化学組成分布より金属イオンの移行パターンとそれを形成した熱水の流動経路を推定する。】【熱水流動の数値シミュレーション：鉱床生成時の熱水の推定温度と鉱物・化学組成データを用いて，妥当な数値モデルと熱水の化学組成を特定し，品位分布と鉱床生成時の熱水流動系の物理・化学とを定量的に関連付ける。】
④各熱水鉱床タイプのケーススタディ成果を応用し，熱水の物理・化学と品位の間に一般的法則性を見出すとともに，これを②による現在の熱水流動系に当てはめ，鉱床存在可能性の高い場所を特定する。
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