クリーン地殻エネルギー抽出法の設計基礎論-フラクタル破壊力学の構築とその応用-

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05232101
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 中塚 勝人 東北大学, 工学部, 教授 (60005345)
• 研究分担者: 橋田 俊之 東北大学, 工学部, 助教授 (40180814) ; 山崎 仲道 高知大学, 理学部, 教授 (50036589) ; 林 一夫 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (30111256) ; 高安 秀樹 東北大学, 大学院・情報科学研究科, 教授 (00183062) ; 由佐 悠紀 京都大学, 理学部, 教授 (90025403)
• キーワード: 地熱開発 / フラクタル / マルチクラック / 水圧破砕 / 地下き裂モデル / 熱抽出 / 岩石熱水相互作用 / 力学的応答

研究概要

平成5年度から7年度の本重点領域研究(フラクタルと抽熱)により実施した研究課題(1)マルチクラックキャラクタリゼーション(2)マルチクラック貯留層制御(3)地殻熱水流動と岩石変質メカニズムの研究成果を基礎とし、深部地殻熱エネルギーの抽出性能予測を可能とするコンピュータシミュレーションコードの開発に関する共同研究を行った。
具体的には、まず、研究課題(1)の成果を踏まえフラクタル幾何学に基づく地下断裂群のキャラクタリゼーション法を用いて地下き裂モデルを生成した。次いで、研究課題(2)の成果を基礎に、この地下き裂群に水圧破砕刺激を与えたときに誘起される貯留層の力学的応答解析を行った。さらに、水圧刺激を受けた地下き裂群に対して流体を循環させたときのき裂内の流動解析と熱移動解析を行うための計算コードを構成し、これを用いた熱抽出シミュレーションを実施した。これにより、地熱貯留層規模と採取可能な熱エネルギー量との関係を評価し、将来の地熱開発のための基礎的知見を得た。研究課題(3)の成果、すなわち岩石の溶解、沈積の速度則を考慮した熱抽出解析は、単一き裂モデルに対しては本研究により実施することができた。これにより、岩石一熱水相互作用により生じるき裂幅の時間変化を予測し、き裂開口ならびに閉口挙動の抽熱性能に及ぼす影響を明らかにした。複雑なネットワークき裂モデルを対象とした解析については、解析コードの整備は完了しているものの具体的な計算は計算時間が膨大であるために今後の課題となっている。
研究課題(1)-(3)の個別の研究成果をとりまとめ、さらに熱抽出シミュレーションコードを開発するための打合せ、討論を目的とした会議を平成8年8月21日-22日に東北大学工学部において開催した。なお、数値解析にあたって必要となった研究者間でのデータの交換には、これまで整備してきたワークステーションを活用した。

研究成果

• [文献書誌] 王 毅,山崎仲道,中塚勝人,高橋秀明,土屋範芳: "高温岩石/熱水相互作用シミュレーターの開発" 日本地熱学会誌. 18-1. 17-25 (1996)
• [文献書誌] N. C. Sturchio, S. Ohsawa, Y. Sano, G. Arehart, K. Kitaoka and T. Yusa: "Geochemical characteristics of the Yufuin outflow plume, Beppu hydrothermal system, Japan" Geothermics. 25-2. 215-230 (1996)
• [文献書誌] H. Inaoka and H. Takayasu: "Universal fragment size distribution in a numerical model of impact fracture" Physica A. 229. 5-25 (1996)
• [文献書誌] K. Hayashi and A. Taniguchi: "Transition of Fundamental Nature of a Reservoir System Consisting of Multiple Cracks Due to Hydraulic Stimulation with Application to a Model Field" Proc. 3rd International Forum. 107-108 (1996)
• [文献書誌] 山崎仲道,馮旗,石田孝弘,柳沢和道,王毅,中塚勝人,鶴田孝雄: "流通条件下における岩石/熱水反応系のpH測定" 資源と素材. 111. 903-905 (1996)
• [文献書誌] 佐藤一志,樋村直人,橋田俊之,高橋秀明: "岩石のき裂進展挙動とAE放出挙動のフラクタル性に関する研究" 日本機械学会論文集(A)編. 62-598. 1333-1339 (1996)