| 研究課題/領域番号 |
17H03504
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
渡邉 則昭 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (60466539)
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| 研究分担者 |
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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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 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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| 研究実績の概要 |
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。
本年度は主に，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に関して，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かどうかを室内実験により検討した。その結果，同一の温度および流体圧条件下であっても，き裂面が塑性変形する有効応力条件では，弾性変形する有効応力条件と比較して，圧力溶解を含む溶解反応による浸透率減少速度が大きくなることが示唆された。また花崗岩を溶解した水がき裂を流動する際，液相から超臨界相へ相変化して多数の球状アモルファスシリカの形成が生じると，数時間程度の短時間でも浸透率が激減することが示唆された。加えて，花崗岩の脆性－延性遷移温度付近（～350℃）を境に，き裂のせん断すべり速度の低下（非地震性すべり）が生じ，地震性すべりの場合に生じるような浸透率増加は生じにくくなることが示唆された。
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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
当初計画における本年度の目標は，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に関して，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かどうかを明らかにすることであり，研究実績の概要に記載した通り本年度の目標は概ね達成できている。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度は，当初計画通り，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に関して，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かどうかを明らかにすることができた。したがって来年度以降3年間程度は，当初計画通り，これら三つの現象の影響を定式化することを目標に，最高温度500℃，最大三軸応力150MPa，最大間隙圧50MPaまでの条件下において，より広範な条件での室内実験を実施していく。また最終年度には，定式化された現象をソースコードが公開されているUSGSのHYDROTHERM等の既存シミュレータに組み込み，既存の深部掘削で得られた熱水対流系の底近傍（超臨界地熱システムの一部）からその上部に存在する浅部熱水対流系の温度や間隙水圧の再現を通じた，超臨界地熱資源の時空間発展予測法の基礎的検討を実施する。
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