| 研究実績の概要 |
超臨界地熱資源の開発対象は大きく分けて2つある. 一つは鮮新世から更新世にかけての火山フロントとそこに形成されたカルデラ群であり, もう一つは, 現世の火山前線周辺の有望地域である. 現世の有望地域は, 火山前線とホットフィンガーの交差地点が最も確からしく, 北から, 八甲田地域, 八幡平地域, 栗駒地域, 蔵王地域, および磐梯山地域に分けられる. これらの地域の超臨界地熱資源の類型化を行い, 高温島弧の地熱資源および地熱有望地域を, 即効性(promising), 蓋然性(probability), 可能性(possibility), 発展性(potentiality)という4つの概念を用いて整理, 評価した. この結果, 高温島弧の地熱熱構造と地熱流体解析のデータの解析技術を開発し, 地熱資源と開発可能性の定量的評価方法を提案することができた.
また, 有望地域周辺域での超臨界地熱資源のナチュラルアナログ研究を実施し, 超臨界地熱貯留層の実態を明らかにした. 有望地域では, 本研究課題で開発した熱発光地熱探査方法と他の既存の探査方法のマッチングを行い, 有望地域での熱源の存在と流体の流路形成を具体的に明らかにすることに成功した. また, 地熱流体解析 : 高温高圧の地熱流体には多量の岩石成分(特にシリカ)が溶け込んでおり, 流体からのシリカの析出は, スケール問題を引き起こすとともに, 地下の亀裂や断層を閉塞させ, 抽熱の効率にも大きな影響を与える. 地熱地帯深部のシリカの析出が水理学的特性に与える影響を評価するために, 独自装置により超臨界条件(41O℃, 30 MPa)からのフラッシング(急減圧)による, シリカの析出プロセスについての実験的検討を行い, フラッシングによりシリカの析出が顕著に生じることを実験的に初めて明らかにした. この結果から, 超臨界地熱貯留層と, 不透水層との間でどのような地化学反応が生じているかを具体的に示すことが可能となった.
「フラクチャークラウド創成実験装置」を用いて, 超臨界水環境下におかれた岩石試料の急減圧にともなう岩石内き裂の発生について実験を行った. 500℃から610℃・28から43MPaの実験条件下において, 実験温度が上昇するに伴って空隙率が初期状態の0.5%程度から約3.2%まで増加し, 500℃以上では急減圧破壊により, より空隙率が大きくなる. さらにP波伝播速度も顕著な低下が観察された。特に, 600℃から急減圧を行うと, Vpが水中の伝播速度(1.5km/s)よりも低下した. このことは, 変形が生じて破壊しづらいと考えられていた延性領域でも, 流体との相互作用により岩石がもろく破壊する実験的事実をつかむことができた. また, 急減圧を繰り返す事によるき裂が進展する様子を捉えることに成功した. このことは, 超臨界(延性領域)でも岩石が脆性的振る舞いをし, この性質を利用して, 貯留層の透水率の向上や掘削技術への展開ができることを示している. これらは学術上の大きな発見であり, 超臨界地熱掘削技術への展開が期待できる. これらの実験結果を総合化し, 脆性一脆性延性遷移一延性という従来型の区分方法から, 弾性一塑性領域の区分を行うことを提唱し, その結果, 超臨界地熱環境下でも十分な透水性を維持できることを実験的に明らかにした. これらは学術上の大きな発見であり, 超臨界地熱掘削技術への展開が期待できる. 以上まとめると以下の点が本研究で得られた成果である.
・急減圧により岩石の脆弱化が生じ, 超臨界状態での岩石掘削の可能性が開かれた.
・弾性一塑性領域を具体的に示し, 超臨界状態でも十分な透水性が維持できることを示した.
・フラッシング(急減圧)により, シリカの析出が生じる事を明らかにし, 超臨界状態でのシリカ不透水層の形成プロセスを明らかにした.
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