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2023 年度 実績報告書

断層内流体流動を決定づける岩石物理モデルの開発

公募研究

研究領域Slow-to-Fast地震学
研究課題/領域番号 22H05303
研究機関京都大学

研究代表者

澤山 和貴  京都大学, 理学研究科, 助教 (10936991)

研究期間 (年度) 2022-06-16 – 2024-03-31
キーワード岩石物理モデル / 浸透率 / 地震波速度 / 断層 / デジタル岩石物理 / 異方性 / 空隙率 / アップスケール
研究実績の概要

本研究では,断層の水理特性を地球物理学的観測手法から推定するための岩石物理モデル確立を目的とした。本年度は,昨年度に構築した実験システムを拡張し,模擬断層面の応力を変えながら亀裂開口幅と浸透率・電気比抵抗・地震波速度を同時測定する実験システムを構築した。模擬断層面は,天然断層のフラクタル特性を模擬して非整数ブラウンで数値的に作成し,3Dプリンタで造形した。また地震波速度測定は,圧電素子を多点に配置し,アレイ切替・初動ピックの自動化システムによって複数アレイでトモグラフィー測定を実施した。測定の結果,浸透率と比抵抗の関係はサンプルに依存しない一方で,地震波速度はパスごとに異なる変化を示した。感圧紙を利用してアスペリティの接触状態分布を推定したところ,これによって速度変化が概ね説明できることが明らかとなった。
実験室スケールの経験式から理論的な検証を行うため,同様のフラクタル特性を入力した数値シミュレーションも行った。計算手法の改良により,~kmスケールの亀裂に対してアスペリティの変形・流体流動・電気伝導・応力-ひずみ解析を同時に実現するデジタル岩石物理スキームを確立した。解析の結果,亀裂のサイズ・粗さ・せん断変位によって浸透率,比抵抗,地震波速度はそれぞれ異なる挙動を示し,浸透率は開口幅,比抵抗は接触面積,地震波速度はその双方に大きく支配されることが明らかとなった。また浸透率と比抵抗の関係は亀裂のサイズ・粗さ・せん断変位には依らず,両対数軸上で線形関係がみられ,その傾きは流路の屈曲度から求められる。この関係の傾きの変化は流路の連結性によって変化し,その閾値は亀裂の性状によらず接触面積~20%で説明できる。この値は地震波速度の変化が頭打ちになる閾値と一致しており,地震波速度と比抵抗の双方の情報を活用することで,一枚亀裂の透水性の変化を予測可能であるモデルを提案した。

現在までの達成度 (段落)

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (24件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (11件) (うち査読あり 10件) 学会発表 (12件) (うち招待講演 1件)

  • [国際共同研究] Purdue大学(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Purdue大学
  • [雑誌論文] Extracting crucial microstructures to characterize the elastic wave velocity and resistivity of Berea sandstone using convolutional neural networks2024

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Sawayama; Takeshi Tsuji; Koki Shige
    • 雑誌名

      GEOPHYSICS

      巻: 89 ページ: 117-126

    • DOI

      10.1190/geo2023-0163.1

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 多孔質岩石の空隙構造と比抵抗の関係解明に向けたデジタル岩石物理の活用2024

    • 著者名/発表者名
      Takeshi SUZUKI; Kazuki SAWAYAMA
    • 雑誌名

      Journal of the Society of Materials Science

      巻: 73 ページ: 232-239

    • DOI

      10.2472/jsms.73.232

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Joint Diagnostic Approach to Pressure and Tracer Responses from Reservoirs: An Experimental and Theoretical Study to Estimate the Accuracy of Reservoir Models2024

    • 著者名/発表者名
      Mitsuo Matsumoto; Kazuki Sawayama
    • 雑誌名

      Geofluids

      巻: 2024 ページ: -

    • DOI

      10.1155/2024/9329314

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dependence of resistivity of natural rock samples on humidity2024

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Suzuki; Ryokei Yoshimura; Ken'ichi Yamazaki; Takuto Minami; Kazuki Sawayama; Naoto Oshiman
    • 雑誌名

      Journal of Applied Geophysics

      巻: 220 ページ: -

    • DOI

      10.1016/j.jappgeo.2023.105271

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Permeability evolution in fine‐grained Aji granite during triaxial compression experiments2024

    • 著者名/発表者名
      Kazumasa Sueyoshi; Ikuo Katayama; Kazuki Sawayama
    • 雑誌名

      Geophysical Prospecting

      巻: 72 ページ: 675-684

    • DOI

      10.1111/1365-2478.13412

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Regression activation mapping detects the characteristic microstructures of rock physical properties: Insights from the combination of digital rock physics and convolutional neural networks2023

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Sawayama; Takeshi Tsuji
    • 雑誌名

      Proc. Seventh International Conference on Engineering Geophysics

      巻: 7 ページ: 30-36

    • DOI

      10.1190/iceg2023-007.1

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The relationship between the ice content and electrical conductivity of lunar regolith: towards exploration of lunar ice resource utilizing electrical and electromagnetic methods2023

    • 著者名/発表者名
      Koshi Wakura; Kazuki Sawayama; Tatsunori Ikeda; Takeshi Tsuji
    • 雑誌名

      Proc. International Symposium on Earth Science and Technology

      巻: 2023 ページ: -

  • [雑誌論文] Relationship Between Permeability and Resistivity of Sheared Rock Fractures: The Role of Tortuosity and Flow Path Percolation2023

    • 著者名/発表者名
      K. Sawayama; T. Ishibashi; F. Jiang; T. Tsuji
    • 雑誌名

      Geophysical Research Letters

      巻: 50 ページ: -

    • DOI

      10.1029/2023GL104418

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Estimation of the mass fraction and distribution of ice in a lunar regolith simulant from seismic velocity2023

    • 著者名/発表者名
      Takaaki Kunimasu; Kazuki Sawayama; Takeshi Tsuji
    • 雑誌名

      Icarus

      巻: 406 ページ: -

    • DOI

      10.1016/j.icarus.2023.115725

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Rock Physical Modeling of Sheared Fractures: Permeability-Resistivity-Seismic Velocity Relationship Explored via Digital Rock Physics Approach2023

    • 著者名/発表者名
      K. Sawayama; T. Ishibashi; F. Jiang; T. Tsuji
    • 雑誌名

      U.S. Rock Mechanics/Geomechanics

      巻: 740 ページ: -

    • DOI

      10.56952/arma-2023-0740

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Simultaneous electrical resistivity and elastic wave velocity measurements during triaxial deformation of granite under brine-saturated conditions2023

    • 著者名/発表者名
      Ikuo Katayama; Yu Aoi; Kazumasa Tanimoto; Yuya Akamatsu; Kazuki Sawayama
    • 雑誌名

      Earth, Planets and Space

      巻: 75 ページ: -

    • DOI

      10.1186/s40623-023-01809-4

    • 査読あり
  • [学会発表] Effects of anisotropy and tortuosity on the relationship between electrical resistivity and porosity of sandstone: insight from digital rock physics2023

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Suzuki; Kazuki Sawayama
    • 学会等名
      AGU Fall Meeting 2023
  • [学会発表] Changes in Electrical Conductivity and Permeability of Synthetic Sheared Fractures under Stress2023

    • 著者名/発表者名
      Nayu Takita; Kazuki Sawayama
    • 学会等名
      AGU Fall Meeting 2023
  • [学会発表] Simultaneous measurements of electrical resistivity and seismic velocities of two orthogonal directions during triaxial deformation until failure2023

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Sawayama; Jiei Sou; Yuya Akamatsu; Ikuo Katayama; Takeshi Suzuki
    • 学会等名
      AGU Fall Meeting 2023
  • [学会発表] The relationship between the ice content and electrical conductivity of lunar regolith: towards exploration of lunar ice resource utilizing electrical and electromagnetic methods2023

    • 著者名/発表者名
      Koshi Wakura; Kazuki Sawayama; Tatsunori Ikeda; Takeshi Tsuji
    • 学会等名
      International Symposium on Earth Science and Technology
  • [学会発表] 亀裂の閉鎖による電気比抵抗と亀裂浸透率の関係性に対する実測定2023

    • 著者名/発表者名
      宗 慈瑛; 澤山 和貴
    • 学会等名
      地熱学会令和5年学術講演会
  • [学会発表] Regression activation mapping detects the characteristic microstructures of rock physical properties: Insights from the combination of digital rock physics and convolutional neural networks2023

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Sawayama; Takeshi Tsuji
    • 学会等名
      Seventh International Conference on Engineering Geophysics, Al Ain, UAE, 16?19 October 2023
    • 招待講演
  • [学会発表] Direct investigations of the fracture flow with asperity contact, and its relationship to the geophysical properties2023

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Sawayama; Jiei Sou
    • 学会等名
      International Joint Workshop on Slow-to-Fast Earthquakes
  • [学会発表] Rock Physical Modeling of Sheared Fractures: Permeability-Resistivity-Seismic Velocity Relationship Explored via Digital Rock Physics Approach2023

    • 著者名/発表者名
      K. Sawayama; T. Ishibashi; F. Jiang; T. Tsuji
    • 学会等名
      U.S. Rock Mechanics/Geomechanics
  • [学会発表] 瀧田 菜友, 柴田 智郎, 澤山 和貴2023

    • 著者名/発表者名
      亀裂性岩盤における剪断変位; 垂直応力に対する浸透率と比抵抗の変化の関係
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2023年大会
  • [学会発表] 三軸圧縮試験における比抵抗の異方性の測定方法の開発2023

    • 著者名/発表者名
      宗 慈瑛; 赤松 祐哉; 片山 郁夫; 鈴木 健士; 澤山 和貴
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2023年大会
  • [学会発表] Estimating electrical resistivity and tortuosity of sandstone using digital rock physics2023

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Suzuki; Kazuki Sawayama
    • 学会等名
      Japan Geoscience Union Meeting 2023
  • [学会発表] 岩石物性値を支配する特徴的な微細構造をデジタル岩石物理と機械学習から可視化する試み2023

    • 著者名/発表者名
      澤山 和貴; 辻 健
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2023年大会

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公開日: 2024-12-25  

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