透水性に影響を及ぼす岩石の構造のマルチスケール則に関する研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14350535
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 小池 克明 熊本大学, 工学部, 助教授 (80205294)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐藤 晃 熊本大学, 工学部, 助手 (40305008) ; 林 泰弘 熊本大学, 工学部, 助手 (50274692) ; 大見 美智人 熊本大学, 工学部, 教授 (30040405)
• Keywords: 岩石 / 透水性 / 空隙 / 亀裂 / スケール則 / 地球統計学 / 空間分布推定 / バリオグラム

Research Abstract

岩石の透水性は,空隙と亀裂に代表される微小構造と密接に関連する。そこで,本研究は透水性を正確に評価するために,各スケールでの空隙・亀裂の空間分布の特徴を定量化し,微小構造のスケール依存性,およびそれと岩石の透水係数との関係を明らかにすることを目的とする。今年度は異なったスケールでの空間分布推定に適した手法を見出すとともに,これとデータやバリオグラムのスケール則との組み合わせを考案した。以下に成果を要約する。
(1)粗い間隔のデータから細かい間隔での空間分布を推定する問題に対して,阿蘇カルデラのDEMデータを用いた。異なる6種類のデータ間隔のDEMを用いたところ,標高の頻度を表すヒストグラムとデータ分布に対するバリオグラムはスケールが異なっても類似しており,バリオグラムのパラメータもいずれもスケールとは線形的な関係にあることがわかった。これを用いれば任意のスケールでのバリオグラムが推定可能となる。地球統計学とニューラルネットワークに基づく5種類の空間分布推定法を検討したところ,simulated annealing (SA)の推定精度が最も高いことが明らかになった。他の手法では平滑化効果で推定値の範囲が実際よりも狭くなっている。
(2)スケール則を考慮した空間分布推定法の対象として,多孔質岩石の模擬モデルであるセメント気泡材に注目し,任意の大きさの領域における空隙分布推定を試みた。まず,(1)領域の大きさと空隙の最大半径γ_<max>との関係,(2)γ_<max>とバリオグラムとの関係,(3)空隙半径の積算確率分布,というスケール則を明らかにした。1×1cm^2,5×5cm^2,10×10cm^2,50×50cm^2,1×1m^2の5種類の計算領域を設定し,スケールとSAを用いたところ,いずれも妥当な空隙分布モデルが得られた。さらに,各モデルにおける最大連結距離に基づけば透水係数が推定できることが明らかになった。

Research Products

• [Publications] 小池克明, 藤吉秀彰, 松田節郎: "セミバリオグラムを用いた空隙分布の3次元シミュレーション"情報地質. 第13巻・第2号. 78-79 (2002)
• [Publications] 小池克明, 松田節郎, 成清耕司: "空間分布推定精度の向上のための種々のアプローチ"資源・素材2002(熊本)企画発表・一般発表(A)(B)資料. 329-332 (2002)
• [Publications] 小池克明, 成清耕司, 松田節郎: "スケール則を考慮した空間分布モデリング法"資源・素材学会春季大会講演集(I)資源編. (印刷中). (2003)
• [Publications] Koike, K., Fujiyoshi, H.: "Spatial modeling of pore distribution in porous media using geostatistics for detecting hydraulic property"Proc. of the 1^<st> Kyoto International Symposium on Underground Environment. (印刷中). (2003)