太陽地球システム・エネルギー学講座

太陽地球システム・エネルギー学講座

Solar and Terrestrial Systems and Energy Sciences

地球開発環境学分野（高橋・坂口研） Earth Exploitation Environmental Studies (Takahashi & Sakaguchi Lab.)

地殻環境・エネルギー技術の新展開
准教授

Associate Professor

Kiyotoshi Sakaguchi

Our activities in 2012 have been mainly devoted to studies on (1) crustal stress fields before and after the 2011
Tohoku-Oki earthquake, in Kamaishi area of northeast Japan, (2) poroelastic parameters of sandstone for a longterm monitoring in the geological sequestration of CO2, (3) a novel X-ray CT based numerical model analysis fordrill core samples under confining stress, (4) two-phase flow characteristics for a rock fracture under confiningstress, (5) a novel field-scale numerical model analysis of fluid flow in a fractured reservoir, and (6) a new processof H2 production utilizing geothermal or waste heats.

助教

渡邉 則昭

Assistant Professor

Noriaki Watanabe

発に関する成果を国際誌 Water Resour. Res. において発表し、加えて、本邦勇払の油ガス貯留層の従来型既存き裂・受託研究：JOGMEC 石油・天然ガス基礎研究（H23-H24

ネットワークモデルを基に1 km3の GeoFlow モデルシミュ

年度、渡邉）、JST 復興促進プログラム（A-STEP）（H24-H25

レーションを実施し (Fig. 5)、従来モデルでは説明できない坑井間の生産性の差が、優先流路形成の影響により説明可能であることを明らかにした。また本研究の成果の一部に 関 し て、Best Paper Award of the 17th Formation
Evaluation Symposium of Japan を受賞した。

1. 東北地方太平洋沖地震前後における岩手県釜石地域のる。本年はまず、新たに開発した実験システムを用い、広地殻応力場評価（科研費・基盤 B，共同研究代表：坂口）範な Terzaghi の有効応力下（2 ～ 35MPa）における水飽

東北地方太平洋沖地震による浅所地殻応力場の変動を定和多孔質砂岩の多孔質弾性パラメータ（間隙圧係数 B、有量することを目的に、岩手県釜石鉱山 550mL 坑道におい効応力係数、ヤング率など）を明らかにし（Fig. 2）、さらにて、円錐孔底ひずみ法による地圧計測を行った。計測は地CO2 存在下での測定のための準備を進めている。に実施した（Fig. 1）。その結果，最大主応力の方向は地震前に比べて東の方向に回転し，中間主応力と最小主応力の化石資源以外を原料とした低炭素排出型の新しい水素製・Geothermal Resources Council 2012 Annual Meeting,費・挑戦的萌芽研究、JST 受託研究代表：渡邉）造プロセスとして、地熱や工場排熱等を利用した硫黄の酸化にともなう水素生成反応に関して pH および温度依存性

地熱や油ガス貯留層あるいは地震断層の掘削コアサンプを明らかにし（Fig 6）、国際誌 Int. J. Hydrogen Energy にた。一方、主応力、鉛直応力の値は、地震前に比較して 2ルから原位置の岩盤水理情報を取得するため、JAMSTEC、おいて発表した。加えて、水素生成反応の速度論モデルを倍以上の値となっていることを報告した。2 年目の測定とJOGMEC あるいは JAPEX と共同で応力下ノイズレス X構築し、現在国際誌への投稿を準備している。

して、平成 24 年12月17日～ 21日に測定を行う予定である。

線 CT に基づく数値モデル解析法の開発を行っている。本【外部資金の獲得】

方向は、最大主応力軸を中心に回転しているように思われ・7th Asian Rock Mechanics Symposium, Korea (10/15・The 18th Formation Evaluation Symposium of Japan,スの開発を行っている。本年はまず、熱水中での硫黄の酸代表：渡邉）

応用地質㈱、3D 地科学研究所【参加国際学会・会議】

6. 地熱や工場排熱を用いた新規水素製造プロセス（科研3. 掘削コアサンプルの応力下 X 線 CT に基づく数値モデ
ル解析（共同研究年度、渡邉）・共同研究：JAMSTEC、JAPEX、JOGMEC、鹿島建設㈱、10/19、坂口 )化還元サイクルを通じたバイオマスからの水素製造プロセ

震発生後ほぼ 1 年となる平成 24 年 2 月 27 日から 3 月 1 日

年度、渡邉）

Chiba, (9/27-28、渡邉 )USA (9/30-10/3、渡邉、Fig. 7)【国内学会における学生発表】

・第 5 回資源・素材学会東北支部若手の会（10/12-13、修士課程学生 1 名）・日本地熱学会

湯沢大会（10/24-10/26、修士課程学生1 名）【社会貢献等】

・オープンキャンパスにおいて小・中学生向けに公開講座

・科研費：基盤研究（B）（H23-H25 年度、坂口）、基盤研究を行った（7/30-31、坂口、Fig. 8）

製コアホルダに関する成果を国際誌 Rock. Mech. Rock（A）（H21-H25 年度、坂口（代表 北大・金子）、若手研究・仙台市立上杉山通小学校で「飛び立とうEng. において公表し（Fig. 3）、さらにより高圧（200 MPa（A）（H23-H24 年度、渡邉）、挑戦的萌芽研究（H23-H24

年度はまず、新たに開発した X 線 CT 用炭素繊維充填樹脂

Solar and Terrestrial Systems and Energy Sciences

Toward Advanced environmental geomechanics and energy technology

坂口 清敏

未来に向かって」の授業を行った（12/7、坂口 )まで）で使用可能なコアホルダの開発を進めている。
4. 応力下岩石き裂における二相流体流動特性（科研費・若手研究（A）代表：渡邉）

地熱や油ガスの生産性予測あるいは地下汚染修復のため

Fig. 1. Directions of principal stresses (lower hemisphere) in Kamaishi area,northeast Japan.には、水と蒸気、油・ガスあるいは非水溶性汚染物質など、地下岩盤中における複数の流体相の流動予測が必要であるが、主要な流動経路となるき裂の二相流動特性は未解明で

2. CO2 貯留環境下における砂岩の多孔質弾性パラメータ（科研費・基盤 B

代表代行：坂口）

CO2 地中貯留におある。本年は、封圧下の花崗岩中の油水二相流動に関して、まず従来考えられていたよりも毛細管現象の影響が大きい

Fig. 3. Geologic core holder with a CFR PEEK bodyfor the X-ray CT under confining pressure.

Fig. 4. Relative permeability curves for oil-water flow
through a fracture under confining pressure.

Fig. 5. Field-scaled (1 km 3 ) GeoFlow model
simulation for the Yufutsu oil/gas fractured reservoir.

Fig. 6. pH- and temperature-dependent hydrogenproduction from water with sulfide as a reducer.

Fig. 7. Assist. Prof. Watanabe talking at Geothermal
Resources Council 2012 Annual Meeting.

Fig. 8. Extension lecture for elementary and juniorhigh school students by Assoc. Prof. Sakaguchi.

ことを明らかにし、さらにき裂の相対浸透率曲線は既存のものとは全くことなることを明らかにした（Fig. 4）。

けるモニタリング手法の一つ、岩石の多5. GeoFlow を用いたフィールドスケール精密貯留層モ

孔質弾性理論に基づ

デリング（JOGMEC 受託研究

いた地表変位の逆解

地熱や油ガスのき裂型貯留層における流体流動の実態を

析 法 に お い て は、CO2 貯留環境下におより良く理解するため、岩石き裂内での優先流路の形成をける岩石の多孔質弾考慮可能なき裂ネットワークモデルシミュレータ

性パラメータの正確な把握が必要であ

26代表：渡邉）Fig. 2. Skempton’s coefficient B as a function ofconfining pressure for Kimachi sandstone.

Coexistence Activity Report 2012

GeoFlow を用いたフィールドスケール精密貯留層モデリ
ング法の開発を行っている。本年はまず、GeoFlow の開アクティビティレポート 201227