資源戦略学講座

Resources Strategies

地圏環境計測・分析学分野 Geo-environmental Measurement and Analysis

Measurement, observation and equipments development forunderstanding of various geosphere information

先進社会環境学専攻

地圏環境の正確な観察・計測・分析と記録、またそのための装置・技術・方法の開発

助教 平野 伸夫
Assistant Professor

Nobuo Hirano

we develop the apparatus for that purpose. Our main targets are water-rock interaction, destruction of rocks under the hydrothermal conditionat earth interior, Scale precipitation from hot spring water, Natural and artificial thermo luminescence (NTL, ATL) of quartz and/or feldspar.
These are for geothermal developments mainly, and we'll use these research results for social purpose.

用する場合には発電後の温泉水を浴用などに利用するため地熱発電のが得られる。加えて、この方法は他の物理探査に比べて非常に簡便にような対策はおこなえない。そのため一定期間ごとに温泉井を止め、おこなえることから、地熱開発のコスト削減につなげることが可能で配管内スケール (Fig.3、4) を機械的に除去する必要があり、このためあると考えている。このための標準測定方法 (Natural TL、Artificialのコストが小規模な発電では負担となってくる。そこで、より安価にTL) や測定標準試料の検討、および現場測定用の可搬型 TL 分析装おこなえるメカニカルデスケーリング方法および装置を開発できれば、置などの開発をおこなっている (Fig.6)。

温泉を利用した発電のためだけではなく通常の温泉としての運用コス主な研究テーマト削減にも貢献が可能である。

・地殻深部環境下における岩石破壊現象の実験的検討とそのための参加学会実験装置の開発
・温泉発電等のための温泉スケール除去技術（メカニカルデスケーリング）

日本鉱物科学会 2015 年年会

鉱物の熱発光を用いた地熱兆候探査の開発支援（温泉水およびスケール分析とスケール発生プロセスの検討）
・鉱物熱発光（TL）を用いた地熱兆候探査技術のための実験的検討（9/25-27、東京大学）
日本地熱学会平成 27 年学術講演会

岩石を構成する鉱物、特に石英および長石では鉱物熱発光（Thermoおよび現場用測定装置の開発

luminescence、TL）と呼ばれる現象が観察される (Fig.5)。これは鉱物内に蓄えられた自然放射線を起源とするエネルギーが、鉱物が加流体相変化に伴う岩石鉱物の破壊現象（10/21-23、別府国際コンベンションセンター）

Fig.2 Experimental apparatus for rapid decompression fracturing.

熱されることにより解放され、エネルギー蓄積量が発光強度として観察される現象である。このエネルギー蓄積量は自然放射線の年間強度と年数に比例するため、発光量を用いた年代測定法として応用されてこれまでの研究で、岩石類を 400℃から 500℃超の超臨界状態水きた。逆に、加熱により蓄積したエネルギーが解放されるということ中に設置し、急減圧をおこなうと、内部流体の沸騰と断熱膨張に伴うは、一度加熱された鉱物は発光しなくなるということを意味している。

温度低下によって、岩石に顕著なき裂を生じさせることが可能であるこ

すなわち、同時代に結晶化した鉱物について、地熱環境にあった鉱物とを報告してきた (Fig.1)。この現象は地殻深部における岩石き裂発生は地熱環境になかった鉱物よりも観察される発光量が少なくなる。こ

原因の解明、地熱開発のための新たなき裂発生技術への応用が期待

れを利用すれば、大規模な物理探査前の地表踏査などで得られた岩でき、防災面では、火山地帯での水蒸気爆発をともなう現象である可石試料から平面上である程度、地熱資源有望地のスクリーニングが可能性もある。これらの知見を得るため、土屋研究室と共同で岩石にボ能であり、また、試掘井などの試料からは深度方向の地熱兆候の情報

アホールを作成した試験片を用い、そのボアホール内を最高 600℃、Department of Environmental Studies for Advanced Society

The objectives of this laboratory, we are focusing on measurement and observation for understanding to various geosphere information, and関係する研究プロジェクトおよび主な外部資金
特別推進研究：地殻エネルギー・フロンティアの科学と技術 ( 土屋範芳 )NEDO：超臨界地熱開発実現のための革新的掘削・仕上げ技術の創出（土屋範芳）
NEDO：バイナリー式温泉発電所を対象としたメカニカルデスケーリング法の研究開発 ( 平野伸夫 )NEDO：島弧日本のテラワットエネルギー創成先導研究 ( 土屋範芳 )教育
オープンキャンパス公開講座 “ 岩石の中をのぞいてみる ” ７月

60MPa の熱水に満たされた状態から急減圧する実験装置を設計・製作し、これに伴うき裂発生の状態を弾性波速度変化のその場観察等を活用して検出する室内実験をおこなっている (Fig.2)。

Fig.3 A: Descaling of hot-spring well.
B: Deposited scale of pipe wall during 2 weeks.

メカニカルデスケーリングと温泉スケール
東日本大震災以降、再生可能エネルギーとしての地熱資源が見直されているが、その多くが温泉地域と重なっていることもあり両者の共存をいかにおこなうかが重要な課題である。その一つの解決として、既存の温泉井、あるいは温泉設備を利用した小規模発電が注目されつつあるが、これらの運用について基本的には大規模地熱発電と同様であり、効率低下の主な原因となる熱水スケール発生の問題からは逃れ
Fig.1 Broken granite samples by A: decompression (rapid cooling)
B: natural cooling from 500, 570 and 600˚C

4Coexistence Activity Report 2015

られない。通常の地熱発電ではスケール抑制策として費用対効果の高いスケール抑制用薬液注入などの対策がとられるが、既存の温泉を利Fig.4 Scale photographs by polarization microscope atObama-onsen (A: Horizontal cross-section, B: Verticalcross-section). Fibrous crystals are observed.

Fig.5 TL intensity distribution by temperature andTL wavelength.

Fig.6 A: Making of artificial TL samples by gamma
ray exposure (Cobalt60). B: Cherenkov light of
Cobalt60 radiation source at JAEA Tasasaki.
Coexistence Activity Report 20155