資源戦略学講座

Resources Strategies

地球物質・エネルギー学分野

Geomaterial and Energy

Understanding of geosystems and geomaterials and their effective uses

教授 土屋 範芳

准教授 岡本 敦

助教 宇野 正起助手 山岸 裕幸

研究員 山崎 慎一 研究員 山田 亮一

Professor

Associate Professor

Assistant Professor

Research Associate

Researcher

Noriyoshi Tsuchiya

Atsushi Okamoto

Masaoki Uno

Hiroyuki Yamagishi Shinichi yamasaki

Researcher

Ryoichi Yamada

日本学術振興会特別日本学術振興会特別研究員 東野 文子 研究員 永冶 方敬
JSPS Research Fellowshipfor Young Scientist

Researcher

Researcher

Takayoshi Nagaya

国際共同研究プロジェクト（SATREPS）を通じて、エルサルバドルの火山システムの特徴と地熱資源の実態を明らかにするために、詳細な地質調査と岩石試料の化学分析を行い、長石を対象とした新たな熱発光解析法の開発を進めた。また、エルサルバドルからの研修生を受け入れ、機器分析、シミュレーションなどの実践的内容の地熱スクールを実施した。地殻の流体―岩石反応についての研究において、加水膨張反応による岩石破壊のメカニズムを実験と数値シミュレーションにより明らかにするとともに、亀裂パターンと透水率の関係について明らかにした。また、南極やモンゴルのフィールドを対象とした研究では、鉱物脈や反応帯の組織解析と反応輸送モデリングにより、地殻や沈み込み帯における地震発生・鉱床形成との関連した短期間で変動する地殻流体流動の描像を明らかにした。さらに、超臨界地熱資源の開発に向けた基礎研究として、超臨界領域への溶存種の熱力学データの拡張を進めるとともに，海洋地殻の熱水系における開放系の変成作用、水の相変化に伴うシリカナノ粒子の形成・Assembly, April 7-12, Vienna, Austria・International Geoscienceand Remote Sensing Symposium,July 28-August 2, Yokohama
・Geothermal Volcanology Workshop 2019, September 5-9,
Petropavlovsk-Kamchatsky, Russia・International Forum on Earth,Energy and Environment, November 11,Taiwan

運搬挙動、流体の減圧に伴う破砕プロセスについてなど、超臨界・亜臨界状態における岩石―水相互作用の研究を進めている。

研究プロジェクト・主な外部獲得資金

Through the SATREPS international collaborative research project, we carried out a geological survey of the volcanic system and geothermal resources in
El Salvador and the chemical analysis of rock samples. We also developed the methodology for thermoluminescence analysis of feldspars. In addition, El
Salvadorian students were provided with a geothermal training program that contained practical contents such as instrument analysis and simulations. In
the studies on the fluid-rock reaction within crusts, reaction-induced fracturing during hydration of rocks was examined by laboratory experiments andnumerical simulations. We also clarified the relationship between fracture pattern and crust permeability. In the field survey of Antarctica and Mongolia,
we analyzed mineral veins and reaction zones using textural analyses and reactive-transport modeling, and we revealed the short-term crustal fluid flow
related to earthquake generation and ore formation in the crust and subduction zone. Furthermore, to develop supercritical geothermal resources, weconducted various studies on water-rock interaction under sub- to supercritical conditions, including expansion of the thermodynamic data of dissolved
species into the supercritical region, metamorphism in hydrothermal systems of the oceanic seafloor, the formation and transport silica nanoparticles, androck-fracturing induced by fluid decompression.

[ 科研費補助金 ]現在進めている研究テーマ◯

超臨界地熱システムのナチュラルアナログ研究（仙岩地域、モンゴル、金華山）◯

熱発光による地熱探査法の開発◯

延性地殻における減圧、水圧破砕実験◯

地殻と沈み込み帯の変成作用と流体流動（モンゴル，南極，オマーン）◯シリカ析出と地震発生プロセス◯

反応に起因する岩石破壊に関する実験とモデリング◯

廃アルミニウムと温泉水を用いた水素発電システムの開発◯

機械学習と統計学的アプローチによる高次元地球化学データ解析

参加国際学会16th International symposium on Water Dynamics, March 1214, Sendai (Organized)・European Geosciences Union, GeneralFig.1 “Victor de Sola” award to Prof. Tsuchiya
from LaGeo in El Salvador (October).

12 Coexistence Activity Report 2019

Participating in international conferences
16th International Symposium on Water Dynamics, March 12-14, Sendai(Organized)・European Geosciences Union, General Assembly, April 7-12,Vienna, Austria・International Geoscience and Remote Sensing Symposium,
July 28-August 2,Yokohama・Geothermal Volcanology Workshop 2019,

Fig.2 Training of solution analyses by ICP-OES in
SATREPS geothermal school (Sendai, October).

基盤研究 (B)（岡本）、挑戦的研究（萌芽）（岡本）
若手研究 (宇野 )、国際共同研究強化（A）（岡本）

NEDO「超臨界地熱発電技術研究開発」プロジェクト（土屋、岡本）[Others]
JST-JICA Science and Technology Research Partnership for Sustainable
Development (SATREPS) (Tsuchiya), NEDO Research and Developmentof Supercritical Geothermal Power Generation Technology (Tsuchiya,Okamoto)

教育・メディア報道など

Education, media coverage

新学術領域公募研究（宇野）[ その他 ]SATREPS「地球規模課題対応国際科学技術協力プログラム」(土屋 )、Diario Co Latino( 新聞 ),2019.8.20

Natural analogue studies on supercritical geothermal systems/Geothermal
exploration method by thermoluminescence/Experimental studies onhydrofracturing and decompression fracturing of ductile crust/Metamorphism
and fluid flow within crust and subduction zone (Mongolia, Antarctica,Oman)/Silica precipitation and earthquakes/Experiments and modeling ofreaction-induced fracturing of rocks/Hydrogen power generation systemusing waste aluminum and hot spring water/Statistical and machine-learning
approaches on high-dimensional geochemical data analyses.

Fig.3 Grow curves of thermoluminescence offeldspar after heating at 125 ˚C.

Research projects, major externallyacquired funds[MEXT/JSPS KAKENHI ]Grant-in-Aid for Scientific Research (B) (Okamoto), Grant-in-Aid for
Challenging Research (Okamoto); Grant-in-Aid for Young Scientists(Uno), Fund for the Promotion of Joint International Research (Okamoto),
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative area (B) (Uno)・エルサルバドル大学へ地熱研究装置類一式を贈呈 ,Research topics

September 5-9, Petropavlovsk-Kamchatsky, Russia・International Forum onEarth, Energy and Environment, November 11,Taiwan

・毒水が新エネに変身、ドローンも車も動く！―,
日テレ NEWS24,2019.9.20
・仙北・玉川温泉から水素燃料１日 100 リットルの確保目指す東北大と市が事業報告会―, 河北新報 ,2019.12.4
・マグマ由来の流体による微小な割れ目網が地下水の流路に，
科学新聞 , 2019.11.29

10 名（インドネシア人 4 名、ロシア人１名、エルサルバドル人１名、モンゴル人１名）
修士課程
学部生

１１名（エルサルバドル人１名、モンゴル人１名）９名（インドネシア人 1 名）研究室ホームページ

・Newspaper, Deario Co Latino (El Salvador), “Donation of a complete setof geothermal research equipment to the University of El Salvador”
・Nittere NEWS24 broadcasting, “Poison water turns into new energy,drone and car move,” November, 20・Newspaper, Kahoku Shinpo, “Hydrogen fuel from Semboku andTamagawa Hot Springs Senboku City and Tohoku University aiming tosecure 100 liters a day,” December 4.
・Newspaper, /Kagaku Shinbun/, "Microfracture networks activated bymagmatic fluids act as flow channels of ground water", November 29.

Lab members

研究室の在学生
博士課程

Department of Environmental Studies for Advanced Society

Fumiko Higashino

JSPS Research Fellowshipfor Young Scientist

先進社会環境学専攻

地圏システムと構成物質の理解とその有効利用

Doctoral course: 10 students (4 Indonesian, 1 Russian, 1 El Salvadorian, 1Mongolian)
Master’s course: 11 students (1 El Salvadorian, 1 Mongolian)Undergraduate students: 9 students (1 Indonesian)
Lab homepage: http://geo.kankyo.tohoku.ac.jp/gmel/

http://geo.kankyo.tohoku.ac.jp/gmel/

Fig.4 The numerical simulation on reactioninduced fracturing of oceanic crust during
hydration.

Fig.5 Cl-profiles in apatite around the reaction
zone within the middle crust from Sør Rondane
Mountains, East Antarctica.

Fig.6 Field survey to acid lake (pH = 0) at Ijen
craor, east Java, Indonesia.
Coexistence Activity Report 201913