太陽地球システム・エネルギー学講座

地殻システム情報学分野

Solar and Terrestrial Systems and Energy Sciences

Environmental Geomechanics

地殻環境・エネルギー技術の新展開
教授

Toward advanced environmental geomechanics and energy technology

松木 浩二

Professor（挑戦的萌芽 代表：松木）

本研究では多結晶岩石の組織・構造を忠実に模擬したモ

Akihisa Kizaki

Fig. 0 Members of our laboratory.

するために、岩石の運動に対する運動方程式に間隙水圧の項をFig. 4 The normal directions of the fractures
having the maximum permeability for an arbitrary
direction of the pressure gradient at a depth of1000 m. The open circle with a cross and triangle
indicates the normal directions of the fracture withthe maximum permeability and the maximum ratioof the shear stress to the effective normal stress (τ/σn'), respectively.

5）自転型ノズルシステムによる塩ビケーシング内洗浄技術に関する実験的研究（共同研究 代表：松木、担当 : 木崎）

水溶性天然ガス井に用いられている塩化ビニル製ケーシング導入した。結果の詳細な検討が必要であるが、湿潤軟岩の掘削をシミュレートできている感触を得た。なお、課題であった破壊後の粒子の挙動は、掘削表面からのジェットの浸透に対応した間隙水圧を導入することで改善できることも明らかにした（Fig.6）。
8）
インテリジェント円錐孔底ひずみ法の開発と3D JAPAN STRESS MAP（基盤研究 B 代表：坂口）

深部地圧計測法である下向き円錐孔底ひずみ法の実用化を目的として、従来の下向き円錐孔底ひずみ法の測定方法・測定パイプ内を自転型ノズルシステムを用いて洗浄する技術を開発す

機器の改良を行った。具体的には、孔内用のデーターロガーのるための実験的研究を行った。吐出圧力、環境圧力、ノズル軸コンパクト化と高性能化を実現した。さらに、窒素ガスを用いな送り速度、噴射時間およびい孔底洗浄方法を提案し、実用性・有効性の検証を進めている。

研究している。本年度は、地質学的な時間経過とともに粒ノズルシステム径等を変化

また、3D JAPAN STRESS MAP に関連して、東日本大震災

精度でモニタリングする方法を開発するための基礎研究として、界の粘弾性挙動によりより一様させて、効率の良い洗浄作前後における地圧の変化を明らかにするため、測定実績の豊富

深度 2,000m 相当の間隙水圧と封圧を精度良く制御できる三な応力状態になった岩石が応力業が可能な条件を明らかにな釜石鉱山における原位置測定を計画している。

軸圧縮試験装置を開発した。 開発した装置を用いて排水およ解放時の弾性挙動によって損傷するとともに、様々な条件び非排水の三軸圧縮試験を実施し、多孔質弾性理論におけるするとの仮定に基づき、応力解の下で最適なスタンドオフ各種弾性定数（通常のヤン放時の岩石損傷を評価した。そディスタンスを得るために必グ率、通常のポアソン比、の結果、損傷は法線方向が最大要なセントラライザの設計

非 排 水ポアソン比、非 排主応力方向に近い粒界でのみ生指針を示した（Fig. 5）。

水体積弾性率、スケンプト

じ DSCA の 基 礎 仮 定 は 成 立 しン係数など）を実験的に評ないこと、しかしそれにもかか価するとともに、これら弾性わらず、ある応力領域内では主定数の応力依存性に関すクラック密度の方向と大きさのる研究を進めている（Fig.
1）
。

Fig. 1 Triaxial pressure vessel andexperimental system developed formeasuring poroelastic constants.

比が主応力の方向と大きさの比を与え、深いほどこの応力領域が大きくなることなどを明らか

Fig. 3 Stress regions where
the directions and ratios of
the principal stresses can be
estimated from the principal crack
densities for the ratio of the mean
normal stress to the uniaxial
tensile strength of the grainboundaries (σm /T0) of 30.にした（Fig. 3）。

CO2を用いた水圧破砕によりき裂システムを作成することを目4）一般的地圧条件で任意方向の圧力勾配を受けるき裂の花崗岩などの低浸透性の岩体に対し、低粘性の超臨界および水を用いて水圧破砕実験を行った。 超臨界 CO 2を破●科研費・助成金：基盤研究 B（H22-H24 年度、松木）、挑Fig. 5 Photo of experiment on cleaning of
PVC casing using self-rotating waterjet
nozzle system.

戦的萌芽研究（H23 年度、松木）、基盤研究 B（H23-H256）キ ャビテーションジェットによる有機物の分解に関す●共 同研究等：関東天然瓦斯開発㈱、応用地質㈱、㈱明間年度、坂口）、基盤研究 A（H22-H25 年度、坂口分担）、日本鉱業振興会（H22-、坂口）

2）超 臨界 CO2による水圧破砕き裂作成に関する研究（担当：木崎）的として、三軸載荷状態にある供試体に対して超臨界 CO2【外部資金の獲得】

透水性評価（担当：松木）る研究（担当：木崎）

水中ウォータージェットにより生ずるキャビテーションを用いた有ボーリング【参加国際学会・会議】

機汚染物質の無害化技術の開発を目的として、熱分解性およ● 8th Int. Workshop on WATER DYNAMICS, Sendai,び OH ラジカルとの反応性が異なるカルボン酸類（ギ酸、シュウ（3/9-10）, 修 2 田中発表。

酸、酢酸）を用い、ウォータージェットおよび超音波振動子による● T he 45th US ROCK Symp., San Francisco, USA,

分解実験を行った。その結果、両方法における分解速度およ（6/26-29）, Ausama 発表。

び分解効率を明らかにするとともに、ウォータージェットによる分● FMGM 2011, Berlin, Germany,（9/12-16）, 坂口発表。

解方法は、超音波振動子と同程度のエネルギー効率の下で大● ISRM 2011, Beijing, China,（10/16-21）, 松木、坂口、

容量の分解を実現できることを明らかにした。

一般的な応力条件で任意方向の圧力勾配を受ける単一き7）SPH 法によるウォータージェット岩石掘削の木崎、Ausama 発表。
【国内学会における学生の発表】●資源・素材学会全国大会（修士 1 件、4 年 1 件）

砕流体として用いた場合、水を用いた場合に比べて水圧破砕裂の透水性を明らかにするため、深度が 500 m、1000 m、き裂の進展方向が複雑になり、かつ多くの分岐き裂が生じや2000 m の場合の世界の平均的な応力場にあるき裂が任意すいこと、ならびに岩石中方向の圧力勾配を受ける場合の透水性（水理学的間隙の大にリフト面などの構造的なきさ）を評価した。その結果、いずれの場合でも、平均間隙は掘削のシミュレーションコード

●坂口がオープンキャンパス

弱面が存在する場合、低主としてき裂のシェアダイレーションに支配され、平均間隙のの開発を目的とした研究の内、で小学生対象の公開講座をシミュレーション（担当：坂口）ウォータージェットによる岩石●資源・素材学会支部大会（修士 5 件）
【社会貢献等】行った。
（7/27-28）

極大値を示すき裂の法線方向近傍で透水性も大きくなること、湿潤状態にある軟岩の掘削を選択的にその弱面に沿っさらに最大の透水性を示すき裂の法線方向はτ/σn'（τ：せん対象とした研究を行った。湿●坂口・木崎が気仙沼高校生にてき裂が進 展する傾 向が断応力、σn'：有効垂直応力）が最大のき裂の法線方向から潤状態にある軟岩をモデル化

対し模擬授業・実験を行っ

粘 性 の 超 臨 界 CO2 ではあることなどを明らかにした（Fig. 2）。

Fig. 2 Development view of the surfaces of aspecimen fractured with super critical CO2.

CoexistenceActivityReport2011

Act̲03太陽地球-四.indd 24-25

最小主応力方向に 6 〜 13°傾いた方向であることなどを明らかにした（Fig. 4）。

Fig. 6 An example of numerical simulationof waterjet excavation of soft rock.

Solar and Terrestrial Systems and Energy Sciences

デルを用いて種々の条件における岩石破壊のメカニズムを地下深部に貯留された CO2 の流動を高精度傾斜計により高24Assistant Professor

木崎 彰久

太陽地球システム・エネルギー学講座

性定数に関する実験的研究（基盤 B 代表：松木、担当 : 木崎）

Associate Professor

Kiyotoshi Sakaguchi

Koji Matsuki

3）先在き裂の相互干渉に基づく岩石の新しい破壊理論

1）CO2 地下貯留の高精度モニタリングのための岩石の多孔質弾

助教

坂口 清敏

Major activities in our laboratory in this year are: 1）Experimental study on poroelastic constants for precisely
monitoring geological storage of carbon dioxide, 2）Effects of hydraulic fracturing with super critical carbon
dioxide, 3）New fracture theory of rock based on intergranular cracking, 4）Evaluation of fracture permeability
under pressure gradient of arbitrary direction in the general state of in-situ stresses, 5）Experimental study on
cleaning of inner wall of PVC casing with self-rotating waterjet nozzle system, 6）Degradation of organic compoundswith cavitating waterjets, 7）Numerical simulation of waterjet excavation of soft rock using SPH, and 8）Developmentof the intelligent compact conical-ended borehole overcoring technique and the 3D JAPAN STRESS MAP.

【研究成果】

准教授

た。
（気仙沼地域教育支援プ

Fig. 7 Trial lecture and experiment forロジェクト）（11/26）（Fig.7） students of Kesennuma high school.

アクティビティレポート2011

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12.3.21 4:56:34 PM