資源戦略学講座

Resources Strategies

地球開発環境学分野

地殻環境・エネルギー技術の新展開
Toward Advanced Environmental Geomechanics and Energy Technology

准教授 坂口 清敏
Associate Professor

Ryota Goto (M2) received the Outstanding
Presentation Awards.

Kiyotoshi Sakaguchi

1）高温環境下における岩石き裂の間隙水圧誘起すべり特性
2）Super Critical / Superhot 環境下における水圧破砕のメカニズム（Fig.1 ～ Fig.4）

超臨界地熱環境下における水圧破砕生成に及ぼす岩石の異方性の影響

3）超臨界地熱環境下における水圧破砕き裂生成に及ぼす岩石の異方性の影響（Figs.5, 6）4）軟弱岩盤における鉛直ボアホールを利用した地圧測定法の開発

超臨界地熱環境下での水圧破砕き裂の形成に対する岩石異方性の影
響を明らかにするための最も適切な岩石サンプルとして大島花崗岩（細In 2019, our research activities were as follows:
1) Injection-induced slip characteristics of a rock fracture under high temperatures. (Fig.1)
2) The hydraulic-fracturing mechanism under supercritical//superhot conditions. (Figs.2-5)
3) Effect of rock anisotropy on hydro-fracturing crack formation under supercritical geothermal environment.
4) Development of the rock stress measurement method using the vertical borehole in soft rock mass.

粒）を選定し、表題に関する実験を行なった。以下に主な結果をまとめる。
1）リフト面に平行な方向から採取した岩石試料に水圧破砕を生じさせるために必要なボアホール水圧は、リフト面に対して垂直方向に採取した岩石試料よりも低い。
2）リフト面に垂直な方向から採取した岩石試料に対して形成された水Supercritical / Superhot
環境下における水圧破砕のメカニズム
超臨界地熱開発のための人工地熱貯留層の造成を目的に、400℃以上の温度条件の真三軸応力下において水圧破砕実験を行った。水圧破砕実験で形成されたき裂の形状や分布、透水性、X 線 CT 観察、弾性波速度の測定、薄片観察を行い、水圧破砕のメカニズムの解明に取り組んだ。主に以下の成果が得られた。
1）破砕水圧に温度、応力場の型は影響しない。
2）形成されるき裂は 3 次元的に広がる複雑かつ等方的なネットワー
ク型き裂であり、その透水性は地熱貯留層として十分な 10 -5 m2 程度になり得る。
3）Supercritical / Superhot 環境における水圧破砕現象は、既存き裂に低粘度の流体が浸透することで生じるき裂の進展が主メカニズ
ムである。
4）破砕水圧はグリフィスの破壊基準から推定できる。
5）水圧破砕は超臨界地熱開発のための人工地熱貯留層の造成に有用な手法である。

Fig.1 Optical microphotographs of a thinsection using UV light. (Before fracturing)

16 Coexistence Activity Report 2019

The hydraulic-fracturing mechanism under/supercritical/superhot conditions.
Hydraulic fracturing experiments under true triaxial stress at a temperatureof 400°C or higher were carried out to create an artificial geothermal
reservoir for supercritical geothermal development. To clarify thehydraulic-fracturing mechanism, the shape and distribution of cracks
formed in the hydraulic fracturing experiment, water permeability, X-ray
CT observation, elastic wave velocity measurement, and thin section
observation were performed. The following results were obtained.
1) Temperature and stress type do not affect the breakdown pressure of thehydraulic fracturing.
2) Complex, isotropic network-type cracks that distributed threedimensionally are formed, and their permeability can equal approximately
10 -5 m 2, which is sufficient for a geothermal reservoir.
3) Hydraulic fracturing in the /supercritical/superhot environment ismainly caused by crack propagation that results from the penetration oflow-viscosity fluid into existing cracks.
4) The breakdown pressure can be estimated using Griffith’s fracture
criterion.
5) Hydraulic fracturing is a useful technique for creating artificial
geothermal reservoirs for supercritical geothermal development.

Fig.2 Enlarged image of part of Fig.1

Fig.3 Optical microphotographs of a thinsection using UV light. (After fracturing)

圧破砕き裂は、リフト面に平行な方向から採取したものに比べて、より広範囲に分布する。
3）水圧破砕き裂の生成は、異方性を支配する因子の一つである先在き裂の配向に影響される。
4）水圧破砕用のボアホールをリフト面に垂直な方向に掘削して流体をEffects of rock anisotropy on hydrofracturing crack formation under asupercritical geothermal environment.
Ohshima (fine) granite was chosen as the most suitable rock sample forobserving rock anisotropy’s effect on hydro-fracturing crack formation
under supercritical conditions. The following results were obtained.
1) Borehole pressure required for breakdown to occur in rock sample takenfrom rift plane direction, which possess higher anisotropy, is lower thanrock sample drilled out from the perpendicular direction to rift plane.
2) The fracture formation in rock sample taken from the perpendicular
direction to rift plane, which possess lower anisotropy, was far more
distributed and spread out, compared to the sample taken out from the riftplane direction.
3) Hydraulic fracture initiation is influenced by the orientation of preexisting cracks, one of the factors governing anisotropy.
4) By drilling the borehole perpendicular to the rift plane and injecting
fluid, additional fluid channels (crack network) may be created.

Department of Environmental Studies for Advanced Society

2019 年に当研究室で行った主な研究は以下の通りである。なお、詳細説明は 2 つの研究に絞る。

先進社会環境学専攻

Earth Exploitation Environmental Studies(Takahashi & Sakaguchi Lab.)

注入することにより、熱交換面と成り得るより多くの流路（き裂ネットワー
ク）を生成できる可能性がある。

Awards受賞

1) Kiyotoshi Sakaguchi received the Best Paper Award from the JapaneseSociety for Rock Mechanics.
2) Ryota Goto (M2) received the Outstanding Presentation Awards at theSpring Meeting of the MMIJ Tohoku branch.

1）坂口清敏：岩の力学連合会論文賞
2）後藤遼太（M2）：資源・素材学会東北支部春季大会最優秀発表賞

研究費
1）JSPS 科研費 17H03504（基盤研究 (B)・分担）
2）JSPS 科研費 K18K190390（挑戦的研究（萌芽）・分担）
3）JSPS 国際共同研究事業（ドイツとの国際共同研究・分担）
4）NEDO 受託研究（超臨界地熱発電技術研究開発・分担）

Fig.4 Enlarged image of part of Fig.3

Grants1) JSPS KAKENHI 17H03504 (Scientific Research B//Co-Investigator)
2) JSPS KAKENHI K18K190390 (Challenging Research/Co-Investigator)
3) JRPs-LEAD with DFG//Co-investigator4) NEDO Research and Development of Supercritical Geothermal PowerGeneration Technology//Co-Investigator

Fig.5 X-ray CT images of after fracturing incase of parallel to the rift plane.

Fig.6 X-ray CT images of after fracturing in caseof perpendicular to the rift plane.

Coexistence Activity Report 201917