資源戦略学講座

Resources Strategies

地球開発環境学分野

Earth Exploitation Environmental Studies

Toward Advanced Environmental Geomechanics and Energy Technology

准教授 坂口 清敏
Associate Professor

Photo of our laboratory members.

Kiyotoshi Sakaguchi

and after the 2011 Tohoku-oki earthquake, (2) mechanical and hydraulic characteristics of rock under high temperature (350 °C ~ 450 °C) andhigh pressure (5 MPa ~ 90 MPa) for a new concept geothermal reservoir (Japan Beyond Brittle Project reservoir), (3) hydraulic fracturing of rock

Brittle-Ductile 遷移領域における稲田花崗岩の水圧破砕

under the Brittle-Ductile transition zone condition.
延性領域における岩石の破壊特性を明らかにすることを目的に、脆

東北地方太平洋沖地震前後における岩手県釜石地域の地殻応力場
2012 年 3 月から地震前後の応力場の経年履歴を明らかにするために、岩手県釜石鉱山において地圧計測を行っている。今年は、2012
年 12 月の 2 回目の絶対値測定後から継続している応力変化測定の結果を 2013 年 12 月 3 日に測定した 3 回目の絶対値測定の結果と比較した。その結果、全ての主応力は、測定期間内において緩やかに減少しており、2 回目と 3 回目の絶対値測定結果を連続的に繋ぐ結果となっていた。巨大地震後の地殻応力の連続的変動を改めて確認するとともに、地殻応力の連続定点測定が重要な示唆を与えることを明らかにしした (Fig.1)。

高温・高圧環境下における花崗岩および玄武岩の透水特性明らかになった。これにより、き裂形成時の初期浸透率と各領域での有効応力依存性に基づいて様々な温度および応力条件下の浸透率が予測できるようになった（Fig.2）。一方、玄武岩の場合には、今回の実験条件では遷移が生じず、有効応力依存性は常に花崗岩の弾性領域の場合と同程度であった。

性・延性領域下において岩石に水圧刺激を与え、形成されるき裂の評価を行った。具体的には、温度 450℃、封圧 20 MPa ( 脆性領域 )および 30 MPa ( 延性領域 ) の条件で、中心に直径 1.5 mm、深さ10 mm の水圧破砕孔を有する直径 30 mm、長さ 25 mm に対して水圧破砕実験を行った (Fig.5)。その結果、初期浸透率の違いによって破砕が生じない場合があると考えられること、および、脆 性領域と延性領域では水圧刺激時に水圧の上昇速度に差が生じ、間隙圧の発脆性領域から延性領域における岩石の力学および水理学特性
本研究は、上述の JBBP 研究に先立つ研究として実施している。本生に影響を及ぼす可能性が示唆された (Fig.4)。

外部資金の獲得研究では、常温（圧力：10 MPa ～ 40 MPa）で力学的に半脆性お・科研費：

よび延性的挙動を示す川原子凝灰岩を用いて、脆性領域から延性領域特別推進研究（分担（代表：東北大・土屋））、基盤研究（B）（代表：坂口）の範囲におけるき裂を有する岩石の力学・水理学特性を詳細に明らか

学会等での講演・ Water Dynamics 12（2015 年 3 月＠仙台；坂口）・ 平成 27 年度 資源・素材学会春季大会（2015 年 3 月＠津田沼；修士学生 2 名、学部生 1 名）・ ISRM 2015 Congress（2015 年 5 月＠モントリオール（カナダ）；坂口）・ 地球惑星連合大会 2015（2015 年 5 月＠幕張；修士学生 1 名）・ 資源・素材学会 東北支部春季大会（2015 年 6 月＠仙台；修士学生 2 名）・ 39th GRC Annual Meeting（2015 年 9 月＠リノ（アメリカ）；修士学生 1 名）
・ 日本地熱学会 平成 27 年学術講演会（2015 年 10 月＠別府；修士学生 3 名）・ 資源・素材学会 東北支部若手の会（2015 年 11 月＠仙台；修士学生 1 名）・ 資源・素材学会 東北支部秋季大会（2015 年 11 月＠仙台；修士学生 1 名）

その他のトピック

Department of Environmental Studies for Advanced Society

Our activities in 2015 have been mainly devoted to study on (1) In-situ stress measurement at shallow depth in the vicinity of the epicenter before

Gold Award at the spring meeting of the MMIJ Tohoku branch.

先進社会環境学専攻

地殻環境・エネルギー技術の新展開

・ みやぎ県民大学 講師（2015 年 10 月 28 日；坂口）・受託・共同研究：応用地質（株）、3D地科学研究所、立命館大学にすることを目的とした。力学挙動に関して、き裂の有無による違いは見られなかった。一方、浸透率に関しては、き裂の無い供試体の浸透率の変化は、封圧 5 ～ 10 MPa では一定値で推移し、封圧 10 ～ 20

JBBP (Japan Beyond Brittle Project) 研究の一環として、様々MPa で急減し、20 ～ 40 MPa で再び一定値になることが明らかにな温度・応力条件におけるき裂性岩石の浸透率を定量的に予測できなった。き裂を有する場合は、き裂の無い場合のそれと比較して、封る方法を導出することを目的とした研究を行った。具体的には、温度

圧 5 ～ 10 MPa では差が小さいが、20 MPa にかけてその差は増加

350 ～ 450℃、有効封圧（応力）5 ～ 90 MPa の範囲において、貯し 1 桁程度開いた。このことから半脆性の挙動を示す環境下において留層を模擬したき裂を有する稲田花崗岩およびかんらん石玄武岩の浸の場合は、き裂の寄与分はわずかであるが、延性的な力学挙動を示す透率測定を行った (Fig.5)。花崗岩の実験結果から、弾性領域および岩盤に対してき裂を形成した場合は、き裂が主な流体移動経路として塑性領域における浸透率の有効応力依存性は温度に依存しないことが機能することが明らかになった (Fig.3)。

受賞
・ ポスター賞（金賞）（資源・素材学会東北支部春季大会、2015年6月17日；沼倉(M2)）(Photo 2)
・ Best Presentation Award（39th GRC Annual Meeting、2015年9月23日；沼倉(M2)）
・ 学生ベストプレゼンテーション賞（日本地熱学会平成27年学術講演会、2015年10月23日；沼倉(M2)）

Fig.4 Permeability distribution before and after
the hydraulic fracturing test.

Molten PEEK (confining fluid)
Melting: 340 oC
Decomposition: >450 oC
Viscosity: 350 Pa∙s (400 oC)
Confining pressure
by a pump
Steam by asyringe pump
(0.5-3 MPa)

PistonGraphitepacking

Inlet tubeTC

Polyimide thin film (sleeve)
Melting: no melting point
Decomposition: >500 oC

Furnace

Axial loadby a jack(≈ confining pressure)Fig.1 Continuous measurement of the in-situ stress during one year
from the two years after the earthquake.

18 Coexistence Activity Report 2015

Fig.2 Map of the magnitudes of the permeability reduction from theinitially created permeability for the fractured granite.

Fig.3 Relation between permeability and confining pressure
under with/without crack condition.

Specimen
Tri-axial cellTCSteam(0.1 MPa)

Fig.5 Schematic diagram of experimental system underhigh temperature and high pressure

Coexistence Activity Report 201519