表層型メタンハイドレートの研究開発
2019年度 一般成果報告会「海洋産出試験の実施場所の特定に向けた海洋調査」
2019/11/29
国立研究開発法人産業技術総合研究所
地圏資源環境研究部門 燃料資源地質研究グループ
佐藤 幹夫
本研究は，経済産業省「国内石油天然ガスに係る地質調査・メタンハイドレートの研究開発等事業（メタンハイドレートの研究開発）」の一環として実施した。関係各位に対し、謝意を表します。
1

表層型メタンハイドレートの開発に向けた工程表（海洋エネルギー・鉱物資源開発計画，2019年2月15日改定，経済産業省）
海洋基本計画（平成30年5月15日閣議決定）⚫ 平成30年代後半に民間企業が主導する商業化に向けたプロジェクトが開始されることを目指し、将来の商業生産を可能とするための技術開発を進める。

実行計画（2019〜2022年度）

2023～2027年度頃

2 0 1 8 ～ 2 0 2 2 年 度 頃
回収技術に関する調査研究
生産技術の開発

海洋産出試験の実施場所の特定に向けた
海洋調査

回収の原理や回収時に想定される事象等に関する調査・検討（提案公募型）

調査研究の評価有望
技術の特定に向けた検討

回収・生産技術の研究開発
要素
技術の評
価

陸要上素で技の術
実に験係
等る

要
海素
洋技
で術の検に証係る

海洋産出試験に向けた生産システムの検討

賦存状況等を把握するための海洋調査
海底の状況等を把握するための海洋調査
海洋産出試験の実施場所に関する検討

環境影響評価手法の研究
環境影響評価海域環境調査継続的な確認とアップデート

長期的取組

経済性の確保や環境保全など、商業化に必要な条件の検討

2

方
向性の
確
認・
見直
し

方
向性の
確
海認
洋・
見
産直
出し試の験結等果を踏まえ
た

方
向性の
確
認・
見
直し

民間
企
業が主導す
る
商業化に向けた
プ
ロジ
ェク
トの開始

研究の進展に伴い、将来的に現場での回収試験等を行う際に必要となる情報を収集しておくため、海底表層型メタンハイドレートの調査（2013〜2018年度）
タンハイドレートの分布、形態の特徴等を解明するための海洋調査を実施する。

【海底の現場状況等の把握】型メタンハイドレートの商業化のイメージについては、先に述べた砂層型メタンハイドレートと同様のものを想地盤強度調査海底現場状況調査

2013年度

参考資料２，３，４

海洋産出試験の実施場所の特定に向けた
海洋調査

参考資料２，５＜表層型MH資源量の把握＞
資源量調査（2013〜2015年度）

参考資料４【賦存状況等の把握】
海洋電磁探査（2017年度）

掘削試料（MH含有） 資源量試算（海鷹海脚ガスチムニー構造）

三次元比抵抗分布3

海底下浅部構造探査（2018年度）

海底下浅部構造（AUVによる調査）

２．海洋産出試験の実施場所の特定に向けた海洋調査①【目標】◼ 海洋調査を通じて、表層型メタンハイドレートの賦存状況や、生産技術の開発に必要な海底状況を把握する。
◼ 上記の調査結果等を踏まえ、海洋産出試験の実施場所に関する検討を行う。
【実施内容】
１．賦存状況等を把握するための海洋調査① 精密地下構造調査

MH層そのものを対象

表層型メタンハイドレートの存在が確認されている海域において、高分解能海上三次元地震探査を実施し、表層型メタンハイドレート賦存域の精密地下構造データの取得に取り組む。

② 熱流量調査
熱流量データを取得し、高分解能海上三次元地震探査データに観察されるBSR分布と併せて解釈することでハイドレート安定領域下限深度の評価に取り組む。

２．海底の状況等を把握するための海洋調査① 地盤強度調査
表層型メタンハイドレートの存在が確認されている海域を対象に、海底及びメタンハイドレート賦存深度付近までの胚胎層の地盤強度調査を行う。

② 海底現場状況調査
底層流、塩分濃度、海底水温、圧力、海底下のメタンガス、メタンプルーム等の海底の現場状況を把握するための海洋調査を実施する。

３．海洋産出試験の実施場所の特定に向けた検討
上述の調査結果等を踏まえ、海洋産出試験の実施場所を特定するための検討を行う。
4

２．海洋産出試験の実施場所の特定に向けた海洋調査①【目標】◼ 海洋調査を通じて、表層型メタンハイドレートの賦存状況や、生産技術の開発に必要な海底状況を把握する。
◼ 上記の調査結果等を踏まえ、海洋産出試験の実施場所に関する検討を行う。
【実施内容】
１．賦存状況等を把握するための海洋調査① 精密地下構造調査

MH層そのものを対象

表層型メタンハイドレートの存在が確認されている海域において、高分解能海上三次元地震探査を実施し、表層型メタンハイドレート賦存域の精密地下構造データの取得に取り組む。

② 熱流量調査
熱流量データを取得し、高分解能海上三次元地震探査データに観察されるBSR分布と併せて解釈することでハイドレート安定領域下限深度の評価に取り組む。

２．海底の状況等を把握するための海洋調査① 地盤強度調査

MH層そのものではなく，周辺の状況を対象

表層型メタンハイドレートの存在が確認されている海域を対象に、海底及びメタンハイドレート賦存深度付近までの胚胎層の地盤強度調査を行う。

② 海底現場状況調査
底層流、塩分濃度、海底水温、圧力、海底下のメタンガス、メタンプルーム等の海底の現場状況を把握するための海洋調査を実施する。

３．海洋産出試験の実施場所の特定に向けた検討
上述の調査結果等を踏まえ、海洋産出試験の実施場所を特定するための検討を行う。
5

２．海洋産出試験の実施場所の特定に向けた海洋調査②【賦存状況等の把握】【海底の現場状況等の把握】

Bird's Eye View of BSR : Time Structure
精密地下構造探査（高分解能三次元地震探査）

海上物理探査地盤強度調査Umitaka Spur

N

掘削

BSR Time Structure

Two-way Time (sec)

BSR Pull-ups

掘削船（2015年度使用）

三次元地下構造熱流量探査

H Scale = 109.361 m/cm
V Scale = 40.0615cm/sec

海底現場状況調査
ROV

海底熱流量測定装置（SAHF）

海洋電磁探査（2017年度）

CPTプローブ

海底下浅部構造探査（2018年度）
ROVと海底設置観測装置（2014〜2015年度）【回収・生産技術の研究開発】
三次元比抵抗分布・要素技術・生産システム

海底下浅部構造（AUVによる調査）＜表層型MH資源量の把握＞【海域環境調査】

資源量調査（2013〜2015年度）【海洋産出試験の実施場所に関する検討】
掘削試料（MH含有） 資源量試算（海鷹海脚ガスチムニー構造）

6２．海洋産出試験の実施場所の特定に向けた海洋調査③＜実施スケジュール＞

年度

2019

202020212022

賦存状況等の把握
・精密地下構造調査
・熱流量調査準備

海底の現場状況等の把握
・地盤強度調査・海底現場状況調査

準備・機材調達
・船舶検討
・現地調整

海洋産出試験の実
施場所に関する検討＜表層型MH資源量の把握＞【海域環境調査】

資源量調査（2013〜2015年度）【回収・生産技術の研究開発】
・要素技術・生産システム

掘削試料（MH含有） 資源量試算（海鷹海脚ガスチムニー構造）

7２．海洋産出試験の実施場所の特定に向けた海洋調査②【賦存状況等の把握】【海底の現場状況等の把握】

Bird's Eye View of BSR : Time Structure
精密地下構造探査（高分解能三次元地震探査）

海上物理探査地盤強度調査Umitaka Spur

N

掘削

BSR Time Structure

Two-way Time (sec)

BSR Pull-ups

掘削船（2015年度使用）

三次元地下構造熱流量探査

H Scale = 109.361 m/cm
V Scale = 40.0615cm/sec

CPTプローブ

海底現場状況調査
ROV

海底熱流量測定装置（SAHF）

参考資料４
海洋電磁探査（2017年度）

海底下浅部構造探査（2018年度）
ROVと海底設置観測装置（2014〜2015年度）【回収・生産技術の研究開発】
三次元比抵抗分布・要素技術・生産システム

海底下浅部構造（AUVによる調査）＜表層型MH資源量の把握＞ 参考資料２，５【海域環境調査】

資源量調査（2013〜2015年度）【海洋産出試験の実施場所に関する検討】
掘削試料（MH含有） 資源量試算（海鷹海脚ガスチムニー構造）

8表層型MHの資源量把握に向けた調査（2013〜2015年度）①
平成25年4月の海洋基本計画を受け、平成25年度～27年度において経産省の委託により日本海を中心に資源量把握に向けた広域的な海洋調査を実施した。
参考資料２，５①広域地質調査による全調査海域（地形データの着色部分）

最上トラフ
上越沖
隠岐トラフ

＜実施した調査種目＞①広域地質調査（船底音響機器探査）・・・特異点（ガスチムニー構造）探索②詳細地質調査（AUV音響探査）・・・特異点周辺の超音波構造探査③精密地震探査（3D地震探査）・・・エアガン構造探査④海洋電磁探査（CSEM探査）

・・・比抵抗分布の曳航式探査⑤掘削同時検層（LWD：Logging While Drilling） ・・・坑井の物性測定⑥掘削地質サンプル採取（コアリング＋CPT） ・・・ハイドレート等堆積物採取⑦環境調査（ROV潜航調査＋長期モニタリング） ・・・環境ベースライン調査
Bird's Eye View of
BSR : Time Structure
Umitaka SpurN

BSR Time Structure

高Two-way Time (sec)

BSR Pull-ups

低④海洋電磁探査による高比抵抗部の分布②詳細地質調査で使用したAUVと海底下浅層部構造③精密地震探査による３D地下構造⑥掘削地質サンプル採取で取得したハイドレート試料

６ｍ長のライナー全て
塊状ハイドレートの例⑤掘削同時検層のLWDツール

9

H Scale = 109.361 m/cm
V Scale = 40.0615cm/sec⑦環境調査によるROV潜航調査で発見した塊状メタンハイドレートの壁

表層型MHの資源量把握に向けた調査（2013〜2015年度）②
ガスチムニー構造の特徴
参考資料２，５
海鷹海脚CWマウンド構造

500～1000m

音響ブランキング（ガスチムニー構造）
数100m～1km程度

地形：マウンド／
ポックマークメタンハイドレート
MH安定領域下限

厚さ50～150m

・ガスチムニー構造は音響探査のシャドーのため、内部構造は分からなかった。
・掘削調査などを通して、メタンハイドレートが、塊状、板状、脈状、粒状など様々な形態で存在し、その分布は連続的でないことが分かった。
・調査海域全体の資源量評価を断念し、一部に集中した。

過去の調査経緯から、データ量が最も多く、塊状のメタンハイドレートが実際に確認されている箇所の一つとして、海鷹海脚CWマウンド構造が資源量評価対象として選択された。

主な成果内容・国の要請に基づき、主に日本海で表層型メタンハイドレート調査を広域(63,700km2)で実施。
・音響ブランキングを示す特異点（ガスチムニー構造）を合計1,742箇所で確認。
・ガスチムニー構造内のメタンハイドレートの分布は不連続で一貫性がないことを確認。
・上越沖、海鷹海脚CWマウンド構造で、ガス換算６億ｍ3（0.02TCF）のハイドレートと推定。
10海洋電磁探査（CSEM探査） （2014〜2015年度）
2017年度にも実施

参考資料５

解析結果の例（上越沖海鷹海脚から）
海底地形

隠岐トラフ南東（H27）

比抵抗分布（海底下45m）

青色：高比抵抗赤色：低比抵抗高比抵抗：MHの存在指標として有効→ 賦存状況の把握

11

青色：高比抵抗，赤色：低比抵抗２．海洋産出試験の実施場所の特定に向けた海洋調査②【賦存状況等の把握】【海底の現場状況等の把握】

Bird's Eye View of BSR : Time Structure
精密地下構造探査（高分解能三次元地震探査）

海上物理探査地盤強度調査Umitaka SpurN

掘削

BSR Time Structure

Two-way Time (sec)

BSR Pull-ups

掘削船（2015年度使用）

三次元地下構造熱流量探査

H Scale = 109.361 m/cm
V Scale = 40.0615cm/sec

海底現場状況調査
ROV

海底熱流量測定装置（SAHF）

海洋電磁探査（2017年度）

CPTプローブ

海底下浅部構造探査（2018年度）
ROVと海底設置観測装置（2014〜2015年度）【回収・生産技術の研究開発】
三次元比抵抗分布・要素技術・生産システム

海底下浅部構造（AUVによる調査）＜表層型MH資源量の把握＞【海域環境調査】

資源量調査（2013〜2015年度）【海洋産出試験の実施場所に関する検討】
掘削試料（MH含有） 資源量試算（海鷹海脚ガスチムニー構造）12精密地下構造探査（高分解能三次元地震探査）①
2019年度実施： 調査船
高分解能三次元反射法地震探査

二次元反射法地震探査

調査船「つしま」 全長：40 m、総トン数：295トン

調査船「かいゆう」 全長：62.4 m、総トン数：1,292トン（株）地球科学総合研究所への外注により実施
警戒作業
第八英祥丸

全長：31.0 m、総トン数167トン
13精密地下構造探査（高分解能三次元地震探査）②
2019年度実施： 調査の様子
GI-GUNBuoy「つしま」

ハイドロフォン

船上でQC!
GI-GUN（150ci）

Head Buoy

GPS
Wi-Fi

ストリーマーケーブル（ケーブル長100m）
ハイドロフォン

Tail Buoy
16 ch/1本 × 6本 = 96 ch（ハイドロフォン間隔 6．25m）（株）地球科学総合研究所への外注により実施
14

精密地下構造探査（高分解能三次元地震探査）③
2019年度実施： 調査の様子（株）地球科学総合研究所への外注により実施（動画提供も同社）
15

SW

SBPデータ（②詳細地質調査AUVから）

SBPは高分解だが、ガスチムニー構造の内部はブランキングにより地質構造が見えない。

1.30

NE
ca.30 mTwo-way Time (sec)

精密地下構造探査（高分解能三次元地震探査）④
参考資料５
2015年度実施の取得データ例

1.35

1.36
1.37

1.30

1.35

音響ブランキング（ガスチムニー構造）

0

既存３D震探データ（佐渡西方３D）

2 km

ガスチムニー構造の内部が確認できた。
ただし解像度は低い。

1.38
1.39
1.40
1.41

ガスチムニー構造の内部の解像度が格段に上がった。

本調査３D震探データ（HR３D）

16

すべて上越沖上越海丘から

２．海洋産出試験の実施場所の特定に向けた海洋調査②【賦存状況等の把握】【海底の現場状況等の把握】

Bird's Eye View of BSR : Time Structure
精密地下構造探査（高分解能三次元地震探査）

海上物理探査地盤強度調査Umitaka Spur

N

掘削

BSR Time Structure

Two-way Time (sec)

BSR Pull-ups

掘削船（2015年度使用）

三次元地下構造熱流量探査

H Scale = 109.361 m/cm
V Scale = 40.0615cm/sec海底現場状況調査
ROV

海底熱流量測定装置（SAHF）

海洋電磁探査（2017年度）

CPTプローブ

海底下浅部構造探査（2018年度）
ROVと海底設置観測装置（2014〜2015年度）【回収・生産技術の研究開発】
三次元比抵抗分布・要素技術・生産システム

海底下浅部構造（AUVによる調査）＜表層型MH資源量の把握＞【海域環境調査】

資源量調査（2013〜2015年度）【海洋産出試験の実施場所に関する検討】
掘削試料（MH含有） 資源量試算（海鷹海脚ガスチムニー構造）17

【海底の現場状況等の把握】 地盤強度調査①
掘削船

掘削船（2015年度使用）
ワイヤーで吊り下げ・コーン貫入試験（CPT）
cone penetration test

・三軸圧縮試験試料採取

海底に台を設置（計測終了後、回収）

海底

一定速度でさし込み

CPTプローブ• 掘削船を用いて、ボーリングロッドを堆積物にさし込むことで堆積物の強度を計測します• 陸上で堆積物の強度を計測するため、堆積物を採取します18

【海底の現場状況等の把握】 地盤強度調査②
2015年度に一部海域で実施→まだ不十分
平成26年度（白嶺）および27年度（Poseidon1）に実施
調査海域
上越沖、最上トラフ、隠岐トラフ
使用したコアリングツール
平成26年度（Fugroシステム）
・非圧コアラー
平成27年度（GeoTek システム）
・非圧コアラー・圧力コアラー

コーン貫入抵抗（CPT）の実施

LWD掘削
コアリング掘削
CPT地盤強度試験
合計実施した解析項目など
・保圧コアによる全量分解実験
・柱状図作成・コア写真
・ハイドレート量・年代層序・ガス組成・間隙水組成
・コーン貫入抵抗試験（CPT）

隠岐トラフ

上越沖

最上トラフ

H26
H270451860H26
H27H26
H2705003
18082000952819

合計
掘削サイト

33288

参考資料５

２．海洋産出試験の実施場所の特定に向けた海洋調査②【賦存状況等の把握】【海底の現場状況等の把握】

Bird's Eye View of BSR : Time Structure
精密地下構造探査（高分解能三次元地震探査）

海上物理探査地盤強度調査Umitaka Spur

N

掘削

BSR Time Structure

Two-way Time (sec)

BSR Pull-ups

掘削船（2015年度使用）

三次元地下構造熱流量探査

H Scale = 109.361 m/cm
V Scale = 40.0615cm/sec

海底現場状況調査
ROV

海底熱流量測定装置（SAHF）

海洋電磁探査（2017年度）

CPTプローブ

海底下浅部構造探査（2018年度）
ROVと海底設置観測装置（2014〜2015年度）【回収・生産技術の研究開発】
三次元比抵抗分布・要素技術・生産システム

海底下浅部構造（AUVによる調査）＜表層型MH資源量の把握＞【海域環境調査】

資源量調査（2013〜2015年度）【海洋産出試験の実施場所に関する検討】
掘削試料（MH含有） 資源量試算（海鷹海脚ガスチムニー構造）20

【海底の現場状況等の把握】 海底現場状況調査①
無人潜水機（ROV）で設置・回収

ROVハイパードルフィン（2013〜2015年度使用）沈降粒子を採取
流速計は海底面から数十mまでの高さの流向・流速を計測
CTD

流速計
ROV

海底濁度計
CTD：塩分濃度、水温、圧力を計測
濁度計：底層水の濁りを計測• 海底面から数十mの高さまでの流速、海底面直上の塩分濃度、水温、水圧、濁度を計測します• 設置と回収は無人潜水機（ROV）で行います• 回収後は海底に機材を残しません21

【海底の現場状況等の把握】 海底現場状況調査②【賦存状況等の把握】 熱流量探査＿＿＿＿＿＿＿
SAHF
無人潜水機（ROV）
で設置・回収

地中温度計
水温計

海底湧出量計ROV
海底水温を計測
海底面から湧出する流体の流速を計
測海底下温度を計測• 水温、海底下温度、海底面から湧出する流体の速度を計測します• 設置と回収は無人潜水機（ROV）で行います• 回収後は海底に機材を残しません22

２．海洋産出試験の実施場所の特定に向けた海洋調査②【賦存状況等の把握】【海底の現場状況等の把握】

Bird's Eye View of BSR : Time Structure
精密地下構造探査（高分解能三次元地震探査）

海上物理探査地盤強度調査Umitaka Spur

N

掘削

BSR Time Structure

Two-way Time (sec)

BSR Pull-ups

掘削船（2015年度使用）

三次元地下構造熱流量探査

H Scale = 109.361 m/cm
V Scale = 40.0615cm/sec

海底現場状況調査
ROV

海底熱流量測定装置（SAHF）

海洋電磁探査（2017年度）

CPTプローブ

海底下浅部構造探査（2018年度）
ROVと海底設置観測装置（2014〜2015年度）【回収・生産技術の研究開発】
三次元比抵抗分布・要素技術・生産システム

海底下浅部構造（AUVによる調査）＜表層型MH資源量の把握＞【海域環境調査】

資源量調査（2013〜2015年度）【海洋産出試験の実施場所に関する検討】
掘削試料（MH含有） 資源量試算（海鷹海脚ガスチムニー構造）

23

２．海洋産出試験の実施場所の特定に向けた海洋調査③＜実施スケジュール＞

年度

2019

2020

2021

2022

賦存状況等の把握
・精密地下構造調査
・熱流量調査準備

海底の現場状況等の把握
・地盤強度調査・海底現場状況調査

準備
・機材調達
・船舶検討
・現地調整

海洋産出試験の実
施場所に関する検討＜表層型MH資源量の把握＞【海域環境調査】

資源量調査（2013〜2015年度）【回収・生産技術の研究開発】
・要素技術
・生産システム

掘削試料（MH含有） 資源量試算（海鷹海脚ガスチムニー構造）

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