資源戦略学講座

Resources Strategies

地球物質・エネルギー学分野

Geomaterial and Energy / Surface and Subsurface Instrumentation

Understanding and Utilization of materials and systems in Geosphere

教授 土屋 範芳

准教授 岡本 敦

助教 宇野 正起研究員 山田 亮一

研究員 山崎 慎一

Professor

Associate Professor

Assistant Professor

Researcher

Researcher

Noriyoshi Tsuchiya

Atsushi Okamoto

Masaoki Uno

Ryoichi Yamada

先進社会環境学専攻

地圏環境の物質・システムの理解と有効利用

Shinichi yamasaki

crustal environments, and their impacts on our human society such as geothermal energy and mineral deposits. Especially, we are focusing
on deep geothermal system, called “beyond brittle”. We carried out the field survey on the Shirasawa Caldera and the granite-porphyry bodynear Tazwa-lake, as natural analogue of supercritical reservoir. Various experiments on water-rock interaction under hydrothermal conditions
were carried out, including decompression boiling-induced fracturing, two-phase flow, fracture sealing, hydration of rocks, hydrogen

ジオリアクターと人工鉱床研究プロジェクトおよび主な外部獲得資金

地球内部のエネルギー・反応システムを有効利用する研究を進めて

production, and formation of artificial mineral deposits. We also carried out statistical analyses of geochemical data of the Tsunami sediments

いる。温泉水と廃アルミニウムを用いた水素製造では、速度論的解析

of historical earthquakes and of the river water in the Mining areas.

を行うとともに実際の玉川温泉水を用いた長期試験を行い、その有用性を実証した。また、海洋底熱水鉱床や浅熱水性金鉱床の形成メカ

主な研究テーマ

により、減圧沸騰により効果的にマイクロクラックが形成し、岩石の弾・超臨界地熱システムと地熱探査

性波速度が非常に大きく低下することを見いだし (Fig.2)、地殻の延性

・地殻流体−岩石の相互作用：破壊、反応、流動領域の開発する新たな手法としての有効性を検討している。

・ジオリアクターと人工鉱床
・表層における元素の移動・拡散・濃集プロセス
・ 津波堆積物の判別と環境リスク評価

水熱条件下の岩石—水相互作用の研究
地球内部の大規模な水循環を理解するために、モンゴルのオフィオ

地殻エネルギー・フロンティア“Beyond Brittle” の研究

ライト、三波川変成帯、南極のセルロンダーネ山地における調査と岩石の分析により、地殻とマントルにおける加水反応と物質移動メカニ
ズムの研究を進めている。また、実験的にマントルの加水反応の経路ニズムについて研究し、人工的に作り出す試みにチャレンジしている。

津波堆積物と河川水の統計学的解析
将来的な津波浸水域を推定するために、歴史的な大地震による貞観津波堆積物の分析を行った。東日本大震災の津波堆積物などを教師データとした機械学習により最適９元素で判別図を作成し、これまで困難だった「泥層」から津波堆積物を判別することに成功した(Fig.4)。また、大館市周辺の鉱山地域の河川水の主成分分析により、人為的な影響を抽出している。

がシリカの付加によって大きく変化し、地球内部の流体圧に変化を与今なお未到達のフロンティアである地殻 深部（”beyond brittle”えることを示した。

T>350℃ ; 脆性の向こう側）に胚胎する超臨界地熱貯留層のシステム

岩石—水相互作用を支配するミクロなプロセスである、鉱物表面のを理解し、開発するために、フィールド調査と岩石—水相互作用に関水の挙動について分子動力学シミュレーションを行い、その自己拡散する室内実験を精力的にすすめた。本年度は、超臨界地熱貯留層のナ係数が石英の表面ではバルクとは大きく異なることを見いだした。超チュラルアナログとして、仙台市近郊の白沢カルデラと田沢湖周辺の花臨界・亜臨界条件におけるシリカの溶解・析出実験を行い、析出によっコウ岩 – 斑岩複合岩体の調査を行ってきた。石英の熱発光強度測定、て亀裂が閉塞する際には特徴的な流体圧の振動が起こること、未飽メルト包有物の化学組成分析や含水量測定などから、それぞれが流体和な流体が亀裂を流れるときは石英の選択的な溶解によって複雑なに富むシステムと高温のシステムであることを示し、地熱ポテンシャル流路が発達することを示した。また、熱応力による亀裂ネットワークを評価した (Fig.1)。また、高温地熱環境を再現する新しい実験装置中を流れる気相—液相の二相流の相対浸透率曲線を明らかにした。

Fig.2 X-ray CT image (left) and P-wave velocity (right) of granite
sample after decompression experiments.

・科研費：特別推進研究（土屋）、基盤研究 B（岡本）、挑戦的萌芽研究（岡本）、若手研究 B ( 宇野 )、新学術領域公募研究（宇野）、・その他：JST 研究開発成果実装支援プログラム（土屋）、JOGMEC 受託研究（土屋）、NEDO 環境新技術先導プログラム（土屋）受賞
日本地熱学会平成２７年度学術講演会
学生ベストプレゼンテーション賞

菊池拓馬 (M2)

教育

Department of Environmental Studies for Advanced Society

Our research targets are properties of various geomaterials (rocks/soils/geofluids), water-rock interaction and mass-transport in surface and

環境学外実習（宮城県栗駒高原など）９月
Geothermal Energy Pilot Class コロラド鉱山大学 8 月
オープンキャンパス公開講座 “ 岩石の中をのぞいてみる ” ７月
現在の在学生：D3 3 名（社会人１名 , 中国人留学生１名），D1 2 名，M2 7 名（モンゴル人留学生１名），M1 ７名（インドネシア人留学生２名，ロシア人１名），

参加国際学会・会議

B4 4 名，B3・The 12th Water Dynamics, Sendai (3/12-14) 主催
・Goldschmidt conference, Prague, Czech Republic (8/16-21)

4 名，研究生１名（エルサルバドル人）

研究室ホームページ
http://geoserv.kankyo.tohoku.ac.jp/gmel/

・Short Courses in Regional Geothermal training Program, SanSalvador, El Salvador

Fig.3 Structure and self-diffusion coefficient of
H2O on quartz surface revealed by molecular
dynamics simulation.

Fig.4 Discrimination of the historical Tsunami
deposits along the core sampled from the Sendaiplain.

Fig.5 Field excursion for undergraduate students onthe landslide outcrop (Arato-zawa, Miyagi).

Fig.1 Thermoluminescence intensity of quartz in volcanic
rocks from Shirasawa Caldera, Sendai.

12 Coexistence Activity Report 2015

Coexistence Activity Report 201513