太陽地球システム・エネルギー学講座 │ Solar and Terrestrial Systems and Energy Sciences

地球物質・エネルギー学分野 Geomaterial and Energy

地圏環境の理解と利用
Geoscience and Technology教授

土屋 範芳

Professor

Noriyoshi Tsuchiya助教

助教

平野 伸夫

岡本 敦

Assistant Professor

Nobuo Hirano

Assistant Professor

Atsushi Okamoto

Research activities of our laboratory are aimed to lithosphere and Earth systems for understanding of environmental changes by integrated approach that geological, geochemical, geophysical based laboratory experiments and fieldworks. Our laboratory is conducting development of original apparatus and research techniques
for the new exploration and/or resolution of Earth scientific and environmental problems.
The main researches of our laboratory are Water-Rock Interaction, Geochemical characterization of supercritical geofluid, Fracture network system in the Earth’s crust related geofluid flow, Mass transport phenomenaof heavy metals from lithosphere to soil and river, Georeactors and Hydrothermal reactions for energy production and material processing (ex. generation of hydrogen and conversion of carbon dioxide), and GIS based Geosphere information system for evaluation of soil pollution.
Fig.2 Changes of peak wavenumber of CO at various conditions measured
2by Raman spectroscopy.

主な研究テーマ
岩石－水相互作用（化学的作用、力学的作用）
超臨界地殻流体のキャラクタリゼーション
地圏環境における流体移動場と流体移動
地圏環境における物質移動・拡散・濃集（地圏環境インフォマティクス）
ジオリアクターのための反応プロセス設計
水熱反応および二酸化炭素の物質転換
地圏物質と放射線の相互作用

Fig.1 Water sampling and river flow ratemeasurement in Kosaka-gawa river.

よる流体流動シミュレーションシステムの設計・開発がほぼ終了した．このシミュレーションは実際の地殻内部き裂に近い状態を再現できるものであり，また，その結果からは複数のき裂が連結している場合，その内部を流れる流体の流動はそれらのき裂全てを使用するのではなく，流動に関与する主き裂が存在する可能性が示唆された．
また、地下深部での流体移動の痕跡と考えられる高度変成岩・付加体中に存在する鉱物脈に着目したフィールドワー
クを実施し、脈を形成している方解石などの析出物質と周囲の岩相との関係について整理をおこなった．また、同位体組

Fig.4 Fluid flow simulation by GEOFLOW. A）
Parallel platefracture model.
B）Real surface shape fracture model.

Fig.3 Calculated and measured value of
Zn concentration in river water.

成、結晶成長組織の定量化から、脈形成時の流体・物質の1

昨年度完成した，非人為的汚染土壌情報を地層・地形情報移動について明らかにした。さらにフィールド観察結果をもとと共にGISとして一元的に集約したGENIUS DVD-ROMの配にした鉱物脈生成の室内実験についても実施し，加えて温泉布については，主に大学・自治体から準備した数を上回る申し地域に見られるような地下浅部における炭酸塩シンターの形込みがあった．今後はこうした自然環境情報の重要性がます

成過程についても引き続き検討をおこなっている。

ます認識されてくるものと考えられる．現在は次の段階として，これら岩石─流体の物理・化学反応、き裂内流動室内実

秋田県北での河川水中における汚染物質濃度変化の観測調査

験やフィールドワークを総合的に解釈することで二酸化炭素を行い，GIS情報および室内実験を元に計算される濃度変化の地下隔離方法への応用，地震発生と地殻内部流体など，との比較を行っている．この結果を基に予測手法まで発展でき岩石と流体の関わる様々な分野への応用が期待される．

れば，より高度な地圏環境インフォマティックスとして活用できジオリアクター・物質転換関連では、触媒を利用した水熱反る可能性がある．また，このような鉱山地帯の河床に含まれ応による二酸化炭素の還元反応や水素および炭化水素化合る有価金属の回収方法についても検討を行っている．

物の生成についての検討を引き続きおこなっている．

Fig.5 Crystal growth direction image of Quartz
in mineral vein.

Fig.6

Fieldwork in Gobi-Altai in Mongolia.

参加国際学会・会議

Fig.7 Fieldwork in Wayang-Windu
geothermal field in Indonesia.

放射性廃棄物重要基礎技術研究調査（原子力環境整備促進・資金管理センター・受託研究）

6th International Workshop on WATER DYNAMICS,

第51次南極地域観測隊

ゴルの変成帯の地質調査を行い、ユーラシア大陸が成長す仙台国際センター , 仙台
（3/4-6）

査隊（情報・システム研究機構

る過程における変成・火成作用について岩石学的研究を進The 15th Formation Evaluation Symposium of Japan,なってきた．その結果，流体と接触する物質の種類によって，めている。また，7月にはインドネシア・バンドン郊外にある

JOGMEC-TRC, 千葉（10/1-2）

接触界面近傍の流体に密度変化が生じる場合があることが示

Wayang-Windu地熱地帯における調査もおこなった．

Geothermal Resources Council Annual Meeting,

地球内部の岩石と水の反応に関しては，独自に考案した

その他のフィールドワークとして，引き続き、6月にはモン

熱水の赤外吸収およびラマン散乱測定システムを使用し、二酸化炭素あるいは二酸化炭素溶解水を主体とした実験をおこ

セールロンダーネ山地地学調
国立極地研究所）

教育
環境学外実習（北海道・日高山脈）

唆された．この結果は二酸化炭素地下貯留における貯留層岩

さらに土屋教授は本年度11月から2月まで，超大陸の成長・Reno, NV, USA（10/5-8）

IAESTE国際インターンシップ

石の化学変化に対して重要な知見を与えるものと期待される．

分裂機構とマントルの進化過程，新世代の南極氷床・南太International Petroleum Technology Conference,（マケドニア・石油関連企業・M1 1名）

地殻内部におけるき裂内流体移動については，引き続き室平洋変動史の復元と地球環境変動システムおよび隕石による

Doha, Qatar（12/7-9）

博士論文・修士論文

内実験とその結果を元にしたシミュレーションをおこなってい地球型惑星の形成および進化過程の解明の3つを目的とした

る．本年度は個別の表面形状を持つき裂を用いたDFNモデル

第51次南極地域観測隊・セールロンダーネ山地地学調査隊（Discrete Fracture Network：個別き裂の集合体モデル）に隊長として参加した．

Coexistence Activity Report 2009

研究プロジェクト
地震発生の素過程研究（東京大学地震研究所）

別掲

D2 1名、M2 2名、M1 4名、4年生 4名、3年生 3名在籍

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

アクティビティレポート 20091