資源戦略学講座

Resources Strategies

地球開発環境学分野

Earth Exploitation Environmental Studies

准教授 坂口 清敏

Toward Advanced Environmental Geomechanics and Energy Technology

Associate Professor

Our laboratory members.

Kiyotoshi Sakaguchi

1) To examine the change in in-situ stress between before and after the 2011 Tohoku-oki earthquake, we performed stress measurements after
the earthquake in the Kamaishi mine, located near the northern termination of the mainshock rupture. The in-situ stress measurement period

水圧刺激き裂に及ぼす温度、圧力および刺激流体の影響

was from 1991 to 2016.
2) To clarify the fracturing characteristics of granite in a ductile region, we stimulated granite specimens with water under brittle or ductile

既存の地熱貯留槽よりも深い領域での地熱エネルギー開発においてconditions and then observed cracks and measured permeability.

は、貯留槽をとなる岩体は力学的に延性的性質（ここでは延性岩体と3) To clarify the slip characteristics of an artificial crack of granite sample in brittle-ductile condition, we performed slip experiments with呼ぶ）を示すようになる。このような延性岩体に地熱貯留槽を創成す

increasing pore pressure under confining pressure at 350℃-400℃.

る方法としては幾つかの方法が提案されているが、本研究では、水圧刺激によって延性岩体を部分的に破壊（き裂を生成）する方法に着目し、高温（450℃）・高圧（30 MPa）環境下において岩石に水圧刺激を与この領域は SLSR に含まれている。釜石地域は東北地震の滑り域のえ、形成されるき裂の観察および透水性評価を行い、提案する方法の西側外縁に位置しているが、釜石沖のコの字型の領域で滑りが止まっ有効性について検討を行った。その結果、室温～ 450℃の条件では、たと推察される。Fig.3 は、釜石沖で発生した地震の規模の経年変化
2011 年 3 月 11 日に発生した Mw9.0 の東北地方太平洋沖地震（以

水圧刺激によって生成されるき裂の形態（一枚き裂、連続き裂、クラウを示している (Ariyoshi et al. 2014))。同図より、東北地震前は、約下、東北地震）によって、東北地方は水平方向と上下方向（沈下方ドき裂）が異なることが明らかとなった。これは、対象とする岩石の5.5 年おきに釜石沖で地震が発生しており、その規模は M = 4.7 ～ 5.1

向）に数メートルの地殻変動を履歴した。このような大きな地殻変動

初期浸透率および刺激流体の粘度の影響を受けた（Fig. 4）。我々がであった。しかしながら、東北地震の後数か月間はこれらの地震の発は、浅所（地表下数百 m）地殻応力場にも大きな影響を及ぼしている。

地熱エネルギー開発に都合の良いと考えているクラウドき裂は、温度生間隔は短くなり（地震数の増加）、その規模は大きくなっている。さ

本研究では、東北地震前後の浅所地殻応力場の経年履歴を明らかに450℃の領域においても生成可能であり、延性岩体での地熱開発の実らに時間が経過すると、地震の発生間隔は次第に長くなり（地震数のするため、岩手県釜石鉱山において地圧測定を繰り返してきた。今年現可能性を示唆することができた。

減少）、その規模も東北地震前とほぼ同規模に戻っている。これらの度は、東北地震発生の 20 年前から発生後 5 年目までの地圧の経年事実から以下のようなことが推察された。
「東北地震後 1 年目の応力履歴について検討した。東北地震前後の主応力値には大きな違いが値の増大の原因は、釜石沖の滑り挙動（滑りが止まった）に依るもの見られる。東北地震後１年目に主応力値は地震前に比べて大きく増加である。こうして地殻応力が増加した結果、釜石沖での地震が増加ししているが、経年とともに地震前の値に近づいている（Fig.1）。Fig.2

た。頻発して発生した地震により地殻応力が解放され、釜石鉱山におは Yagi and Fukuhata (2011) による東北地震における 5 m 以上ける東北地震後 1 年目以降の応力値は減少した。結果として、地震ののすべりの分布のコンター図に Ye et al. (2012) に倣って三陸沖低地数が減少した。」この推察は、釜石鉱山における地圧の経年変化の理

震滑活動域 (SLSR) を重ねたものである。東北地震による滑りが小さ

由を完全に説明している訳ではないが、巨大地震と浅所地殻応力の関な領域（5 m 未満の滑り）は釜石沖にコの字型に分布している。また、係を説明できる可能性を示唆している。

脆性（弾性）領域から延性（塑性）領域における岩石き裂のすべり特性と透水性岩石の力学 的 特 性に関して、 その脆 性－延 性 遷 移温 度（350 ℃～400℃程度）またはそれ以上の温度環境下における新しい地熱開発にScholarship winner!

において間隙圧上昇に伴うすべり実験を行い、すべり特性を検討するとともに透水性の評価を行った。その結果、弾性挙動条件下、塑性挙動条件下ともに、すべり挙動は非地震性となることが示唆された。また、すべり後の透水性は、弾性挙動条件下では約 24 倍、塑性挙動条件下では約 2 倍に増加していた。実験数そのものが少ないため今後の継続研究が必要ではあるものの、延性岩体を対象とする地熱開発の実現可能性を示唆できた。

外部資金の獲得
・科研費：特別推進研究（分担（代表：東北大・土屋））、基盤研究（B）（代表：坂口）・共同研究等：応用地質（株）、3D地科学研究所、立命館大学

受賞
・ポスター賞（銅賞）（資源・素材学会東北支部春季大会、2016年7月7日；江川(M2))
・Scholarship Winner （9th Asian Rock Mechanics Symposium、2016年10月18日～20日；江川(M2)）(Photo.2)

学会等での講演・Water Dynamics 13（2016 年 3 月＠仙台；博士学生 1 名）・平成 28 年度 資源・素材学会春季大会（2016 年 3 月＠東京大学；修士学生 3 名）・ 7th Int. Symp. on In-Situ Rock Stress（2016 年 5 月＠タンペレ（フィンランド）；坂口）・日本地球惑星連合大会 2016（2016 年 5 月＠幕張メッセ；博士学生 1 名）
・資源・素材学会 東北支部春季大会（2016 年 7 月＠仙台；博士学生 1 名，修士学生 1 名）
・第 51 回地盤工学研究発表会（2016 年 9 月＠岡山；坂口）

おいては、既存の地熱開発に比較して困難も多くあるものの、より有・資源・素材 2016（盛岡）（2016 年 9 月＠盛岡；修士学生 1 名）利な特徴も指摘されている。その一つに、開発に伴う誘発地震の低減

・9th Asian Rock Mechanics Symposium（2016 年 10 月＠バリ（インドネシア）；修士学生 1名）が挙げられる。この理由の一つとして、地震は岩石（岩体）の破壊現象、き裂（断層）の滑り現象であるが、延性岩体中に存在するき裂のすべり挙動は、非地震性すべりになる可能性が考えられることが挙げられる。本研究では、人工の一枚き裂を有する花崗岩供試体（Fig. 5）に対して、弾性挙動条件下（350℃）および塑性挙動条件下（400℃）

Department of Environmental Studies for Advanced Society

In 2016, our research activities are as follows:

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

先進社会環境学専攻

地殻環境・エネルギー技術の新展開

・日本地熱学会郡山大会（2016 年 10 月＠郡山；博士学生 1 名）
・資源・素材学会 東北支部若手の会（2016 年 10 月＠仙北市；修士学生 1 名）

その他のトピック・子育てサポーター養成講座 講師（2016 年 6 月 29 日；坂口）Fig.1 The annual trend for the magnitudes ofthe principal stress.

Fig.2 The total slip distribution of larger than 5 mof the 2011 Tohoku-oki earthquake from Yagi andFukuhata (2011).

16 Coexistence Activity Report 2016

Fig.3 Magnitude-time plot for the off Kamaishi
region (Up) with close-up in the sky-blue-colored
time window (Down), from Ariyoshi et al. (2014).

Fig.4 Relationship between fracture type with temperature condition.

Fig.5 Granite specimen for slip experiment.

Coexistence Activity Report 201617