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

Professor

Associate Professor

Assistant Professor

Noriyoshi Tsuchiya

measurements of fractured granites under sub to supercritical conditions. We also investigated characteristics of magmatic-hydrothermalsystem on Shirasawa Caldera and granite-porphly body, as natural analogue of supercritical geothermal reservoir. Various types of fluidrock interactions have been investigated based on field survey, laboratory experiments and numerical simulations, including hydration ofmantle and crustal rocks, and its application to hydrogen production, formation of hydrothermal deposits within seafloor and continental
crusts. In addition we have started a new project for approaching social problem on geothermal development on onsen-areas, by interviews
on stakeholders and network modeling of local community for decision-making process.

Masaoki Uno

Researcher

Ryoichi Yamada

Researcher

Shinichi yamasaki

ジオリアクターと人工鉱床
温泉水を利用した廃アルミニウムからの水素製造についての研究
では、室内実験による検証を経て、蔵王温泉において実際の温泉水を用いた実証試験を進めており、その実用性を確認した。海洋底熱水鉱床についての研究では、天然の黒鉱の分析と、熱水噴出孔を模擬した水熱実験を進め、温度変化に応答して黄鉱から黒鉱へと変化することを見いだした。

主な研究テーマそのエネルギーポテンシャルを評価した。また、石英の熱発光強度・超臨界地熱システムと地熱探査の減衰速度の温度依存性を実験的に制約し、葛根田地熱地帯に適・地殻流体と岩石 – 水相互作用用することで、地熱流体の空間分布とその温度を定量的に評価する

・ジオリアクターと人工鉱床手法を確立した（Fig.2）。

・元素の移動・濃集プロセスと環境リスク評価

超臨界地熱システム “Beyond Brittle”

本年より、国内、国外のいくつかの温泉・地熱地域の人々に対して、地熱開発についてのインタビューを行い、統計的に解析することにより、地圏環境の岩石—水相互作用・地熱開発の社会受容性についてのモデリング

地熱開発の社会受容性

地圏環境を支配する地球規模の水循環プロセスは、様々な地質体地域社会のネットワーク構造を明らかにする研究を始めている。その解析に基づき、地域社会の合意に至るまでの意思決定プロセスについての数理モデルの構築を進めている（Fig.5）。の中にその痕跡を残している。モンゴル西部に露出するオフィオライト

地熱開発のフロンティアである超臨界地熱貯留層（>350°C）の性状と開発可能性を評価するために、亜臨界—超臨界条件でのき裂の透水性測定を可能にする新たな装置を開発して実験を行うことで、地下のき裂の透水特性を決める全く新たな条件（岩石き裂の閉じ方が弾性的な領域と塑性的な領域、Fig.1）を発見し、高温の延性地殻でも超臨界地熱資 源の存在する可能性が 高いことを明確に示した。この結果は国際誌 Nature Geoscience にアクセプトされた。
ナチュラルアナログである仙台市近郊の白沢カルデラと田沢湖周辺の花コウ岩 – 斑岩複合岩体の野外調査では、メルト包有物や熱水鉱物脈の分布と化学組成分析などから、マグマ溜まりの深度分布と水の飽和度、そこから放出された超臨界流体の貯留形態を明らかにし、Researcher

Researcher

Takayoshi Nagaya Fumiko Higashino参加国際学会・会議
・The 13th Water Dynamics、Sendai (3/15-18)

主催

・Goldschmidt conference、Yokohama (6/26-7/1)
・Crustal Dynamics 2016、Takayama (7/19-22)
・Water Rock Interaction 2016、Evora、Portugal (10/16-21)
・Fall Meeting of American Geophysical Union、San Francisco(12/12-16)

研究プロジェクトおよび主な外部獲得資金
・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 研究開発成果展開事業プログラム（土屋）、JSPS 自然共生・持続可自然共生・持続可能システム分野に関する学術研究動向（土屋）、NEDO
環境新技術先導プログラム（土屋）受賞
東北大学大学院環境科学研究科

み込み帯における水の循環の重要な過程である、島弧の下のマントル

学生優秀発表賞

奨学賞

大柳良介 (D2)

石川慧(D2)

教育が変質する際（蛇紋岩化作用）の新しい反応メカニズムを見いだした。
また、蛇紋岩化作用が進行する際に起こる体積膨張による変形と流体環境学外実習（宮城県栗駒高原など）９月

移動のカップリングについて、アナログ物質を用いた実験や数値シミュ

Geothermal Energy Pilot Class コロラド鉱山大学 8 月

レーションによって明らかにした。

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

地震は、地震の断層が高速に滑ることによって発生する力学的なプ

現在の在学生：D3 1 名（中国人留学生１名）、D2 2 名、D1 4 名（モンゴル人ロセスである。断層の基本的な性質を明らかにするために、鉱物の界留学生２名、エルサルバドル人留学生１名）、M2 ７名（インドネシア人留学生２名、面に水が存在する条件での、分子動力学による摩擦シミュレーションる水分子の重要性を明らかにした（Fig.4）。

Masahiro Oba

日本地球惑星科学連合 2016 年大会（海底の地殻－マントル断面）の地質調査と分析を行い（Fig.3）、沈を行い、定常的な滑りと間欠的な滑り（stick-slip）への遷移におけResearcher

Department of Environmental Studies for Advanced Society

We have revealed the possibility of exploitable supercritical geothermal resources in the “beyond brittle” crusts, based on new permeability

Atsushi Okamoto

研究員 山田 亮一 研究員 山崎 慎一 研究員 大庭 雅寛 研究員 永冶 方敬 研究員 東野 文子

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ロシア人１名）、M1 ５名（インドネシア人留学生２名）、B4 4 名、B3 4 名
研究室ホームページ
Fig.4 Molecular dynamics simulation on frictional
behavior of quartz plates with water film.

http://geoserv.kankyo.tohoku.ac.jp/gmel/

特筆すべき業績The paper on the experimental studies on permeability measurement under sub- tosupercritical- conditions will be published in Nature Geoscience (now accepted) witha title “Potentially exploitable supercritical geothermal resources in the ductile crust”.

Fig.1 Elastic-plastic transition stress curve obtained fromthe permeability measurements of fractured granite undersub- to supercritical conditions.

12 Coexistence Activity Report 2016

Fig.2 Relative intensity of thermoluminescenceof quartz taken from the wells in the geothermal
field.

Fig.3 Drone photo of Hantaishir Ophiolite (hydratedmantle unit) in SW Mongolia with a trajectory of fieldsurvey.

Fig.5 Analysis of network structure of the stakeholders in local community
at an Onsen area.

Fig.6 Meeting for international collaboration at
Karlsrule Institute of Technology, Germany.

Coexistence Activity Report 201613