H28年度JOGMEC地熱部事業成果報告会

地熱貯留層探査技術開発（弾性波探査）の第1回実証試験の成果

平成29年6月8日
株式会社 地球科学総合研究所
青木 直史

内容
• 実証フィールド概要• 統合解析による3次元地質モデル構築• 山間部の地熱地域での弾性波探査に向けた検討
• まとめ

2

内容
• 実証フィールド概要• 統合解析による3次元地質モデル構築• 山間部の地熱地域での弾性波探査に向けた検討
• まとめ

3

実証フィールド概要
山川発電所の概要
名称
所在地
認可出力
蒸気部門
発電部門
運転開始
発電方式

実証試験地 鹿児島県指宿市

山川（やまがわ）発電所
鹿児島県指宿市
25,960kW (2014/12/29改修)
九州電力株式会社
九州電力株式会社
平成7年3月1日
シングルフラッシュ

発電所周辺風景

Yamagawa
海岸沿いの比較的平坦な地形が広がる山川は、規則正しい3次元調査が可能と考えられる国内唯一の地熱地帯といえる。

Okada et al., 2000

4

山川地域の地熱貯留層の特徴
陥没構造
 東西と北側の主要断層(左図C, E, D)により内側が大きく陥没貫入岩
 陥没構造中央部には石英安山岩の貫入岩体が分布

高温貯留層 ＞350℃に及ぶ高温の貯留層が貫入岩体周縁部に形成されたフラクチャーに発達（吉村・伊藤, 1994）

Structural Map

Original figure:
Sakuma, 1999

Geological Cross Sections5地熱貯留層探査技術フィールド実証試験（山川地域）
Wireline Telemetry
SystemVibrator

AutonomousSystem

Reflection Wave
Refraction Wave

Seismic Reflection and Refraction Data Acquisition
Yamagawa Geothermal Power Plant

Sources (VPs) 3262
Receivers (RPs) 4989

Field Experiment Period:
8/20/2015～10/14/2015（56 Days）
3-D Seismic Survey Layout

Vibrators
Width ………… 2.4 mLength ……… 8.4 m
Height ……… 3.2 m
Weight ……… 18.9 ton

Cable-based Seismic Recording System

Cable-less Seismic Recording System

6

内容• 実証フィールド概要• 統合解析による3次元地質モデル構築• 山間部の地熱地域での弾性波探査に向けた検討
• まとめ

7

3次元地質モデルの役割• 地質モデルとは
 地下の地質構造や地質性状を、コンピュータ上で3次元的に表現した数値モデル• 役割
 可視化、定量化、データ統合による地質状況の把握
 流体流動シミュレーションへの入力
 坑井掘削ロケーション選定

山川地熱地域の地質モデルの例

8

統合解析による３次元地質モデル構築ワークフロー
弾性波探査の処理/解析
••
•

反射法
屈折法
Full Waveform Inversion
Velocity model

ジオメトリカルアトリビュート解析••
反射法記録 •

傾斜/傾斜方位コヒーレンス解析
面構造強調処理

Seismic section

Ant-tracking

断裂構造モデル

地質境界面、 速度構造モデル

MT / gravity / magnetic データの逆解析••

先見的情報に基づく初期モデル
作成
3D Guided Inversion
Velocity - density

A priori model (密度)統合解析••
物性値モデル ••Data Integration

地球統計学
サイスミックインバージョン
クロスプロット解析
マルチアトリビュート解析
Facies analysis

Pseudo-welllog estimation

3D Geological Model9統合解析による３次元地質モデル構築ワークフロー
弾性波探査の処理/解析
••
•

反射法
屈折法
Full Waveform Inversion
Velocity model

ジオメトリカルアトリビュート解析••
反射法記録 •

傾斜/傾斜方位コヒーレンス解析
面構造強調処理

Seismic section

Ant-tracking

断裂構造モデル

地質境界面、 速度構造モデル

MT / gravity / magnetic データの逆解析••

先見的情報に基づく初期モデル
作成
3D Guided Inversion
Velocity - density

A priori model (密度)統合解析••
物性値モデル ••Data Integration

地球統計学
サイスミックインバージョン
クロスプロット解析
マルチアトリビュート解析
Facies analysis

Pseudo-welllog estimation

3D Geological Model10

反射法記録と検層記録の比較例

Resistivity-3
PSTM BPF[6-24 Hz] [km]Depth conversion
11

反射法記録と検層記録の比較例

Upper Nansatsu Top

Dacite Top

Resistivity-3
PSTM BPF[6-24 Hz] [km]Depth conversion
12

反射法記録と検層記録の比較例

Upper Nansatsu Top

Dacite Top

Resistivity-3
PSTM BPF[6-24 Hz] [km]Depth conversion
13南薩層群における陥没構造： 既往構造解釈との比較

NRKW-1 NRKW-2

Tsujinodake
TD-1

Upper Nansatsu Top

TD-3

OYM

SKG
Takeyama
Sakuma, 199914

統合解析による３次元地質モデル構築ワークフロー
弾性波探査の処理/解析
••
•

反射法
屈折法
Full Waveform Inversion
Velocity model

ジオメトリカルアトリビュート解析••
反射法記録 •

傾斜/傾斜方位コヒーレンス解析
面構造強調処理

Seismic section

Ant-tracking

断裂構造モデル

地質境界面、 速度構造モデル

MT / gravity / magnetic データの逆解析••

先見的情報に基づく初期モデル
作成
3D Guided Inversion
Velocity - density

A priori model (密度)統合解析••
物性値モデル ••Data Integration

地球統計学
サイスミックインバージョン
クロスプロット解析
マルチアトリビュート解析
Facies analysis

Pseudo-welllog estimation

3D Geological Model15

ジオメトリカルアトリビュート解析[1]不連続構造の可視化
コヒーレンス解析は、反射記録における波形の空間的連続性を定量化することで、断層や不整合面等の地質的な不連続の位置が低コヒーレンスの箇所として可視化される。

反射記録

コヒーレンス記録

Semblance- Cross[-12,80]- Dip Steering- PSTM記録に適用

16ジオメトリカルアトリビュート解析[2]Ant-Trackingによる面状構造の強調⇒Ant-Tracking

人工蟻はコヒーレンス記録に含まれる面状の構造を、ある程度のずれを許容しながら追跡し、欠損区間があればそれを補完する。面状構造の存在の確からしさの指標となる。
玉川・手塚（2010）

適用前

適用後

Semblance

Ant-Track- Cross[-12,80]- Dip Steering- PSTM記録に適用- Parameter set: (5,3,3,3,2,20)- Dip Limit: 75~90 Deg.
- PSTM記録に適用

17面状構造の卓越方位の空間的変化

貫入岩周辺部における面状構造の連結状況

面状構造の卓越方位の変化

複数の卓越方位を持つ面状構造が連結する状況が明らかになった。
当地域では卓越方位が空間的に変化すると解釈される。本解析結果は複雑な断裂ネットワークの存在を示唆する可能性がある。
18

統合解析による３次元地質モデル構築ワークフロー
弾性波探査の処理/解析
••
•

反射法
屈折法
Full Waveform Inversion
Velocity model

ジオメトリカルアトリビュート解析••
反射法記録 •

傾斜/傾斜方位コヒーレンス解析
面構造強調処理

Seismic section

Ant-tracking

断裂構造モデル

地質境界面、 速度構造モデル

MT / gravity / magnetic データの逆解析••

先見的情報に基づく初期モデル
作成
3D Guided Inversion
Velocity - density

A priori model (密度)統合解析••
物性値モデル ••Data Integration

地球統計学
サイスミックインバージョンクロスプロット解析
マルチアトリビュート解析
Facies analysis

Pseudo-welllog estimation

3D Geological Model

19

推定陥没構造と重力基盤解析図の比較
3次元反射法記録に基づく
南薩層群上面構造

3次元2層構造解析図（Δρ＝0.72g/cm3）

NEDO辻之岳地域（H11)弾性波探査により推定された陥没構造と、重力探査による基盤解析図には相違点がある。
20

３次元屈折トモグラフィ解析による弾性波速度構造推定
Elevation: - 80m
A

A

A’
0

2

4 [km]

B’
0A’

B

1[km]

B 0246B’

8 [km]

0

次頁のスカルプチャ表示の範囲

1[km]Velocity21

浅部高速度異常と重力基盤解析図の比較
屈折トモグラフィーより推定された
浅部高速度異常分布

海抜-500m以浅のVint >3100 m/sの領域をスカルプチャ表示

3次元2層構造解析図（Δρ＝0.72g/cm3）

権現山火砕岩類（Atg）の記載あり

NEDO辻之岳地域（H11)

浅部高速度異常分布と重力基盤解析図のコンターの酷似は重力基盤解析が浅部の影響を強く受けていることを示唆する。
22

反射法記録とFWI速度モデルの比較例

Upper Nansatsu Top

Dacite Top

Resistivity

Velocity
500[Ohm-m]1875 3250

4625 6000

FWI-3
PSTM BPF[6-24 Hz] [km]Depth conversion
23

反射法記録とFWI速度モデルの比較例

Upper Nansatsu Top-900m

Dacite Top

Resistivity

Velocity
500[Ohm-m]1875 3250

4625 6000

FWI-3
PSTM BPF[6-24 Hz] [km]Depth conversion
24

FWI解析にもとづく弾性波速度分布図（Ant-Track Intensityにオーバーレイ）

Elevation:-900m
3200

3800m/s
Velocity (FWI)25

FWI解析にもとづく弾性波速度分布図とSakuma（1999）の構造図との比較

地熱エリアの低速度異常が顕著
Sakuma et al. (1999)の推定断層は速度境界と一致

Elevation:-900m
3200

3800m/s
Velocity (FWI)26

統合解析による３次元地質モデル構築ワークフロー
弾性波探査の処理/解析
•
•
•

反射法
屈折法
Full Waveform Inversion
Velocity model

ジオメトリカルアトリビュート解析••
反射法記録 •

傾斜/傾斜方位コヒーレンス解析
面構造強調処理

Seismic section

Ant-tracking

断裂構造モデル

地質境界面、 速度構造モデル

MT / gravity / magnetic データの逆解析••

先見的情報に基づく初期モデル
作成
3D Guided Inversion
Velocity - density

A priori model (密度)統合解析••
物性値モデル ••Data Integration

地球統計学サイスミックインバージョン
クロスプロット解析
マルチアトリビュート解析
Facies analysis

Pseudo-welllog estimation

3D Geological Model27

弾性波探査をガイドとした3次元逆解析ワークフロー• ステージ1： 3D Unconstrained Inversion（3DUCI）• 既知情報を含まない単純な初期モデルを用いた3次元逆解析。
• ステージ2： 3D Guided Inversion（3DGI）• 弾性波探査や坑井データ等の既知情報を統合した初期モデルをガイドとした3次元逆解析。

28

MT/Gravity/Magnetic データの 3DUCI 結果Resistivitya) MTデータ[Ohm-m]1000
1001010.1

NEDO (1997)b) Gravityデータ

Density[g/cc]
0.50-0.5c) Magneticデータ

Magnetization vector (magnitude)[A/m]
0.0030.0020.001029

3D Guided Inversion の初期モデル（比抵抗）Case 1 Horizonを利用

HorizonA priori model

Resistivity

Resistivity (3D UCI)
[Ohm-m]1000
100
1010.1• 3DUCI モデルを地質境界面で２つの領域に分割• 各領域をそれぞれの平均値により置換
30

MTデータの3次元逆解析結果比較
3DUCI

3DGI

Resistivity

Resistivity[Ohm-m]1000
100
1010.1

3DUCIでは判然としなかった地表付近の高比抵抗異常がやや明瞭になった。

31

比抵抗記録（MT・検層）と反射法記録の比較

3-8 Hz3-12 Hz

6-24 Hz

12-48Hz

低周波数帯を用いた記録において、強振幅の見かけを持つ震探相がMT法における低比抵抗の領域と良く対応している。
32

3D Guided Inversion の初期モデル（ 密度/磁化ベクトル）

Case 2 Horizon＋速度モデルを利用
Horizon

VelocityA priori modelDensityDensity[g/cc]
0.5

速度と密度0Magnetization vector(magnitude)-0.5

Magnetization vector(magnitude) [A/m]速度と磁化率0.003
0.002
0.0010• 弾性波探査にもとづく地質境界面情報と速度モデルを統合した初期モデルを作成

33

重力・磁力データの3次元逆解析結果比較
3DUCI

3DGI

DensityDensity[g/cc]
0.5
0-0.5

Magnetization vector (magnitude)

Magnetization vector (magnitude)
[A/m]
0.003
0.002
0.001

034

等深度面での密度モデル比較

3DUCI[g/cc]
0.5[g/cc]
0.5

00-0.5-0.5[g/cc]
0.5

3DGI
Case 2[g/cc]
0.5
00-0.5

3DGIでは浅部密度異常の詳細判読が可能となった。

-0.535

統合解析による３次元地質モデル構築ワークフロー
弾性波探査の処理/解析
••
•

反射法
屈折法
Full Waveform Inversion
Velocity model

ジオメトリカルアトリビュート解析••
反射法記録 •

傾斜/傾斜方位コヒーレンス解析
面構造強調処理

Seismic section

Ant-tracking

断裂構造モデル

地質境界面、 速度構造モデル

MT / gravity / magnetic データの逆解析••

先見的情報に基づく初期モデル
作成
3D Guided Inversion
Velocity - density

A priori model (密度)統合解析••
物性値モデル ••Data Integration

地球統計学
サイスミックインバージョン
クロスプロット解析
マルチアトリビュート解析
Facies analysis

Pseudo-welllog estimation

3D Geological Model36

統合解析によるモデル構築
密度モデルにおける坑井データとの統合化

多種物理探査データの統合解析ワークフロー
重力データ逆解析結果

検層データとの統合結果

反射波記録との統合結果（Seismic Inversion）
37

速度および密度の統合モデルにもとづく岩相モデル構築

38

マルチアトリビュート解析による温度構造モデル推定推定された温度構造

マルチアトリビュート解析とは教師付き学習法に分類される予測システムであり、石油開発分
野では貯留層モデリングで用いられる汎用的な解析手法の一つである。坑井位置で坑井データと複数のアトリビュートとの間に関係式を構築し、導出された関係式と坑井から離れた位置の複数のアトリビュートを用いて擬似坑井データを推定する。

39

内容• 実証フィールド概要• 統合解析による3次元地質モデル構築• 山間部の地熱地域での弾性波探査に向けた検討
• まとめ

40

デシメーションテストによる準3次元配置の評価テストした準3次元配置

重合数分布

既存のアクセス路を利用した準3次元配置であれば、山間部であってもコストを抑えた弾性波探査が実現される。
41

準3次元データに対するデータ補完技術の適用
データ補完処理の有無による重合記録比較Layout 2

Layout 3

5D Interpolation

CMP stackLayout 1

上段：未適用、下段：適用

5D内挿などの最新データ補完技術の適用により、浅部ギャップの補填とともにS/N比の改善が得られた。
42

まとめ国内地熱地域における初の本格的3次元弾性波探査を実施
し、統合解析による3次元地質モデル構築が行われた。
可視化された地質境界面、断裂構造、物性値（比抵抗、密度、磁化強度）、岩相、温度分布の3次元地質モデルはいずれも、地熱資源開発に資する情報であると考えられる。
山間部での弾性波調査に向けたデシメーションテストでは、最新データ補完技術により、データ取得配置上の問題が緩和できることを確認した。

43

地熱フィールド開発費

弾性波探査記録の経済的価値

弾性波探査の経済的価値• 3次元可視化による地質リスク低減により抑制される開発費が弾性波探査の経済的価値となる。
地質モデルの例

弾性波探査調査費

Hardage, 2000に一部加筆

44

謝辞
本調査の計画・実施に際しては、多数の方々から多大なご協力を頂いております。ここに記して感謝の意を表します。

指宿市
九州電力株式会社
西日本技術開発株式会社
石油資源開発株式会社

45参考文献• Okada, H., Yasuda, Y., Yagi, M., & Kai, K. (2000). Geology and fluid
chemistry of the Fushime geothermal field, Kyushu, Japan.
Geothermics, 29(2), 279-311.
• Okada, H., and Yamada, Y. (2002): Fracture distribution in andaround intrusive rocks in the Fushme geothermal field, Japan:
Evidence from the FMI logging, SPWLA 43rd Annual Logging
Symposium Extended Abstruct.
• 佐久間弘二(1999): 山川発電所の開発経緯と今後の課題. 日本地熱学会誌,21(3), 291-297.Okada 2000• 新エネルギー産業技術総合開発機構（2001）: 地熱開発促進調査報告書
No.B-6辻之岳地域• 玉川哲也・手塚和彦・吉岡克平（2010）:勇払ガス田における断層面自動抽出処理とAEデータによる断裂帯評価, 石油技術協会誌, 75(6), 462-471• 吉村雄三郎・柳本裕・中込理（1985）：鹿児島県伏目地区の地熱構造について,地熱, 22(3), 1-28.
• 吉村雄三郎・伊藤寿恒（1994）：鹿児島県山川町伏目地区における地熱探査とその開発, 地熱資源, 44(5), 315-330.

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