未利用地熱資源の開発に向けてー 高温岩体発電への取り組み −49 2003.3

電中研レビュー No.

財団法人 電力中央研究所

電中研レビュー第 49 号 ● 目 次
未利用地熱資源の開発に向けて−高温岩体発電への取り組み−
編集担当 ● 我孫子研究所 地圏環境部 上席研究員
我孫子研究所 地圏環境部 主任研究員

巻頭言

伊藤

2

「高温岩体発電研究」のあゆみ ………………………………………………………

4

はじめに

太英

6

地熱資源開発の現状 ………………………………………………………

7

１ー１ ●従来型地熱発電と高温岩体発電 …………………………………………

8

電力中央研究所

理事長

阿部

久敏

博之

第１章

東北大学前総長

海江田秀志

佐藤

１ー２ ●地熱利用のあゆみ ………………………………………………………… 10
１ー３ ●高温岩体発電から見た日本の地熱 ……………………………………… 12
コラム１：ガイザース地熱発電所の取り組み……………………………………… 14
コラム２：温泉と高温岩体発電……………………………………………………… 14
コラム３：地中熱利用ヒートポンプ………………………………………………… 15

第２章

高温岩体発電の開発 ……………………………………………………… 17

２ー１ ●高温岩体発電とは ………………………………………………………… 19
２ー２ ●高温岩体発電に必要な技術 ……………………………………………… 20
２ー３ ●コスト試算 ………………………………………………………………… 22

第３章

世界の高温岩体発電実験と当所の係わり ……………………………… 25

３ー１ ●フェントンヒル実験 ……………………………………………………… 27
３ー２ ●ソルツ実験 ………………………………………………………………… 27
３ー３ ●オーストラリア高温岩体発電実験 ……………………………………… 28
３ー４ ●肘折実験 …………………………………………………………………… 29
第４章

雄勝高温岩体発電実験 ……………………………………………………… 31

４ー１ ●雄勝高温岩体発電実験の概要 …………………………………………… 33
コラム４：雄勝実験場………………………………………………………………… 36
第５章

高温岩体探査技術 …………………………………………………………… 37

５ー１ ●はじめに …………………………………………………………………… 39

５ー２ ●地震探査反射法 …………………………………………………………… 39
５ー３ ● CSAMT 法………………………………………………………………… 40
５ー４ ●総合評価 …………………………………………………………………… 42
コラム５：空中から地下を探る……………………………………………………… 44
第６章

貯留層造成技術 ……………………………………………………………… 47

６ー１ ●概要 ………………………………………………………………………… 49
６ー２ ●電中研式多段貯留層造成法 ……………………………………………… 49
６ー３ ●適用例 ……………………………………………………………………… 50
６ー４ ●今後の課題 ………………………………………………………………… 51
第７章

検層技術 ……………………………………………………………………… 53

７ー１ ●水みちを温度変化で探る ………………………………………………… 55
７ー２ ●水みちを見る ……………………………………………………………… 57
第８章

貯留層評価技術 ……………………………………………………………… 61

８ー１ ●地化学調査 ………………………………………………………………… 62
８ー２ ●トレーサテスト …………………………………………………………… 67
８ー３ ●地圧測定 …………………………………………………………………… 72
８ー４ ●透水性評価 ………………………………………………………………… 74
８ー５ ●シミュレーション ………………………………………………………… 77
８ー６ ● AE 計測 …………………………………………………………………… 78
８ー７ ●流電・自然電位計測 ……………………………………………………… 80
第９章

まとめと今後の課題 ………………………………………………………… 83

コラム６：マグマ発電………………………………………………………………… 86
コラム７：ジオサーモピア構想……………………………………………………… 87
おわりに

理事

我孫子研究所長

加藤

正進 88

引用文献・資料等 ……………………………………………………………………… 89

表紙絵：高温岩体発電雄勝実験場

巻

頭

言

雄勝プロジェクトの成果の新たな展開に期待して温室効果ガスの大幅抑制を含む、再生可能エネ
ルギーとしての地熱の長所については、これまで多くの解説があり、ここでの重複は最小限にとどめたい。
その中で、地下に存在する天然の熱水をかならずしも対象にしなければ、地下の岩体の持つ熱エネルギーは膨大であり、それを利活用することは、
人類と地球の未来にとって極めて魅力的であることを、改めて強調しておきたい。
そのため、高温岩体（HDR: Hot Dry Rock）の熱利用の研究開発は、米国をはじめとする数カ国で鋭意進められてきた。
しかしながら、わが国においては、発電も目標にした開発プロジェクトである、電
おがち

ひじおり

力中央研究所の雄勝と NEDO の肘折の両現場実験プロジェクトが 02 年度までに一応の終止符を打つことになった。大変残念なことである。
この原因は、産学官のいずれにもあるように思う。それらの一つについて、復習をかねて以下にのべてみる。
設計工学の立場からみれば、単純化による第一次的近似から、より複雑さを考慮したものに、段階的に研究開発を進めていくという定石がある。未踏の分野においては、定石の手順はすでに得られているものではなく、研究開発の当事者が創り上げなければならない。
定石の手順の初期の段階において、その時点での成果を過大に評価し、実用化が近いかのような甘い期待をスポンサーに与えてしまうことがしばしばある。このことは、

2

細心の注意を持って厳に慎まなければならない。
米国だけでなく、肘折プロジェクトにおいても、一時期この轍を踏んでしまった。
もちろん良かれと思ったからであろう。しかしこのような判断や説明行為は、健全な研究開発にブレーキをかけることになる。
筆者はここで、当時を非難するために縷々のべているわけではない。後追い型や改良型の研究開発と異なり、未踏の分野の開拓においては、一般に様々な形態の失敗はつきものであり、とくにわが国は、それらを必要な知見として評価し、利活用していくことに早く慣れるようにしなければならないのである。
いずれにしても発電を目標においた HDR の研究開発は、著しい進歩を遂げたものの、実用化までなお科学的、技術的課題を残したまま休止期間に入った。再開は、基本的には地球環境問題への政策に依存することになろう。
しかしながら、地下の岩体の膨大な熱エネルギーを考えると、上記以外の利活用の方法を考える絶好の機会ともいえる。これまでも様々なアイデアが出されたが、その中で例えば、地中熱ヒートポンプ（GHP: Geothermal Heat Pump）は、欧米を中心にすでに実用化されている。さらにほかの熱抽出法の提案にも期待を寄せたい。
HDR の研究開発から生まれた科学技術は、かならずや別の方式の研究開発に資するところ大であるからである。
最後に、雄勝プロジェクトを支えてこられた多くの方々に敬意を表し、そこで蓄積された技術の多彩な利活用を祈念し、この稿を終える。

東北大学前総長

阿 部 博 之電中研レビュー No.49 ● 3

電中研「高温岩体発電研究」のあゆみ
西暦

当研究所の状況

日

本

の

状

世

況

界

の

状

況

・イタリアのラルデレロで世界初の地熱発電開始（蒸気卓越型：出力

1913250kW）
・太刀川平治博士が日本最初の地熱

1925

発電に成功（出力 1.12kW）
・ニュージーランドのワイラケイで世界初の熱水分離型地熱発電開始

1958（出力 6500kW）
1960

・日本地熱調査会設立

1966

・日本重化学工業が日本で初めての松川地熱発電所（蒸気卓越型）

1967

・九州電力が日本で初めての熱水
分離型地熱発電所である大岳発電の運転を開始（出力 9500kW）

所の運転を開始（出力 11000kW）・アメリカのロスアラモス国立研究1970

所（LANL）が高温岩体発電を提・第一次石油ショック

1973

唱・ LANL がフェントヒルで世界初の高温岩体発電実験（フェーズ¿）
開始

1974

・通商産業省技術院がサンシャイン

1977

計画をスタート・サンシャイン計画により岐阜県焼・ドイツ、イギリス、フランスで高岳山麓において高温岩体発電実験
開始

温岩体発電調査開始
・ドイツのウラハで高温岩体発電実
験開始（断続的に継続中）

1978

・日本地熱学会設立
・第二次石油ショック

1980

・「新エネルギー総合開発機構」（現「新エネルギー・産業技術総合開発
機構」、NEDO）設立
・ NEDO が地熱開発促進調査開始

1981

・地熱探査技術に関する研究開始

・ LANL が 90 日間の循環実験により熱出力９ MW 達成（60kVA の
発電
・ LANL が高温岩体発電実験（フェーズÀ）開始（日本、西ドイツが
参加）

1982

・ LANL に研究者派遣開始

・東北大学Γプロジェクト開始

1983
1985

1986

・ケーシングリーマ・サンドプラグ（CRSP）方式による多段貯留層造成法を考案
・秋田県秋ノ宮地点で高温岩体予備
実験開始

1987

1989

・ NEDO からの肘折地点における地表 AE 観測と地化学調査受託研究
開始
・秋田県雄勝地点で高温岩体実験開始

4・水圧破砕と地熱エネルギーに関する第１回日米セミナー
・ NEDO が肘折地点で高温岩体発電
実験開始
・フランスのソルツで高温岩体発電実験開始（継続中）

西暦

当研究所の状況

日

本

の

状

況

世

界

の

状

況

1990

・注入井（OGC-1 ；掘進長 1,000m、岩盤温度 230 ℃）掘削

1991

・下部貯留層造成（深さ 990 −
1000m）

1992

・上部貯留層（深さ 711 − 719m）を・ LANL フェントンヒルでの実験終

CRSP 法で造成：１本の坑井で複数の貯留層の造成に成功（世界初）了・ EGS（ Enhanced Geothermal・生産井（OGC-２；掘進長 1100m）
掘削
1993

・ 22 日間循環実験開始

1994

・生産井の迎え破砕後、５ヶ月間循

1995

環実験実施
・注入井を 1027m まで増掘し、１ヶSystem）の検討開始
・国際高温岩体フォーラム開催（山形）

・肘折で 25 日間循環実験

月間循環実験実施（回収率 25 ％）
・地熱発電設備 50 万 kW を達成

1996

・肘折で 31 日間循環実験

・ソルツ地点でタウンホールポンプ
を用いた４ヶ月間循環実験を実施
し、熱出力 11MW を達成

1997

・個別注水試験後、10 日間循環実験

1998

実施、貯留層透水性状把握
・雄勝国際ワークショップ開催

・国際 HDR/HWR アカデミックレビュー開催（仙台）・ソルツ地点で坑井を 5000m まで増掘し、深部貯留層を造成

1999

・新坑井（OGC-３；掘進長 1300m）を掘削
・世界地熱会議を日本で開催
・肘折で２年間長期循環実験開始

2000
2001

・３坑井間の透水試験ほかを実施

2002

・高温岩体発電技術マニュアルの作
成・肘折で発電実験実施（約 50kVA）・オーストラリアのクーパーベイズ
ンで高温岩体発電実験開始

・オーストラリアとの高温岩体共同研究開始

電中研レビュー No.46 ● 5

は

じ

め

に

電力中央研究所 理事長 佐藤 太英

我が国はエネルギー資源の多くを国外に依存しているが、地下には地熱という世界に誇るエネルギー
資源が存在している。この一部は既に地熱発電として実用化され、現在の発電設備容量は 55 万 kW に達しようとしている。しかし、これは我が国の発電設備容量の約 0.2 ％にすぎず、また開発可能な資源量のごく僅かが利用されているにすぎない。我が国で地熱開発の進展を阻害してきた要因として、これまでの地熱開発が自然に存在する地下の蒸気や熱水のたまり場（地熱貯留層）を開発の対象としており、開発可能地域や開発規模がこの地熱貯留層に大きく依存していることがあげられる。地下数 100 ｍ〜 3kmに存在する地熱貯留層の位置や大きさを地表からの調査で推定するのは容易ではなく、また調査のための坑井掘削や貯留層内の熱水中の化学成分対策などが発電コストの増大を招いている。
高温岩体発電は、地熱貯留層を人工的に造成し、水を媒体として地下の熱エネルギーを地表に取り出し、発電などに利用する技術である。この方法が実用化すれば、開発に伴うリスクの低減や開発規模の人為的設計が可能になるほか、地下は深くなればなるほど温度が高くなることから、坑井掘削に関する技術の発達やコストダウンにより、開発可能なエネルギー
資源は増大することとなる。技術の発展と共に開発可能な資源量が増加するのである。
当所では 1970 年代後半の石油ショックを契機とした新エネルギー開発の一つとして、高温岩体発電を将来の地熱開発の主要な技術と位置付け、これまで秋田県雄勝地点での現場実験を中心に高温岩体発電の要素技術の開発と実証を進めてきた。この実験を通して、人工的に造成した貯留層に河川水を注入し、熱水と蒸気として取り出すことに成功した。また、これらの実証試験の中で、人工的な地熱貯留層の造成のための技術開発やその評価が可能なことを示すことができた。
本レビューは、これらの技術開発の現状および高温岩体発電の実用化に向けた課題などについて取りまとめたものである。近い将来の実用化にとって、有効な情報として活用されることを期待する。

6

第

章

1

地熱資源開発の現状

第１章

地熱資源開発の現状 ● 目次

我孫子研究所

地圏環境部

主任研究員

伊藤

久敏

我孫子研究所

地圏環境部

上席研究員

海江田秀志

１−１

従来型地熱発電と高温岩体発電 ………………………………………………………………………………………… 8

１−２

地熱利用のあゆみ ………………………………………………………………………………………………………… 10

１−３

高温岩体発電から見た日本の地熱 ……………………………………………………………………………………… 12

コラム１：ガイザース地熱発電所の取り組み …………………………………………………………………………………… 14
コラム２：温泉と高温岩体発電 …………………………………………………………………………………………………… 14
コラム３：地中熱利用ヒートポンプ ……………………………………………………………………………………………… 15

伊藤 久敏（1988 年入所）
雄勝実験では、主にボーリングコアや坑壁画像を用いた天然の割れ目性状の調査を行ったほか、地表地質調査や岩石の年代測定を行い、地質構造や地熱源の評価を行った。今後
は、オーストラリア高温岩体プロジェクトに協力するほか、年代測定技術を用いた地殻の長期安定性に関する検討などを行う予定である。

8

海江田秀志（1982 年入所）
高温岩体発電技術の貯留層造成と貯留層評
価に関する研究を主として担当してきた。現在、開発した技術の他分野への転用や、オーストラリアにおける大深度高温岩体発電実験への適用に取り組んでいる。

１−１

従来型地熱発電と高温岩体発電

火山国日本には我々が利用可能な地熱エネルギーが豊仮にこれらの制約が克服されたとしても、従来型地熱富に存在する。地熱は水力とともに再生可能な純国産の発電方式では、天然に局在する地熱貯留層を利用してい自然エネルギーであり、また、地球温暖化の元凶とされるため、今後大規模に開発される可能性は小さい（図る二酸化炭素の排出量が少ないクリーンなエネルギーで1-1-3）。しかし、地下は深部ほど高温であり、深度５ある（図 1-1-1）¸¹。ところが、現状では、地熱によるkm 以浅で 200 ℃を超える、いわゆる高温岩体は世界的発電は認可出力が約 53 万 kW にとどまり、日本全体のにも広く存在する。火山国である日本では特に高温岩体

全発電電力量の 0.32%に過ぎない（図 1-1-2）。これは、の分布は広い。高温岩体の開発は一般には透水性の低い

地熱開発には坑井掘削などでのリスクが高いこと、化石岩盤を対象とするため、熱を運ぶ媒体である水を用いて燃料による発電に比べてコスト高であること、開発可能

効率よく抽熱できるように岩盤内に割れ目を人工的に造地域が国立公園などの規制のため限られること、などの成する必要があり、ここに高温岩体発電技術が必要とな問題があるためであるº。

ってくる。

発電の種類によるCO2の排出量g（炭素）/kWh

石炭火力
石油火力
液化天然ガス火力
タワー式太陽熱発電
海洋温度差発電
潮流発電
電気事業用太陽光発電
風力発電
海上式波力発電
家庭用太陽光発電
地熱発電
原子力発電
水力発電
0

50

100

150

200

250

300

図1-1-1 発電の種類によるCO2の排出量（内山（1995）による）64.46%

61.20%

29.73%
17.73%

17.54%
8.73%

0.20%

0.07%

水力 地熱 火力 原子力 風力
発電設備

0.32%

0.02%

水力 地熱 火力 原子力 風力
発電電力量

図1-1-2 電源別発電設備と発電電力量（平成13年度）（電気事業便覧より作成）

電中研レビュー No.49 ● 9既開発資源量53万kW
22%

未開発資源量（16円/kWh以上）
98万kW
40%
地熱発電
開発可能資源量243万kW

11%

未開発資源量（８〜12円/kWh）
27万kW

27%
未開発資源量（12〜16円/kWh）
65万kW
・資源量は、新エネルギー・産業技術総合開発機構、平成11〜13年度開発促進調査開発可能性調査（戦略的調査全国調査）による。
・国立公園特別地域等の開発困難な箇所の資源量は含まない。
・発電コストは、国の助成制度（地熱開発促進調査や地熱開発等補助金）を想定していない。助成制度を考慮すると、地熱発電単価は約20%低下する。

図1-1-3

１−２

わが国の地熱発電開発可能資源量（地熱エネルギー：2002による）地熱利用のあゆみ

地熱は少なくともローマ帝国の時代以前から温泉浴や

表1-2-1

世界の地熱発電設備容量（2001年12月現在）

暖房などで利用されてきた。このような地熱の直接利用
国は 2000 年現在 60 ヶ国以上に及び，熱出力で合計 1620 万

国

設備容量（万kW）

名

設備容量（万kW）

名kW とされている。地熱発電は 20 世紀初頭にイタリアで

ア

カ

223

ニ カ ラ グ ア

7

始まり、2001 年現在約 20 ヶ国で発電設備容量は合計

フ ィ リ ピ ン

193

ケ

ア

5

イ

タ

リ

ア

92

グ ア テ マ ラ

3

メ

キ

シ

コ

89

中

国

3

ため、
「サンシャイン計画」が発足した。この中で地熱エ

インドネシア

59

ロ

シ

ア

2

ネルギーは主な開発目標の一つとして位置付けられた。さ

日

本

55

ト

ル

コ

2

ニュージーランド43

ポ ル ト ガ ル

2

アイスランド17

そ2Organization）が設立され、地熱エネルギー開発を探査・

エルサルバトル16

採取、熱水利用、高温岩体、深層熱水に分け、それぞれのコ ス タ リ カ

14

研究開発が行われた。

「わが国の地熱発電の動向」（地熱調査会：2002）より

827 万 kW である（表 1-2-1）
。

メ

リ

ニ

わが国では、1973 年のオイルショックを契機に、翌年にはエネルギー問題の根本的な解決と環境問題を緩和する

らに 1980 年には「新エネルギー総合開発機構」（後に、「新エネルギー・産業技術総合開発機構」と改称）（NEDO:New Energy and Industrial Technology Development

の

計

他

827

高温岩体発電は 1970 年にアメリカのロスアラモス国立研究所で提案され、まず、同研究所によりニューメキシコ

ッパと日本を中心に実験が進められ現在に至っている（表州フェントンヒル地点で実験が行われた。その後、ヨーロ

1-2-2）。

10

電中研レビュー No.49 ● 11ハ

ファルケンベルク

ラ

日本

勝

折

焼 岳

雄

肘

スウェーデン王国

岐阜県上宝村
焼岳山麓

秋田県雄勝郡雄勝町秋ノ宮黒沢

秋田県雄勝郡雄勝町秋ノ宮根木

山形県最上郡
大蔵村肘折

フジャルバッカ

フランス共和国 ル・メイエ・デ・モンターニュ

イウ

コーンウォール

イ ギ リ ス
連 合 王 国ツ

フェントンヒル（ニューメキシコ州）

アメリカ合衆国ド

1973〜1980年

ロスアラモス
国立研究所

上

部

部

同

上

ＮＥＤＯ

第２期

岩

上

岩

岩

上

粘板岩・砂岩工技院サンシャイン
1977〜1984年
計画推進本部

火山礫凝灰岩

同

花崗閃緑岩

崗

同

崗

崗

花崗閃緑岩

上

1986〜1989年

1992〜2002年

1985〜1991年

花

花

花

1989〜2002年

同第１期 電力中央研究所

深浅1986〜1992年

1980〜1989年

1976〜1984年

上

同

上

上

岩

片麻岩類

崗

上

1990〜1992年

同

花

同

花崗閃緑岩

1978〜1980年

第２期
地質省

岩

岩

同

1976〜1980年

同 上（？）

崗

崗

質

花 崗 岩
（推定）

花

花

岩

1982〜1991年

1979〜1982年

第１期 鉱山地質調査所

ルール大学

連邦地質調査所
ハノーバー大学

同第３期

上

1976〜1979年

ケンボーン
鉱山大学
同

1979〜1995年

上

第２期

第１期

第２期

同

2002〜

Geodynamics
Ltd

クーパーベイズン

オーストラリア

第１期

1999〜

イ

スイス連邦エネ
ルギー省他

1986〜

オッターバッハ（ドイツ国境近く）

実験期間

開 発 主 体

ス

分

ス

区

ＥU、フランス
ドイツ
イギリス他

フィールド位置ソ ル ツ（フランスアルザス）

名

ヨーロッパ連合

国

８

３

２

３

４

２

２

４

６

１

１

１

２

４

２

２

2

２

３

250℃

60℃

271℃
（2,205m）

235℃

17℃

約30℃

14℃

169℃

300〜
60℃
1,000ｍ （300m深）1,303ｍ

400ｍ級

2,303ｍ

1,788ｍ

500ｍ

800ｍ

250ｍ級

300ｍ級

4,500ｍ

140℃

105℃

3,334ｍ80℃

2,650ｍ
級

15℃
（推定）

327℃

205℃

2,100ｍ

300ｍ

4,400ｍ4,000ｍ2,928ｍ3,064ｍ

4,900ｍ
（予定）

260℃
（予定）

4.2℃/100m
4.0℃/100m

1,535m
2,755m5,000ｍ

168℃
200℃

坑底温度

3,876ｍ

本数 最深深度坑井備考

わが国最初の高温岩体発電実験であり、約20m離れた２坑井間で循環実験を実施した。

深度700ｍ付近と1,000ｍ付近の２カ所から貯留層を造成。生産井の水圧破砕などにより回収率の改善。1995年の１ヶ月間循環実験で回収率
約25%、熱出力約1.5MW。1999年に3本目の坑井を1,303mまで掘削。
2001年は新坑井と既存坑井の導通確認し、2002年度に総合評価を行った。

電中研式水圧破砕法により深度の異なる３箇所で貯留層を造成し、これらの貯留層を通した循環実験を実施。

1995年深さ約2,300mにおいて約１ヶ月間の循環実験を実施、熱出力９MWを達成。2000年より2002年まで連続循環実験を実施、50kWの発電。

1991年に深さ1,800mで90日間の連続循環実験を実施し、熱出力8.5MW。

ゲル済と砂による水圧破砕。回収率58％。
100m離れて２坑井間の循環流量108 l/minで回収率50％。

水圧破砕の後、３坑井間で循環テストまで実施。

1979年および1980年に水圧破砕と循環実験を実施。

坑井コア調査、各種検層、地圧測定など基礎デ−タの収集。

1980年に水圧破砕を実施し、二重管システムで循環テストを実施。

1985年から1988年までの３年間に亘り2,600ｍ付近での循環実験を実施。回収率80％以上を達成。

1982年に２坑井間で初の循環テストを実施した。

基礎的事項を掌握し、第２期計画立案に役立てるために地圧計測、熱水流動シミュレーション手法を開発。

実験初期は日本とドイツが参加した。1983年熱出力35MW級の人工貯留層を造成。1986年〜1993年にかけて断続的に抽熱実験を実施。最高熱出力９MWを達成。

1977年に世界で初めて２坑井間の導通に成功。1980年には連続288日間の循環実験を実施し、熱出力2〜5MWを達成。60kVAのバイナリー発電実施。

2002年度より4,900ｍの坑井掘削を開始し、2004年までに生産井の掘削
および循環実験を実施の予定。

5000ｍ級での実験のための基礎データ収集が目的。2,649ｍから花崗岩と推定。温度勾配は4℃/100ｍ。

天然の熱水系の中での循環。1993年に水圧破砕を行い生産井を掘削。
1995年に6週間の循環実験で熱出力8〜9MWを達成。1999年坑井を5,000mまで増掘。2000年に深部の貯留層を造成し、2002年に新たな生産井を5,000mまで掘削。

表1-2-2 国内外におけるHDR開発の現状

１−３

高温岩体発電からみた日本の地熱高温岩体発電では地温勾配の高い地域がまず有望と考ほかに、深度に比例して地温が上昇するいわゆる熱伝導えられる。地温勾配が 100 ℃/km を超えるような地域は北型を示すこと、地下浅部に人工貯留層となる花崗岩質岩

海道、東北地方、九州地方などに点在する（図 1-3-1）»。

が分布すること、がより有利な条件となる。当所の高温

このような地域では既に従来型地熱発電が行われている

岩体発電実験場である雄勝地点はこの条件を満たし、さところもあるが、高温岩体発電もまずこのような地域がらにカルデラの内部に位置するという特徴を有している。

候補として挙げられる。対象地域を地温勾配が 50 ℃

熱伝導型の地温勾配を示し、地下 2000m での温度が/km（ヨーロッパやオーストラリアの高温岩体発電対象

200 ℃以上であり、基盤が花崗岩質岩である地域は 8 地

地域に相当する）にすれば、対象地域は大きく広がる。

域確認されている（図 1-3-2） ¼。これらの地域は、高高温岩体発電の適地としては、地温勾配が高いことの0

温岩体発電の候補地として特に有望と考えられる。

5060 80 100

150

200

地温勾配［℃/Km］

図1-3-1

日本の地温勾配分布（矢野ほか、1999）
産業技術総合研究所 承認番号 第75300-20030213-001号

12

カルデラを伴う花崗岩質基盤岩
カルデラを伴わない花崗岩質基盤岩
弟子屈西部

基盤が花崗岩以外の地域（枠付地
名：カルデラを伴う；枠無し地

上川

名：カルデラを伴わない）

花崗岩質基盤岩
非花崗岩質基盤岩
合計

胆振カルデラ 非カルデラ 合計
6
2
8
9
6
15
15
8
23

豊羽
阿寒
登別
南茅部

八雲
沖浦

下北
八幡平東部

雄勝

田沢 湖 東 部
湯田

肘折
尾花沢東部

皆瀬
吾妻北部
猪苗 代
奥会津

雲仙西部

久住
栗野・手洗
地域抽出条件：地下2000mで熱伝導型および200℃以上

図1-3-2

日本の深部高温岩体分布（北野ほか、2000）

電中研レビュー No.49 ● 13

コラム１：ガイザース地熱発電所の取り組み
これまで従来型地熱開発においては、一般に生されたことから、さらに大規模な貯留層への水の産井から蒸気と共に噴出してくる熱水や発電後の供給計画が進められている。この計画では、2002

熱水を、冷却した後に貯留層に注入すると、貯留

年末までにサンタローザの町から貯留層まで約層の温度が低下することがあり、貯留層への熱水

64km のパイプラインを設置し、１日に約４万トンなどの注入は避けられてきた。

の水を 30 年間にわたり供給する計画で、都市排水

ところが最近、生産量が減少してきた貯留層への処理と地熱貯留層の涵養の一石二鳥を狙ってい

熱水や水を注入し、生産量の回復に成功した例がる。貯留層の数値シミュレーションなどによれば、

発表され、まさに従来型地熱開発においても高温

この都市排水の供給により、地熱発電量が 8.5 万岩体方式による水の注入と生産が同じ貯留層におkW 向上するものと期待されている¸。

いて行われる可能性がでてきた。

イタリアではラルデレロ地熱発電所において 、

米国カリフォルニア州にあるガイザース地熱発

1970 年代に入ってから蒸気の生産量が低下したこ

電所は、1945 年から本格的に地熱発電所の建設がとから、1980 年代はじめより発電後の凝縮水の注開始され、1987 年には最高出力 160.5 万 kW（設備入が試みられた。これにより約 3 万 kW の発電量の容量 202.3 万 kW）となり、世界最大の地熱発電所

増加に繋がったとされている。そして、貯留層のとなった。ところがその後、蒸気の生産量が毎年深部には高温の岩盤が有り、これに水圧破砕によ

10 ％程度も減少するという事態に陥った。この原り水を注入し、貯留層の能力を向上させる計画も因として、貯留層内の蒸気量の減少による効果がある¹。

大きいと評価された。そこで、この改善策として

日本においても、従来型地熱発電所における生貯留層に水を注入し、貯留層内の蒸気量を増加さ

産蒸気量の減少は問題となってきており、これま

せ、出力の増大を図る計画が米国エネルギー省

での自然に存在する貯留層からの蒸気の生産（受（DOE）などの協力を得て進められた。

動的）だけでなく、人工的に貯留層を改善し（能1997 年ガイザース発電所近くのクリアーレイク動的）、蒸気の安定生産もしくは出力の増加につなから発電所まで約 46km のパイプラインを設置し、げようとする計画が検討されている。このような、

１日に約３万トンの水を注入するシステムを完成

能動的地熱開発において、高温岩体発電技術が活させた。これにより、蒸気生産の減衰傾向が改善用されることを期待したい。

コラム２：温泉と高温岩体発電14

高温岩体発電方式の地熱開発は、地下浅所に存と思われるが、半径約 6,400km の地球の大きさから在する高温の岩体からの熱抽出を目的とし、基本見れば表面をほんの少し引っ掻いたものにすぎな

的には地下水などの水が流れていないところを開い。しかし、場所によってはこれだけでその地域発の対象としている。この方式では、高温の岩盤のエネルギーが賄えるほどの資源となるのである。

に人工的に圧入した水を使って高温岩体のもつ熱さらに、石油や石炭のように人類の使いすぎによエネルギーを抽出することから、温泉などへの影り枯渇する資源ではなく、ある地域の熱を取りす

響は少ないと考えられる。むしろ、自然の状態でぎたため永遠にその地域から熱エネルギーがなくは何千年にもわたって徐々に放出される熱エネル

なるということはなく、数十年あるいは数百年のギーを人工的に抽出し、人類のエネルギー資源とオーダーで見れば熱は回復する。地下に眠る膨大して活用する方法である。現在の技術では地下５な熱エネルギーをできるだけ人類のエネルギー資

km 以浅程度からの熱抽出がコスト的に開発の限度源として活用して行きたいものである。

コラム 3 ：地中熱利用ヒートポンプ
地下の熱を利用するシステムとして、最近注目

蔵することになるため、夏のヒートアイランド現されているものに地中熱利用ヒートポンプ

象を緩和する役目もはたせる。世界的には米国を（GeoHP もしくは GHP）がある。これは深さ 50 〜

筆頭に普及が進んでおり、ブッシュ大統領のテキ

100m 程度の安定した地温（10 〜 15 ℃）を利用す

サス州の自宅にも地中熱利用ヒートポンプが設置るもので、坑井に熱交換パイプを設置し、夏は冷されているとのことである¸。日本では、坑井掘削

房、冬は暖房を行うシステムである（図）。空気熱などの初期コストが高いことなどのために普及が源ヒートポンプ（いわゆるエアコン）に比べ、省進んでいないのが現状であるが、環境にやさしい

エネルギーのシステムであり、エアコンでは利用システムであること、ランニングコストが安く、できない寒冷地（外気温− 15 ℃以下）での利用が結局は低コストであることなどから普及を促進す

可能である。また、都会では地表の熱を地下に貯べきシステムである¹。

夏

冬
暑

寒

エアコン ヒートポンプ 冷エアコン ヒートポンプ

冷

暖

熱
冷

熱

暖

熱

暖

熱
熱

熱
冷房・冷却

暖房・融雪

ヒートポンプ（冷却）ヒートポンプ（昇温）

放熱

抽熱

地層・地下水（熱吸収）

地層・地下水（熱源）（地中熱利用促進懇談会資料を基に作成）

図

地中熱利用ヒートポンプ

電中研レビュー No.49 ● 15

第

章

2

高温岩体発電の開発

第２章

高温岩体発電の開発 ● 目

我孫子研究所

地圏環境部

我孫子研究所

OB

上席研究員

次

海江田秀志
堀

義直

２−１

高温岩体発電とは ………………………………………………………………………………………………………… 19

２−２

高温岩体発電に必要な技術 ……………………………………………………………………………………………… 20

２−３

コスト試算 ………………………………………………………………………………………………………………… 22

海江田秀志（８ページに掲載）

18

堀義直（1959 年入所、2001 年退職）
アーチダム、地下発電所、原子力発電所など電力会社が建設する発電構造物の基礎の地質調査を担当してきた。1981 年に地熱発電の研究を開始し、1990 年からは雄勝実験場
での高温岩体発電の研究リーダーとして研究を推進する。
2001 年、電中研 名誉研究顧問

２−１

高温岩体発電とは

高温岩体発電では、図 2-1-1 に示すように地下の高温生産井を通して地表と地下の人工貯留層との間で水を媒の岩盤に坑井（注入井）を掘削し、この坑井に地表から体とした循環系ができ、地下の岩盤の熱を地上に取り出

高圧の水（例えば河川水など）を押し込むことにより、すことができる。

岩盤の中に新たな割れ目を造る。注入された水は割れ目

この熱抽出方法によれば、貯留層の大きさの設計や循を通る間に岩盤の熱により加熱され、熱水や蒸気となる

環する水の人為的な管理が可能となる。地下は深くなれため、この人工の割れ目は「人工の（地熱）貯留層」とばなるほど温度は高くなり、深い坑井が掘削できれば、なる。そして、この人工貯留層をめがけて別の坑井（生開発可能な資源量も増加することになる。例えば、産井）を掘削すると、岩盤内の熱水や蒸気は地上に噴き

1km3 の大きさの岩盤が 250 ℃から 150 ℃まで温度が下が出してくる（これはる場合、その４分の１のエネルギーが電気エネルギーに焼け石に水にたとえられる）。

この熱水や蒸気は、地上で発電などに用いた後、注入井変換されたとすると、100MW（すなわち 10 万 kW）のを通してまた貯留層へ送り込む。これにより、注入井と発電 30 年分に相当する。

サイレンサ
水圧ポンプ

貯水地

注

生

入

産

井

井

火山岩または堆積岩

花崗岩

高温岩体
200〜300℃

人工貯留層

図2-1-1深さ
2,000〜5,000m

高温岩体方式地熱抽出の概念図

電中研レビュー No.49 ● 19

２−２

高温岩体発電に必要な技術

高温岩体発電の開発は、概略以下の手順に従い行われ以下の作業により、人工貯留層の造成および水の循環にることになると思われる（図 2-2-1）。まず、高温岩体よる熱抽出システムの造成を行う。)地下の高温の岩盤が開発可能な深さに存在する場所を選定するための、立（高温岩体）内に坑井を掘削し、この坑井を利用して水地計画の策定が必要である。開発候補地が選定されると、圧で岩盤内に亀裂を伸展させ人工地熱貯留層を造成する。

高温岩体の深さ、広がり、温度分布、岩盤物性値などの*人工貯留層をめがけて複数の坑井を掘削する。+ある

評価のための地点評価が必要となる。そして、地点評価

坑井から水を貯留層に送り込み、貯留層内で岩盤の熱に結果を基に概念設計および発電コスト試算を行い、開発より加熱された水（熱水や蒸気）を別の坑井から地表にを進めるかどうかの判断を行う。開発することになると取り出す水の循環システムを造成する。,地表に取り出

開発段階（技術の実用性）
立地計画（ほぼ実用化）

内

容

（目

標）

文献・NEDOの調査結果を基に地点選定（地下浅所200℃以上の岩盤の存在）
物理探査等による広域の熱構造推定（発電所建設に十分な熱的広がり）

地質調査により高温岩体の規模・特性を予測（地点の地質的背景、熱履歴）
地点調査（ほぼ実用化）

物理探査による高温岩体分布を３次元的に推定（高温岩体の大きさ、断層等の存在の有無、坑井掘削位置・深度の決定）
調査井の掘削

概念設計（概念設計、コスト評価）

（開発中）

貯留層
造 成

注入井の掘削と小規模水圧破砕による高温岩体の特性評価（岩盤物性、亀裂分布、透水性、温度分布、地圧、地下水流動状況など）（ほぼ実用化）貯留層
評 価

生産井による高温岩体内熱水流動評価（熱水流動状況、亀裂進展状況など）（ほぼ実用化）

運転維持・管理（開発中）

注入圧力・流量監視
貯留層変動監視
環境影響監視

要素技術
磁気探査
重力探査
自然電位法
TDEM

A
B
B
B

環境調査
年代測定
地化学調査
地表地質調査

B
B
B
B

反射法
重力探査法
CSAMT法
地点総合探査法
坑井掘削
坑内検層
コア調査

A
A
A
B
A
A
A

坑井配置設計法
コスト試算法CC

電中研式破砕法
ＡＥ法
流体流動電位法
透水試験法
コア調査
流体地化学
物性値変換解析法

A
A
B
A
A
B
C

光ファイバ温度計測
トレーサ法
比抵抗トモグラフィ
流体地化学
地圧計測
シミュレーション

B
B
B
C
C
C

光ファイバ温度計測
トレーサ法
微小地震モニタリング
物理探査モニタリング
流体地化学
地化学モニタリング
シミュレーション
多坑井干渉解析法
土壌・植生モニタリング

B
B
A
A
C
C
C
C
C

既存の汎用技術
それ以外は当所で開発している技術

図2-2-120

適用性

各開発段階における要素技術の対応

高温岩体発電実用化
への適用性
A ：実績有りB ：部分的実績有り
C ：向上が必要

された熱水や蒸気は、発電などに利用した後、再び地下の貯留層へ送る。これにより、水を媒体として地下の岩2-2-2

地 点 調 査盤の熱を地表に取り出すことができ、発電などに利用できるシステムができることになる。発電所建設後は、従この段階では、高温岩体の広がり、温度分布、透水性

来型地熱開発と同様に運転管理が必要で、貯留層の変動などを精度良く評価し、人工貯留層の設計および発電シや環境調査を行うことになる¸。

ステムの概念設計に必要な情報を得る。
そのためには、坑井掘削位置を決める程度（数十 m

2-2-1 立 地 計 画の精度）の地下構造の詳細な調査が必要となる。この調査では、開発地点の半径１〜２ km の範囲での地下構造

この段階では、技術的には既存資料などにより高温岩を推定する必要があり、そのための物理探査として、地体として開発可能な地域の選定や、広域の調査結果から

震探査反射法や CSAMT 法（第５章参照）などが行わ開発に適切な地域を抽出する。一方、社会的にはアクセれる。ただし、これらの評価は地下の物性値を仮定した

ス道路などのインフラの条件や開発に係わる法的規制、構造の評価であるため、地下深部に行くほど精度が悪い。

および地元の開発受け入れなどの調査が必要である。

したがって、物性値の把握や探査精度の確認のため調査

高温岩体発電の候補地点としては、需要地に近いところ

井の掘削は欠かせない。また、地下の温度分布についてが望ましいが、現実には人里離れた山間部になることが多は地表からの探査では推定が難しく、調査井により確認

いと思われる。また、地下に大量の水を圧入することから、する必要がある。

大量の水が確保できることも必要である一方、活断層や透調査井としては通常掘削費の関係から、最終坑径が水性の高い断層などからは離れた場所が望ましい。高温岩

100mm 程度の坑井が掘削される場合が多い。調査井を体の岩盤としては、経済的に掘削可能な深度（3,000〜4,000

利用した調査としては、掘削時に得られる岩盤の細かいｍ）に十分な広がり（数 MW の発電に対し少なくとも半径

破片（スライム）や掘削コア（ボーリングコア）などの500 ｍ以上）を持つ高温の岩盤で、比較的新しい時代に貫分析による地質柱状図の作成、坑内検層による坑井周辺

入した花崗岩もしくは近くの熱源により加熱された花崗岩

岩盤の物性値（温度、電気比抵抗、弾性波速度、密度、になると思われる。また、貯留層と地表の間での水の循環

自然電位など）の深さ分布をはじめ、超音波を利用したを行うため、高温岩体内には天然の割れ目が少ない方が、坑壁の画像調査などが必要で、この調査結果により天然岩盤内への水の逸散が少なく、設計施工が比較的容易になの割れ目の性状・発達状況、岩盤の物性値・透水性・間ると思われる。高温岩体としての岩盤の温度については、

隙率、地圧などを評価し、貯留層を構成する亀裂の伸展

発電コストを考慮すると200℃〜250℃は必要と思われる。

を予測する。

立地計画の段階での地点調査としては、開発予定地点の地質や地下構造に関する文献調査から始まるが、我が

2-2-3

概念設計

国においては新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）などにより、国内の主要な地熱地域においてこの段階では、地点調査で予測した貯留層の伸展状況

地下構造や熱構造に関する基礎的な調査が行われており、に基づき、数値シミュレーション等により、注入井に圧その結果が利用できる場合が多い。しかし、既存の調査

入する水の流量・圧力の条件に応じた生産井から得られが不十分な地域や、国の調査対象となっていない地域のる熱水の流量・圧力・温度を推定する。この推定を基に、場合は、いわゆる広域地質調査や物理探査による概査を

熱抽出の将来予測や注入井、生産井の数や配置、発電シ

行い、開発予定地の選定を行う。開発予定地選定の範囲

ステムなどの設計を行い、最終的に発電コストを試算し、としては、半径 10 km 程度の範囲の調査により、半径 1開発を行うかどうかの判断を行う。

〜 2 km 程度の範囲を選定することになると思われる。

電中研レビュー No.49 ● 21

破壊する際に発生する破壊音（AE ： Acoustic

2-2-4

Emission）の観測が有効であり、その震源分布より推定

貯留層造成・評価する。なお、天然の割れ目が大きく発達したところや、
この段階では、地点調査および概念設計に基づき、人岩盤の透水性が高いところでは、AE の発生が少ない場

工貯留層とこれを介した地表と地下の水の循環システム

合があり、このようなところでは平面的は評価に留まるを造成する。

が、流電電位法や自然電位法３などによる補完も必要で

まず、注入井を用いて水圧で岩盤を破砕し、貯留層造ある。さらに、地化学調査やトレーサテストなどは、圧成を行う。これまでの国内外での実績に基づくと、裸坑

入した水の流動状況の評価や将来のスケール問題などの

パッカー１が利用できれば効率的に貯留層造成が可能で事前調査として重要である（第８章参照）。

あるが、裸坑パッカーの適用は材質の耐熱の問題など現¹

貯留層の造成が終わり、その伸展方向・広がりなどが状では課題が多く 、高温岩体および地熱開発での適用推定されれば、貯留層を貫くように生産井を掘削する。

２

その後、注入井との間で水の循環試験を行う。このを設置して、これをセメントで固定した後、坑井全体を際、注入井と生産井の間の透水性を高め、循環におけ

加圧する方式（全坑加圧方式）によりケーシング末端とる水の回収率を高める必要がある。水の回収率は、水坑底との間の裸坑部を破砕するのが、簡単で確実な方法の確保や環境への影響などの問題から、少なくともと思われる。この水圧破砕のみでも大規模な貯留層の造80 ％以上は必要と考えられる。一生産井当たりの回収成は可能であるが、貯留層の領域を大きくし、熱抽出領率が低ければ、生産井を何本も必要とすることになる域を大きく取るには、異なる深度での多段貯留層造成がため、発電コストを大きく左右する可能性がある。当必要である。この方法として、当所で開発した多段水圧所では、我が国では深度が浅く天然の割れ目が発達し破砕法（Casing Reamer and Sand Plug Method, CRSPている箇所での高温岩体発電開発が行われる可能性が法；第６章参照）が有効である。この方法により比較的高いことから、一つの注入井に対し、４本の生産井を簡便で確実に深部から浅部へ多段の貯留層が造成できる。

配置するモデルを考案したº。

は難しい。そこで、注入井の坑底近くまでケーシング造成された貯留層の大きさ、伸展方向については亀裂の

２−３

コスト試算

当所では現状の技術でどの程度の発電所建設が可能で、深さ 1km あたり 90 ℃以上の地温勾配が期待される地域 10

その建設費および発電コストがどの程度になるかを試算

箇所を選定した。そして、各地域においてどの程度の発し、高温岩体発電による実用化の可能性について検討し電出力が期待できるかを評価し、75MW（7.5 万 kW）の発º

電出力を基準とし、この発電所がいくつ建設可能かを評た 。

価した。その結果、抽出した 10 地域で 200 箇所程度の建2-3-1

75MW 発電コスト（昭和 61 年度）

設が可能とした。ただし、この地域の抽出の過程で、国立公園の指定や地元の了解などは考慮していない。

昭和 61 年度に実施した高温岩体発電の経済性について

以上の資源量評価の後、75MW の発電所建設に係わは、まず資源量評価を行い、地温勾配により発電所建設
候補地を３つのランクに分け、発電所の建設が可能な、
１ 坑井内に設置する栓のこと。パッカーにはゴム、テフロン、メタル製などがある。
２ 坑壁を保護するために坑井に設置する鉄管のこと。

22

３ 流電電位法は坑井のケーシング（鉄管）を電極として電流を流し、地上等に配置した多数の電極との間で電位変化を測定するもので、自然電位法は自然の水の流れ自体で発生する電位変化を測定するもの。これらにより、地下の水の流れを推定する（第８章参照）。

る経費を算出した。まず、発電所建設の前提条件としてた。その結果、調査井などが掘削され、より確度の高い以下を仮定した。)出力は 75MW 程度、*循環に使用

高温岩体発電可能性地域として 16 地域を抽出し、これする水の注入井での坑口圧力は 10MPa（約 100 気圧に相らの地域の合計で 38,400MW の発電が可能と評価した。

当）で流量は毎時 2,000 〜 2,400ton、+坑井は注入井がなお、この地域選定においても国立公園などの指定や地４本で生産井は９本、,熱抽出の範囲は深さ 2,000 ｍ〜

元の発電所建設についての了解などは考慮していない。

3,000 ｍで平面的には 1,200 ｍ× 1,800 ｍ、-熱抽出範囲

次に、2-3-1 の発電コストを出力 240MW に増大させたの岩盤の平均温度は 300 ℃、.熱抽出時の出力の減衰を場合の前提条件を以下のように設定した。)出力は補うため、5 年毎に注入井 1 本と生産井 2 本を追加する。

240MW 程度、*循環に使用する水の注入井での坑口圧/利子年 6 ％、人件費などの上昇率 2 ％、である。これ

力は 10MPa で流量は循環中 20 ％損失が生じるものとし、らの条件で計算された建設費の主なものは、)坑井掘削

毎時 6,250ton、+坑井は注入井が 5 本で生産井は 11 本、費が 130 億円、*水圧破砕による貯留層造成費が 38 億

,熱抽出の範囲は深さ 2,000 ｍ〜 4,000 ｍで平面的には

円、+発電機器が 130 億円、,輸送管などの費用が 40

1,200 ｍ× 1,800 ｍ、-熱抽出範囲の岩盤の平均温度は億円などであり、建設費の合計は 483 億円となった。こ

300 ℃、.熱抽出時の出力の減衰を補うため、５年毎にの結果から、建設コストは 64.4 万円/kW で、発電コス

注入井 1 本と生産井２本を追加する。/利子年 6 ％、人トは初年度が 25.8 円で、その後安くなり、15 年間の平件費などの上昇率４％、である。これらの条件で計算さ均では 18.0 円/kW となった。

れた建設費の主なものは、)坑井掘削費が 382.5 億円、*水圧破砕による貯留層造成費が 137.6 億円、+発電機

2-3-2

器等が 330 億円、,輸送管などの費用が 100 億円などで240MW 発電コスト（平成元年）

あり、建設費の合計は 1,282.2 億円となった。この結果から、建設コストは 53.4 万円/kW で、発電コストは 15

上記の検討の後、出力を増大させることにより、より

年間の平均では 12.7 円/kW となった。

発電コストの低下が期待できるとのことから、平成元年
度に大容量高温岩体発電のコスト試算を行った（表 23-1）。

2-3-3

最近の見直し（平成 14 年度）

この試算においても、NEDO などにより新たに調査された地熱地域の評価も踏まえ、資源量の再評価を行っ

高温岩体発電コストを試算した昭和 61 年度および平表2-3-1

建設費および発電コストの試算例（240MW発電所の場合）

査

費

60.0

調査井30億円、その他30億円

土地購入費

6.0

200万m2×300円/m2

1990年のコスト試算（億円）
調
地
下
部

51.0
6.0

費

382.5

注入井５坑×24.8億円/坑、生産井11坑×23.5億円/坑

267.5

水圧破砕費

137.6

５坑×27.52億円/坑

137.6

輸

100.0

坑

井

送

管

小

計測費を含む

100.0
562.1

686.1

計

12.0

物

12.0

発電プラント

330.0

330.0

注入ポンプ

20.0

20.0
20.0

建
地

坑井掘削費３割減

上

水路・貯水池20.0

部

建 中 利 子

159.8

そ

54.3

の
小

合

他
計

計

建 設 単 価土木工事一式を含む

79.8
管理費：8.5百万円×150人・年、その他

54.3

596.1

516.1

1282.2

1078.2

53.4万円/kW

発電端単価（239.9MW）

12.7円/kWh

現在価値換算収支等価計算法による

44.9

発 電 単 価（15年平均）

9.0円/kWh

電中研レビュー No.49 ● 23

成元年度の時点では、上述した発電コストでも十分水力

これによる発電コストは 11.3 円/kWh になる。また、最発電などと競合できると想定したが、その後の経済変動

近の金利の変動を基に以前６％と仮定した金利を３％になどにより、他の発電コストが値下がりしていることかすると、約 80 億円削減が図られ、掘削コストの低減もら、コスト試算を見直すことにした（表 2-3-1）。

含めた場合、発電コストは 9.0 円/kWh まで低下する可

近年の坑井掘削技術の進歩により、掘削コストは現在能性があることが判った。

では約３割減が期待できるようである。そこで、既存の

ただし、我が国のように地下構造の変化の大きい地域

計算に基づき 240MW の発電所建設における掘削費が３で、240MW の発電所建設が可能かどうか、高温岩体資割安くなるとすると、約 124 億円削減されることになり、源に関する全国規模の調査が望まれる。

24

第

章

3

世界の高温岩体発電実験と当所の係わり第３章

世界の高温岩体発電実験と当所の係わり ● 目
我孫子研究所

我孫子研究所

次

地圏環境部

上席研究員

海江田秀志

兼

地圏環境部

上席研究員

木方

我孫子研究所

地盤耐震部

上席研究員

佐々木俊二

我孫子研究所

地圏環境部

主任研究員

伊藤

高レベル廃棄物処分研究プロジェクト

建造
久敏

３−１

フェントンヒル実験 ……………………………………………………………………………………………………… 27

３−２

ソルツ実験 ………………………………………………………………………………………………………………… 27

３−３

オーストラリア高温岩体発電実験 ……………………………………………………………………………………… 28

３−４

肘折実験 …………………………………………………………………………………………………………………… 29

海江田秀志（８ページに掲載）

佐々木俊二（1976 年入所）
平成 13 年４月から地震予知総合研究振興会に出向。AE のような微小な振動から
M7 クラスの強地震動まで、振動・波動の研究に取り組んできた。内燃力火力発電所の振動障害調査、震源域近傍における強震動特性、礫質地盤の地盤構造を考慮した安定性評価、
高温岩体発電システムの技術開発、地層処分施設の地震影響評価などの研究に従事。

26

木方 建造（1976 年入所）
これまでに、主に地化学的手法を用いた高温岩体発電の地熱貯留層の特性評価、特に規模評価手法に関する研究に取り組み、日本のHDR 実験場である雄勝や肘折地点に適用してきた。最近では、高レベル廃棄物処分に関する地質特性調査技術や評価手法の研究開発に従事している。

伊藤 久敏（８ページに掲載）

アメリカ合衆国では自然エネルギーの資源量の評価に

では地温勾配が 45 ℃/km と高く、これらの地域のみの当たり、地熱資源として深さ 10km までを対象とし、こ熱エネルギーでさえ、65 万 quads で、1982 年当時の全の範囲の熱エネルギーを計算した。地温勾配は平均

世界のエネルギー使用量 250 quads の 2600 年分に相当

25 ℃/km、岩盤の熱容量は 2.2 × 10 J/km ℃、150 ℃がすると評価した¸。そして、これらの熱エネルギーの開使える最低温度として、全国土の面積 936 万 km2 におけ

発には高温岩体方式による熱抽出技術が必要として、そる熱エネルギーは、1000 万 quads（1quad= 3,345 ×の実用化に必要な要素技術の開発を開始した。

15

3

4

10 MW ・ year）となる。この内約 2 ％の地域 180 万 km

３−１

2

フェントンヒル実験

ロスアラモス国立研究所により 1973 年からニューメの水圧破砕が行われた。しかし、水圧破砕を何度も試み

キシコ州フェントンヒル地点においてフェーズ１研究がたにも拘わらず、２坑井間の導通は果たせず、結局二つ開始された。このプロジェクトでは、深さ 2,750 ｍの坑の坑井を掘り直すことにより坑井間の水理的導通が達成

井に水圧破砕で貯留層を造成し、これをめがけて掘削しされ、1986 年に最初の循環実験が実施された。その後、た生産井との間で、約 100 ｍの距離を隔てて合計 108 日

注入圧力や循環期間を変えながら何度も循環実験が実施

間、連続では 75 日間の循環実験を行い、130 ℃の熱水をされ、貯留層の容積が徐々に大きくなっていくことや、

毎分 400 〜 700kg 生産することに成功した。

注入した水の生産井からの回収率が改善されていくこと

その後、IEA（国際エネルギー機関）による国際共同研究としてフェーズ２を 1979 年より開始した。この研などが示された¹。
当所はこの実験に NEDO を通して研究者を派遣し、究には日本とドイツが参加し、日本からは NEDO から

AE の観測および解析に携わり、観測される AE の特性の派遣研究員として毎年３人程度が現地実験に携わった。

や貯留層評価に関する技術を習得したほか、地化学やト

フェーズ２では、深さ 4,400 ｍと 4,000 ｍの２本の坑井をレーサ試験（第８章参照）に関する技術を習得し、当所用いて、まず２本の坑井間の水理的導通を達成するための研究や NEDO の肘折地点での実験に適用した。

３−２

ソルツ実験

ヨーロッパでは、1970 年代よりイギリスではコーン

かし、生産水の温度が必ずしも高くなかったことから、ウォールで、フランスではル・メイエ・デ・モンターニ

坑井を深さ 5,000 ｍまで掘り下げº、2000 年には深部のュで、ドイツではウラハとファルケンベルクで、それぞ貯留層を新たに造成した。現在、新たな生産井を掘削し、れ独自にプロジェクトが進められていたが、1986 年よ2006 年までに 5MW 程度の発電実験を予定している。

りヨーロッパ連合（EU）のプロジェクトとして、フラ

当所は、NEDO 国際共同研究助成事業などを通し、ンスのソルツにおいて研究開発が進められている。ソルソルツの実験関係者と情報交換やデータの交換を行ってツでは、4,000 ｍ級の坑井により 168 ℃の岩盤（花崗岩）

きたほか、それぞれが主催して行ったワークショップなの天然の割れ目を貯留層として利用する循環システムをどに研究者を派遣し、交流を図っている。

造成し、1995 年までに熱出力 8 〜 9MW を達成した。し電中研レビュー No.49 ● 27

Ogachi（Japan）

Hijiori（Japan）

Fenton Hill
（USA）

図3-2-1３−３

Cooper Basin（Australia）

Soultz（France）

世界の高温岩体発電プロジェクト

オーストラリア高温岩体発電実験

オーストラリアでは、地球環境問題への対応から自然開発した多段貯留層造成法を応用し、複数の貯留層を造エネルギー、再生可能エネルギー開発が注目され、その成し、複数の坑井による大容量（270MW 級）の発電を一つとしてオーストラリア大陸中央に位置するクーパー

目標としている。

ベイズンにおいて、2002 年度より高温岩体方式による本格的な熱抽出実験が開始された。
この実験では、深さ 4,900 ｍの坑井を用いて、当所で28

この実験の開始に当たり、当所への研究協力の要請があり、当所は地表 AE 観測を主体に共同研究を通して、積極的に協力して行く予定である。

Cooper Basin

Degree C
360

205

170

135
Hunter Valley
101

0

800

1600

50

2400

kilometre

図3-3-1

オーストラリアの地下５kmの温度分布
GRANITE TEMPERATURES
vs NET POWER OUTPUT（from economic modelling studies−2 production wells & 1 injection well）

図3-3-2３−４

クーパーベイズンの地下5kmの温度と発電量予想図

肘折実験

日本においては、新エネルギー・産業技術総合開発機
構（NEDO）により、山形県肘折地点において 2,000 ｍ級の坑井４本を用いて、深さ 1,800 ｍと 2,200 ｍの２箇所

年８月まで長期循環実験が実施され、2002 年６月から約３ヶ月間約 50kW の発電が実施された»。
当所は、1987 年度より NEDO からの受託研究として、に貯留層を造成し、複数の貯留層と複数の坑井による循地表 AE 観測と地化学調査を担当し、貯留層評価に貢献

環実験が行われた。この実験では 2000 年 11 月から 2002した。

電中研レビュー No.49 ● 29

図3-4-130

肘折および雄勝実験場の位置と現場の様子
右上の写真が肘折、他は雄勝

第

章

4

雄勝高温岩体発電実験

第４章

雄勝高温岩体発電実験 ● 目次

我孫子研究所 地圏環境部 上席研究員 海江田秀志
我孫子研究所

４−１

高レベル廃棄物処分研究プロジェクト

兼地圏環境部 上席研究員 木方 建造

我孫子研究所 OB

堀義直

我孫子研究所 地圏環境部 OB

北野 晃一

我孫子研究所 地圏環境部 OB

本島

勲

雄勝高温岩体発電実験の概要 …………………………………………………………………………………………… 33

コラム４：雄勝実験場 ……………………………………………………………………………………………………………… 36

海江田秀志（８ページに掲載）

堀義直（18 ページに掲載）

本島
勲（1956 年入所、1998 年退職）
入所当初、電気探査に従事しシュランベル
ジャ−法による新しい電気探査装置を開発。
その後、定年退職まで電力施設周辺岩盤での地下水問題に対処して水質、同位体による広域地下水調査法、正弦波圧力試験法などの岩盤地下水調査法を開発するとともに高温岩体発電技術の開発に携わり人工破砕帯の透水性の評価法の開発を担当。

32

木方 建造（26 ページに掲載）

北野 晃一（1965 年入所、2001 年退職）
電中研での前半 25 年間は水力発電所や原
子力発電所の地質調査に、後半 11 年間は高温岩体発電研究に従事。高温岩体の研究では、安定同位体地熱資源調査や雄勝実験場周辺の地質踏査とともに、研究全体の計画づくりやまとめに従事。現在は、基礎地盤コンサルタンツ。

当所では我が国における高温岩体発電の開発モデルとうことで、発電コストの低減も期待できる。このためのして、我が国の地質構造の特徴（変化が激しく天然の割

要素技術の開発を、以下の４つのフェーズに分けて推進

れ目に富む）を踏まえ、ユニット方式による開発を提案してきた（図 4-1-1 参照）。

¸

した 。このモデルでは、一つのユニットにおいて一つ

なお、本研究の推進においては、研究フェーズの節目の注入井の回りに４本の生産井を配置し、注入井に圧入において、国立研究機関、大学、電力会社など外部委員

した水を回収率 80 ％以上で回収する。このユニットをによる「専門的研究評価」により、研究成果の評価およ

増設することにより大規模な地熱（高温岩体）開発を行び計画に対する助言などを受けた。

４−１¸

雄勝高温岩体発電実験の概要

フェーズ１（昭和 61 〜 63 年度）
いつでいこのフェーズでは、高温岩体地点選定のための探査技

逸泥４は見られず、温度が深さに比例して上昇する熱伝導術、水圧破砕による貯留層造成技術、貯留層となる亀裂型を示し、予想した実験条件を満足することを確認したº。

の分布評価技術の開発に関する基礎実験を実施した。昭次に当所で開発した多段貯留層造成法により、OGC-1

和 61 年度から昭和 63 年度にかけて、深さ 400 ｍ級の坑の深さ 990 ｍ〜 1,000 ｍに対し 11 日間で 10,160ton の水の井を用いて、当所で開発した多段貯留層造成法により、圧入による水圧破砕を、また深さ 711 ｍ〜 719 ｍに対し深さの異なる３段の貯留層を造成し、その分布状況を

10 日間で 5,440ton の水の圧入による水圧破砕をそれぞ

AE 観測や流電電位法により推定し、貯留層と導通させれ実施し、上下二段の貯留層を造成した。これらの貯留た２本の坑井により水の循環が可能なことを示した。ま

層はＡＥ観測や流電電位法結果などにより、下部貯留層

た、探査技術として CSAMT 法（第５章参照）により、は OGC-1 から北北東方向へ約 1,000 ｍ、上部貯留層は東深さ 2,000 ｍ程度までの地下比抵抗構造の推定技術を開方へ約 800 ｍにわたって広がり、上部と下部で異なる方

¹

発した 。

向へ広がったものと推定された（第８章参照）。これらの貯留層の評価結果に基づき、両貯留層を貫くよう生産¹

フェーズ２（平成元〜４年度）

井（OGC-2）を深さ 1,100 ｍまで掘削した。OGC-2 はこのフェーズでは、実用に近い深さ 1,000 ｍ級で温度

OGC-1 と深さ 1,000 ｍレベルで約 80 ｍ離れるよう傾斜掘

200 ℃の岩盤を対象として、貯留層の造成とその分布・削を行い、坑口から深さ 700 ｍまではケーシングを設置

広がりの評価技術の開発を目的とした実験を実施した。

し、それより深部から坑底までは裸坑仕上げとした。

まず、全国各地の地熱地域における資料を基に高温

OGC-2 の坑底の岩盤温度は 240 ℃であった。OGC-2 の掘岩体実験可能性地域を選定した。この中で、すでに坑削中、OGC-1 の水位の変動が認められ、両坑井間に水理

井掘削により花崗閃緑岩が確認され、岩盤内の割れ目的導通が達成されていると推定された»。

の状況や温度分布も得られており、地元のご協力も得

以上により、CSAMT 法などによる深さ 2,000 ｍ〜

られたことから雄勝地点が最も実験に相応しい地点と5,000 ｍまでの地下の探査技術が開発され、また当所で評価した。また、CSAMT 法探査などを実施し、実験開発した貯留層造成技術の実用性を確認し、AE 法や流予定地周辺の地下比抵抗構造を推定し、地下 300 ｍ付近

電電位法による貯留層分布域の推定の妥当性も確認した。

から目的の花崗閃緑岩が分布していると推定した（第そして、OGC-1 と OGC-2 との間で貯留層を通した水の５章参照）。

循環による熱抽出の実証や、造成した２段の貯留層の伸平成２年度に、注入井（OGC-1）を深さ 1,000 ｍまで掘削した。この坑井は深さ約 300 ｍから花崗閃緑岩となり、坑底の温度は約 230 ℃であった。また、坑井掘削中ほとんど

展方向が深さ約 300 ｍ異なっただけでほぼ 90 °違った原
４ 地熱井の掘削では泥水を循環させながら掘削するが、注入した泥水が規模の大きな天然の割れ目などを通して逸散し、回収されない状況を逸泥という。

電中研レビュー No.49 ● 33

フェ−ズ¿
1986〜1988年
昭和61年〜63年

フェ−ズÀ（1989〜1992）
1990年
平成２年

1989年
平成元年

（多段貯留層造成法の開発）
雄勝地点における実験開始
秋の宮地点基礎実験
CRSP法による３段貯留層の造成
深さ：400ｍ
温度：60℃
岩盤：火山礫凝灰岩

候補地点（鳥取、北海道、雄勝）
CSAMT、TDEM調査（雄勝
地点）

導通試験

1991年
平成３年

1992年
平成４年

（貯留層計測技術の開発）
注入井（OGC-1）の掘削
深さ：1,000ｍ
坑底温度：228℃
岩盤：花崗閃緑岩注入井検層
掘削コア調査・物性試験
計測井（OGC-0）掘削
深さ：945ｍ
TDEM法・CSAMT法探査
HTBS

下部貯留層造成（10,000ｍ3，300気圧）
地化学調査（既存水との混合
モデル）
AE・流電電位計測
破砕前後の透水試験
HTBS調査地圧測定（AE法）
FT年代測定（多段貯留層造成法の実証）
上部貯留層造成（5,400ｍ3，300気圧）
サンドプラグ（882ｍ）
リーミング（711-719ｍ）
生産井（OGC-2）掘削
導通試験
AE用発破、地表と注入井内
TDEM探査、地化学調査
AE・流電電位計測

注入井

注入井

生産井

700m

711m
719m
990m
60℃

228℃

431m

1993年
平成５年
（貯留層計測技術の実証）
循環実験（22日間）
回収率 ３％
光ファイバー温度検層
トレーサ試験、地化学調査
比抵抗トモグラフィー
３次元流電電位計測
AE・流電電位計測
第２回国際HDRフォーラム（山形市）

フェ−ズÁ（1993〜1995年）
1994年
平成６年

1998年
平成10年

1,100mフェ−ズÂ（1996〜2001年）
1996年
1997年
平成８年
平成９年

1995年
平成７年

（貯留層評価技術の開発）
循環実験（５ヶ月間）
生産井迎え破砕回収率10〜12％
生産水温度 160℃
３次元流電電位計測
破砕・循環前後透水試験
光ファイバ温度検層
注入井PTS検層
生産井PTS検層（注入点：915、1000、1030、1067ｍ）
AE・流電・自然電位計測

1000m

1,000m（貯留層計測技術の確立）
循環実験（１ヶ月間）
注入井増掘（1,027ｍ）
注入井と生産井の水圧破砕
回収率 20〜25％
破砕・循環前後の透水試験
坑井間正弦波透水試験
比抵抗トモグラフィー
３次元流電電位計測
増掘部のコア調査
光ファイバ温度検層
トレーサ試験、地化学調査
AE・流電・自然電位計測

CSAMT探査（周辺構造調査）
環境モニタリング（微小地震、坑井内水位、河川水分析など）計測
GEOTH3Dシミュレーション
コードの改良

研究評価

研究評価

1027m
フェ−ズÂ（1996〜2001年）
1999年
2000年
平成11年
平成12年

地下構造・貯留層精査
新坑井（OGC-3）掘削
地震探査反射法による地下構造・AE
深さ 1,303ｍ
速度構造調査坑径 21.59cm
生産井BHTVによる割れ目・地圧評価 坑井調査
生産井坑内発破によるAE震源補正
坑内検層（温度、電気、音波、
コラプシング法等によるAE震源分布
FMI、UBI、ARI等）
補正
定方位コア ３深度導通確認試験
坑井間導通試験（注入井と新坑井）
光ファイバ温度計測による新坑井の導通箇所特定導通箇所とAE震源分布の対比

研究評価

2001年
平成13年
（貯留層評価技術の実証）
新坑井透水試験
新坑井透水試験と小規模水圧破砕
深部自然割れ目の貯留層との関連評価
地圧評価
高温岩体発電技術マニュアルの原案
作成
研究評価

新坑井

図4-1-134

個別貯留層評価
サンドプラグによる上部貯留
層注水実験
上下部貯留層導通試験
シミュレーションによる事前予測
AE・微小地震観測

雄勝高温岩体発電実験の経過と計画

因の解明が課題として残された。

精度良く評価する技術を開発し、貯留層評価技術の高度化を図ることを目的として、新たな坑井の掘削などによºフェーズ３（平成５〜７年度）
このフェーズでは、２段貯留層とこれらと導通した２本の坑井間での水の循環により、岩盤からの熱抽出が可能なことを実証することを目的とした。

り、これまでの推定結果の検証や、高精度の坑井調査および複数坑井間の透水試験による透水モデルの高精度化を図ることとした。
まず、実験場の地下構造をより詳細に把握するため、

平成５年度に最初の循環実験「1993 循環実験」として実験場を中心として CSAMT 法による測点を平面的にOGC-1 に平均毎分 200kg の水を 22 日間連続で圧入した。

配置し、地下の３次元比抵抗構造を求めた。また、実験

その結果、OGC-2 から熱水が回収され、最終的に回収さ場近傍を東西に横切る道路を利用した地震探査反射法やれた熱水の温度は 120 ℃に達した。一つの坑井から造成

重力探査を実施し、これらの解析断面と比抵抗構造とのした多段貯留層による熱水の生産に成功したのは世界で比較検討から、実験地周辺の地質構造、特に花崗閃緑岩も初めてであった。しかし、この実験における OGC-1の上面深度分布を３次元的に推定した。これにより、実に注入した水の OGC-2 からの回収割合（回収率）は

験場近傍半径 500 ｍ以内には、地下に圧入した水が流出３％程度で、実用化の目標とした１生産井あたり 25 ％するような断層などは存在しないと想定された（第５章に比べ非常に少なかった。この回収率の低い原因として参照）。これらの結果を用いて、貯留層内外の熱水流動

は、OGC-2 周辺の透水性が悪いためと考えられた。

状況を評価する数値シミュレーションコードの開発と、そこで、OGC-2 周辺の透水性を高め、回収率の改善を

AE 震源分布を基にした透水モデルの構築を図った。

図るため、OGC-2 に毎分 2ton の水を圧入する水圧破砕

そして、これまでの調査に基づく地下構造の評価結果（迎え破砕）を実施した。その後実施した５ヶ月間循環を検証するため、新たな坑井（OGC-3）を掘削した。この実験「1994 循環実験」では、回収率が約 10 ％となり、坑井は、深さ 1,303 ｍで、深さ 700 ｍまでケーシングを設

生産熱水の温度は地表で 160 ℃を越えた。これにより生置し、そこから坑底までは裸坑仕上げとした。また、裸産井側からの水圧破砕が効果的であることが確認された。

坑部の坑径は、最新の耐熱検層器が適用できるように

そして、さらなる回収率の向上のため、OGC-2 への圧入

216mm とした。この結果、耐熱ボアホールテレビュアー

流量を増大（前年の約２倍）させた水圧破砕を行い、まなどによる坑壁の鮮明な画像が得られ、光ファイバ温度

た OGC-1 への注入圧力の低減を図るため、OGC-1 を 27

計測による OGC-1 との導通箇所の特定結果（第 7 章参照）

ｍ増掘し、加圧試験を実施した。その後の１ヶ月間の循と併せて、坑井内外の水の流動と割れ目の状況が精度良環試験「1995 循環実験」を実施した結果、回収率は約く把握された。さらに、OGC-3 の深さ 1,137 ｍには規模の25 ％となりほぼ目標を達成することができた。

大きな天然の割れ目が認められ¼、この割れ目より深部に以上により、２段の貯留層を通して OGC-1 と OGC-2 のはＡＥ震源がほとんど無いことから、この割れ目により間で水の循環を行った結果、当初は注入した水の回収率が深部への亀裂の伸展が抑制されているものと想定された。

極めて低かったが、迎え破砕による OGC-2 周辺の透水性

さらに、実験場内の３本の坑井を用いて、それぞれ個を改善するなどにより、回収率は 25 ％程度まで高めるこ

別に注水しながら他の２坑井の水位および坑口の締め切とができ、注入した河川水を 165 ℃の蒸気混じりの熱水とり圧力を計測し、各坑井周辺と各坑井間の透水係数の分して回収できることが実証された。しかし、貯留層内の水布を測定し、数値シミュレーションで用いた貯留層内外の流れが上部に比べ下部が４倍程度多く、流れが不均等での透水係数分布の妥当性を確認した（第８章参照）。

あることや、生産井の追加により、実用化に必要とされる以上により、OGC-3 掘削前までの地下構造および熱水４本の生産井で回収率 80 ％以上が確保される見通しを得

流動状況の推定結果が検証され、当所で開発した透水モるため、より高精度の貯留層評価が必要となった。

デル構築法の有効性、および数値シミュレーションによる貯留層評価技術の高度化が図れた。これにより、地点»

フェーズ４（平成８〜 13 年度）
このフェーズでは、貯留層内の熱水の流動状況をより探査、貯留層造成、貯留層評価に関する要素技術はほぼ確立したものと思われる。

電中研レビュー No.49 ● 35

コラム４：雄勝実験場
当所では、高温岩体発電の要素技術の中で最もされておらず、雨が降ると道路が川となり雨水が重要な貯留層造成と評価に関し、まず秋ノ宮地点

流れる状況で、四輪駆動の車でも国道から実験場

ぎょうかいがんにおいて凝灰岩 を対象として貯留層造成に関するまでの４ km の道のりに 30 分も要した。しかし、基礎的な実験を行った。この結果、深さ 300 ｍの坑

現在ではこの道路も舗装が施され、秋ノ宮温泉郷

井で、深さの異なる３つの貯留層が造成されたこから川原毛地獄、泥湯温泉、上の岱 地熱発電所をとから、本手法の有効性を確認し、本格的な実験

通って小安 温泉郷へ抜ける観光道路となっている。

を実施することとした。

雄勝実験場からは、遠く鳥海山が望めるほか、周

うえのたい
おやす

実験地の選定においては、国や新エネルギー・

辺は一部の杉の植林を除けばブナの木の原生林で、産業技術総合開発機構（NEDO）等の調査結果を

春や秋は山菜やキノコが豊富で、冬には積雪が３参考にし、文献調査結果として鳥取県鹿野、秋田

ｍを越えるなど年間を通して自然の勢いが感じら

県雄勝、北海道熊石の３地域を抽出した。そして、れるところである。また、近くの沢では天然のイ

実際に現地を訪問し、地元の受け入れ状況や実験

ワナが捕れるほか、野生のカモシカや狐などが出実施に関する必要事項などを調査した結果、最も没し、ある年の晩秋には熊と道路で出会ったこと

地温勾配が高く、実験予定地のすぐそばで NEDOもあった。さらに、マムシも多く、当所の実験場の調査による高温岩体の存在が確認されているこの一角には長年マムシとヤマカガシの一家が住んとなどから雄勝を最終的に選定した。深さ 1,000 ｍ

でいるようである。

で岩盤の温度が 230 ℃にもなる地域は我が国においしたがって、実験の実施においても自然環境のても珍しく、諸外国の高温岩体発電実験場が岩盤保護には注意を払い、実験場の設備以外の設備等

温度 200 ℃を得るために、深さ 4,000 ｍ〜 5,000 ｍも（例えば AE 観測点やケーブルの設置箇所）は、一の坑井掘削を必要とすることから考えれば非常に般の方にはほとんど目立たないよう工夫したほか、温度条件に恵まれた地点である。しかし、地下浅

毎年実験の前後で河川水・地下水の分析調査や地所で温度が高いため、高温用の検層機器の開発や震観測を継続して行い、実験による影響がないこ

適用に多額の費用を要したり、高温岩体と見なしとを確認している。

ている岩盤に自然の割れ目が多く、貯留層の造成

また、実験の実施に関しては地元の方の多大なや水の循環による熱抽出において自然割れ目の影

ご協力を頂いていることから、実験実施中は見学

響が大きく及んでいることが判った。ただし、こ会を開催し、地元の方はじめ一般の方々にも実験のような条件は今後我が国において、高温岩体発の状況を見学して頂いた。この見学会の様子は地電開発を行う上では、一般的に見られる状況と思

元テレビはじめ新聞などマスコミにも多く取り上われる。

げられている。

実験開始当時は、実験場の脇を通る道路も舗装

N

36

第

章

5

高温岩体探査技術

第５章

高温岩体探査技術 ● 目次

我孫子研究所

地圏環境部

上席研究員

鈴木

浩一

我孫子研究所

地圏環境部

上席研究員

楠

建一郎

我孫子研究所地圏環境部 OB

藤光

康宏

５−１

はじめに …………………………………………………………………………………………………………………… 39

５−２

地震探査反射法 …………………………………………………………………………………………………………… 39

５−３

CSAMT 法５−４

総合評価 …………………………………………………………………………………………………………………… 42………………………………………………………………………………………………………………… 40

コラム５：空中から地下を探る …………………………………………………………………………………………………… 44

鈴木 浩一（1984 年入所）
雄勝実験場では、物理探査法による実験場
周辺の地熱源調査法の開発や、複数の物理探
査･検層データを組み合わせて透水性や力学強度など地盤物性値を評価する研究を実施してきた。現在は、この研究成果をベースに、産業廃棄物地層処分場となる埋立て地盤や深部地下空洞周辺岩盤の物理特性分布の調査法を実用化する研究に取り組んでいる。

藤光 康宏（1989 年入所、1994 年退職）
電中研在職中は、通常の業務では物理探査による地下可視化に関わった。高温岩体発電
プロジェクトは雄勝実験場における実験から参加し、貯留層評価、CSAMT 法による地下構造探査、光ファイバ温度計による温度検層、コスト試算、流電・自然電位計測に関わった。

38

楠 建一郎（1977 年入所）
HDR 研究の中で、各種物理探査法の開発研究を実施してきた。特に CSAMT 法は国産初のシステムを開発し、全国で活用されるに至った。現在は、この研究で得た貴重なノ
ウハウを基に、地中送配電建設に関連して、推進工法での掘削位置の測量や既設管路の位置を判定できる電磁波式管路位置測量装置の実用化研究に従事している。

５−１

は じ め に

地表から高温岩体の分布を探査する場合、まず、高温（白亜紀花崗閃緑岩）とそれを覆う新第三紀火山岩類の上

岩体の対象である花崗岩（基盤岩）の分布を探査するこ記物性値に明瞭な差があると考え、地震探査反射法、重とが重要である。地下に伏在する花崗岩は、上載する地力探査法、CSAMT 法等を適用し、実験場周辺の大局的層（火山岩や堆積岩）に比べ、一般に岩盤の密度、弾性な基盤構造および断層のおおよその位置を把握した。こ波速度、電気比抵抗が大きい。雄勝地点では、花崗岩

こでは地震探査反射法と CSAMT 法について紹介する¸。

５−２¸

地震探査反射法
º

探査原理

結

果

地震探査反射法とは地層の境界から反射してくる弾性波

図 5-2-1 にマイグレーション処理（反射面を空間的にを用いるもので、人工地震の波形記録を電子計算機によ正しい位置に戻す処理）および深度変換（速度分布からり情報処理し、反射波のみを強調した画像を描きだし、反射面を正確な深度に変換する処理）を行った解析断面

地下の構造を判断するものである。断層調査では特に基を示す。これより、比較的連続性の良い反射面は実験場

盤上面の落差（変位）の有無の推定に有効である。

周辺では標高 300 〜 400 ｍ付近（反射面： B）に見られる。また、OGC-0（計測井）より西側の区間には標高-

¹

方

法

200 〜-300 ｍ（反射面： A）に認められる。さらに、そ実験場の位置する林道沿いに測線を約 3.5km 設置し、の上部には標高 300m 付近に反射面 C が認められる。図発振点 20 ｍ、受振点 10 ｍ間隔で測定を行った。震源に5-2-2 に反射法結果より推定した地質断面図を示す。図は起震車（バイブロサイス）２台を使用した。

中の太い実線は比較的連続性の良い反射面、点線は連続性は良くないがその延長と推定される反射面を示す。ま

W→

OGC-0
↓

距離（m）
500

0

1000

1500

OGC-1
↓
2000

→E
2500m

G.L.（m）
500

0

−500

−1000

図5-2-1

地震探査反射法解析結果（マイグレーション・深度変換処理後）

電中研レビュー No.49 ● 39

地点A

W
0

500

500

1000

OGC-0 OGC-1（HDR実験場）
2000
2500

1500

500

2600m/sec

地表面
新第三紀火山岩類

2600m/sec

反射面B
3600m/sec

反射面C
2850m/sec

4200m/sec

0

0

標高（ｍ）

3500m/sec

−500

反射面A
4300m/sec

CSAMT法
断面範囲（B測線） −500

反射面の不連続部

白亜紀花崗閃緑岩

0

500m

凡例
連続性の良い反射面
連続性の悪い反射面
m/sec 速度解析によるP波速度−1000

図5-2-2−1000

地震探査反射法より推定される地質構造

た、速度解析(地層の区間速度を求める処理)による弾性験場より西側約 500m まではこの境界面は標高 400m か波（P 波）速度値を表示した。

ら 300m と徐々に深くなり、実験場より西側約 800m の位置（地点 A）では標高 100m となる。この地点 A を境

»

考

察

にさらに西側の基盤岩深度は最深部で標高-300m となっ

OGC-1 およびその西側約 300 ｍにある OGC-0 で確認さている。地点 A において反射面は不連続でその段差はれた白亜紀花崗閃緑岩の上面は標高約 300 ｍ（深度 300

約 400m あり断層が存在している可能性が高い。さらに、ｍ）であることが確認されている。一方、OGC-0 よりさ

反射面 C は第四紀火山岩類と新第三紀火山岩類との境界

らに約２ km 西側にある坑井では標高約-1200m（深度をとらえたものと推定される。

1500m）まで掘削されたが、花崗閃緑岩は確認されてい
¼

ない¹。

ま

と

め

図 5-2-1 に見られた比較的連続性の良い反射面（A、B）

地震探査反射法より新第三紀火山岩類と白亜紀花崗閃緑

は、白亜紀花崗閃緑岩（基盤岩）とそれを覆う新第三紀岩類との地質境界を反射面としてとらえることができ、実火山岩類との地質境界をとらえたものと推定できる。実験場の西側に断層の存在および基盤岩の落差が推定できた。

５−３¸

CSAMT 法探査原理
CSAMT 法（Controlled Source Audio frequency

Magneto-telluric Method）は MT 法（地磁気地電流法）の一種で、人工の電磁波（1Hz 〜数 kHz）により地下にのである。比抵抗値の異なる岩石の境界、基盤面の深度、形状などの探査に有効である。
Archie（1942）ºは岩石の比抵抗と岩盤物性値との関係を以下の実験式で示している。

誘導された地電流および地磁気を観測して比抵抗分布を調べる方法で、比抵抗値を介して地下構造を判別するも40

ρR ＝ αφ−mS −nρW

（1a）

F= ρR /ρW =αφ−m

地温が高い、*熱水貯留層となる岩盤の間隙率が大きい、（1b）+地下水比抵抗が低いことが考えられる。
ここに、 ρR は岩石の比抵抗、 ρW は地下水の比抵抗、φは間隙率、S は水飽和度、α、m、n は岩種による定数、¹

F は地層比抵抗係数である。

方法

測点は実験場を中心とした 2km × 2km の範囲に約 150

岩石の比抵抗は間隙率と飽和度が大きいほど低下する。

ｍ間隔で 63 点を東西方向に 3 測線、南北方向に 2 測線配置

また、地下水の比抵抗が低いほど低下する。地下水面以した（図 5-3-1 _）。電流送信源は調査地域より南方約７下の水に飽和した岩盤においては地層比抵抗係数が大き

km の道沿いに東西方向に 2km 設置した。送信周波数は

いほど比抵抗は大きくなる。火山岩や若い年代の堆積岩

8700Hz 〜 2.1Hz 間の 13 周波数である。受信には当所で開は間隙率が大きく比抵抗は小さいが、火成岩や古い年代発した測定装置½を使用した。また、各 5 測線において 2の堆積岩などは間隙率が小さく比抵抗が大きくなる傾向

次元解析¾を行い比抵抗の深度断面図を求めた。

を示す。また、堆積岩でも礫質分が多いほど高比抵抗にºなり、粘土分が多いほど低比抵抗となる»。

結果

図 5-3-1 `に地震探査反射法の測線と一部重なる東西

岩石比抵抗の温度依存性については以下の実験式が提¼方向の B 測線での解析断面を示す。大局的な傾向として案されている 。

測点 B3 より東側では、地表より深度 100m 前後までがC
T ＋ 273 ＝ ――――――――――
log（ρR20/ρR）− B¹

高比抵抗層、その下部の深度 300 〜 400m までは低比抵
抗層、さらにその下に高比抵抗層が広がっている。一方、ここに、T は地下水温度（℃）、ρR20 は 20 ℃における

測点 B1、B2 では深度 200 〜 300 ｍを中心に高比抵抗部

比抵抗、B、C は岩種による定数（水は B= − 2.16、が認められ、その下部は低比抵抗部となっている。よっC=608、安山岩では B= − 3.08、C=870）である。

て、測点 B3 付近に比抵抗構造の境界が認められる。図

ちなみに、比抵抗が 100 Ωm の安山岩が 20 ℃から

5-3-2 に各測線の 2 次元解析による比抵抗断面から 3 次

120 ℃、220 ℃に上昇した環境下では、比抵抗はそれぞ

元比抵抗構造を内挿し、標高 100m ごとに表示した比抵れ 13.5 Ωm、4.8 Ωm に低下する。すなわち、地温が抗水平断面図を示す（実験場の標高は約 600 ｍ）。標高

200 ℃を超える地熱地帯での岩盤の比抵抗は 20 ℃の環境

500 〜 300m の比抵抗水平断面は高比抵抗と低比抵抗がより 1/20 以下まで低下する。一般的に地熱地帯におい複雑に分布しているが、標高 200m 〜 0m の水平断面図て岩盤の比抵抗が極めて低く観測される要因として、)においては探査領域の南西側は低比抵抗部、北東側は高

A測線

W←

地点 A

OGC-1

OGC-0

地震探査反射法測線
OGC-0 実験場
1000
B1
B2

B13 B14B測線
B11
B8 B9 B10
B3 B4 B5 B6 B7

B12

標高（m）

1500

Ｅ測線

Ｄ測線

2000

500
C測線
0
0
500
1000
測線西端まで約１km

1500

2000m
25

50

100

200

400

800 1600

比抵抗（Ωm）_

測点位置図

図5-3-1`比抵抗断面図（B測線）

CSAMT法の測点位置図および比抵抗断面図

電中研レビュー No.49 ● 41

（Ωm）

図5-3-2CSAMT法による雄勝地点の比抵抗構造―比抵抗水平断面（標高−300〜500m）―

比抵抗部となっている。

られた反射面の不連続部（地点 A）とほぼ調和的である。
また、標高 200m 〜 0m の比抵抗水平断面（図 5-3-2）よ

»

考

察

り、実験場南西方向の約 500m 先には新第三紀火山岩類

B 測線での比抵抗断面を反射断面（図 5-2-1）と比較すに相当すると考えられる低比抵抗部が標高 0m 付近までると、反射面 B の上下に低比抵抗層（10 〜 100 Ω m）と分布しており、花崗閃緑岩に対応する高比抵抗層との境

高比抵抗層（100 〜 1,000 Ω m）が位置しており、それ界が北西-南東方向に存在するように見える。測点 B3 付

ぞれ新第三紀火山岩類、白亜紀花崗閃緑岩に対応するも近を通ると推定された断層は北西-南東方向に伸びていのと考えられる。さらに地表下 100 ｍ前後までに見られる可能性が考えられる。

る高比抵抗層は第四紀火山岩類に相当するものと推定され、西側の方が深くなる傾向が見られる。
測点 B3 より西側では花崗閃緑岩と推定される高比抵

標高 500 〜 300m の比抵抗水平断面において、高比抵抗部は第四紀火山岩類が厚く堆積している領域を示していると推定される。

抗層は急激に深くなっており地震探査反射法結果で認め

５−４

総 合 評 価CSAMT 法結果（図 5-3-1 <、図 5-3-2）より新第三紀

た、OGC-1 での電気検層結果でも両地層の境界深度で比火山岩類は 10 〜 100 Ω m、白亜紀花崗閃緑岩（基盤岩）

抵抗値に明瞭な差が認められる¿。両地層を区分する比は 100 〜 1,000 Ω m の範囲を示すものと考えられる。ま

抵抗値の境界を 100 Ω m と仮定して、比抵抗水平断面結42

果に地震探査反射法結果を加味して推定した実験場周辺に基盤面深度が落ち込んでいる構造が認められ、北西-の基盤岩の深度分布を図 5-4-1 に示す。実験場の南西側

南東方向の断層が存在する可能性を示している。

G.L.（m）
800
地表面
600

OGC-0

新第三紀
火山岩類

400

雄勝実験場

基盤面
200
0

白亜紀
花崗閃緑岩

−200

N

2000m
1500
1000
断層
t
新第三紀火山岩類

E
500

1000
0

図5-4-1

500

1500m

断層

CSAMT法および地震探査反射法より推定される雄勝地点の地下構造（鳥瞰図）電中研レビュー No.49 ● 43

コラム５：空中から地下を探る
当所では第５章で述べた地表から地下深部の構º

空中磁気探査造を把握するための各種物理探査法の研究を高温

地球磁場を測定する磁力計には、ベクトル量であ岩体発電等のテーマの中で進めてきた。当所による磁場の三成分（東西、南北、上下）を測定するフる開発研究の成果は、地熱・高温岩体地域のみなラックスゲート磁力計や磁場の強さのみを測定する

らず、電力各社の水力、原子力地点などでの地質

プロトン磁力計などがある。このうち、プロトン磁調査法の一環として定着しており、電力以外の土力計はセンサーが多少の姿勢変動を被っても安定し木建設予定現場でも利用されつつある。

て測定が可能なためよく用いられている。

一方、物理探査法による適用性が認識されるに一般に地上での磁場測定では地表付近の人工構造

従って、利用者側からの物理探査法に対する期待物などによる影響を強くうけるため、航空機などをも大きくなってきており、より広範囲をより迅速用いた空中測定が有利である。また、航空機を用いにしかもより安くといった要求が出てきている。

ることから広範囲の迅速な調査が可能となるため、また地表での物理探査法に関しては２次元探査法

資源探査においては概査の手段としてよく用いられが一般的になっており、最近では３次元探査の研る。地熱、火山地域では広域における溶岩の分布を究が盛んに実施されている。その際にも、３次元把握することに利用される。また、岩石のもつ磁性のための測定データをいかに効率良く取得するかがなくなる深度（キュリー等温面深度といい、地温が大きな課題となっており、この点においても空が約 500 〜 600 ℃の深度）の探査から地下深部の温中探査に期待が掛けられている。ここでは、以下

度分布を調べる試みもなされている。

に現状での空中探査についての概要を述べる¸¹º»。
»
空中探査の種類¸

リモートセンシング
地球表面における、電磁波の反射、散乱、幅射

空中電磁探査空中電磁法は航空機に電磁探査装置を搭載して探査を行う方法の総称である。
これまでカナダやオーストラリアなどの国々で、などの物理現象を利用する探査法で光とマイクロ

主に金属鉱床や石油・天然ガスなどの資源調査開波を用いる方法がある。適用限界は、地表面に限発のために行われてきた。しかしながら、国外でられることや、光を用いる方法では雲、雪などの実用化されているいずれの探査も、地下への探査

気象条件に左右されること、地上調査（周辺の環可能深度（可探深度）は浅く、深部の地質構造は境、気象データ等）との対照が必要となることな地表の探査結果から推定しているのが実情である。

どがある。利用範囲は、土地利用分類・地質構造

特に、詳細なデータを取得することが可能なヘ等の調査、環境・自然現象のモニタリングなどがリコプターを用いた空中電磁法は、地下の可探深ある。適用分野は地熱を対象とした場合には地表度が 50 〜 100m 程度と浅く、最も深いところまで探面の熱分布の把握である。その他の適用分野には査できる大型の飛行機を用いたシステムでも、可

地球物理、環境（地質構造、植生）、防災（地すべ

探深度が地下 200m 程度である。この大型航空機にり、地震）などがある。

よる空中探査は、国内では地形の起伏が激しく、また、電波法や航空法などさまざまな法律の制約¹

空中放射能探査から、探査実施は不可能である。

ウラン鉱床の探査では広い地域を対象とする初当所では、可探深度が地下 300 ｍから 1km を目期の段階において使われ、対象地域の上空を一定標とするヘリコプターを用いた画期的な空中電磁間隔の測線に沿って飛行し地表からの放射線（ガ法を考案した（図-１、写真１、２参照） ¼。このンマ線）を測定する。

方法は、地表に電磁波の発信源を設置する空中電測定値は対地高度の変動等を補正し、ウラン/ト

磁探査システムであり、これまで北海道大学、京リウム比、ウラン/カリウム比などの分布図として

都大学、九州大学等の協力を得て、阿蘇火山山麓

表示される。適用限界は、被覆層の厚さに影響さにおいて基礎実験をおこない、原理的な開発可能れること、地上用に比べて大きな放射線計測カウ性を確認している。本方法が実用化された場合の、ンターを必要とすること、標準線源による補正を

主な利用分野として、地熱探査、特にオーストラ

頻繁に行う必要があること等がある。適用分野とリア大陸のような広大な地域における高温岩体のして地熱、活断層調査などがある。

探査の他、火山調査、地滑り、土木関係の岩盤調査等が期待できる。

44

地上ソース型
電磁センサーバード

ZX

可探深度増大地表送信装置図１

空中電磁法概念図

写真１

空中電磁法実験風景

写真２

空中電磁法センサーバード

電中研レビュー No.49 ● 45

第

章

6

貯留層造成技術

第６章
我孫子研究所
我孫子研究所

高レベル廃棄物処分研究プロジェクト

兼貯留層造成技術 ● 目

地圏環境部

上席研究員

地圏環境部 上席研究員

次

海江田秀志
木方

建造

我孫子研究所 OB

堀義直

我孫子研究所

本島

勲地圏環境部 OB

６−１

概

６−２

電中研式多段貯留層造成法 ……………………………………………………………………………………………… 49

６−３

適

６−４

今後の課題 ………………………………………………………………………………………………………………… 51

48

要 ………………………………………………………………………………………………………………… 49

用

例 ………………………………………………………………………………………………………………… 50

海江田秀志（８ページに掲載）

木方 建造（26 ページに掲載）

堀本島

義直（18 ページに掲載）

勲（32 ページに掲載）

６−１

概

要

貯留層は注入井を利用して、水圧破砕により岩盤内には材質の耐熱の問題など現状では課題が多く、高温岩体亀裂を伸展させ、この亀裂が循環する水の通路および岩および地熱開発での適用は難しい。そこで、注入井の坑盤からの熱を抽出するための熱交換面となる。注入井の底近くまでケーシングを設置して、セメントで固定した

坑径は水圧破砕および循環時における坑井内の水の流動後、ケーシング末端と坑底との間の裸坑部を破砕箇所と抵抗などを考慮して、８インチ半（215mm）程度が望して全坑加圧方式による水圧破砕を行うのが、簡単で確ましい。

実な方法と思われる。この水圧破砕のみでも大規模な貯第２章でも述べたように、これまでの国内外での実績

留層の造成は可能であるが、貯留層の領域を大きくし、に基づくと、裸坑パッカーが利用できれば効率的に貯留

熱抽出領域を大きく取るには、異なる深度での多段貯留層を造成することが可能であるが、裸坑パッカーの適用

層造成が必要である。

６−２

電中研式（CRSP 方式）
多段貯留層造成法

当所では、一つの坑井から深さを換えて多段に貯留層という）、岩盤を露出させ新たな裸坑区間を作成する。こを造成する多段水圧破砕法（Casing Reamer and Sandの裸坑区間より深部の坑井内には、砂を降下させ、坑底部

Plug Method, CRSP 法）を開発した¸¹（特許第 1909350 号）。

の亀裂（貯留層）への水の流出を妨ぐ。+そして、再び坑この方法による貯留層の造成は図 6-2-1 に示すように、井内に水を圧入し、坑井内の水圧を高めると、新たな裸坑)注入井に坑底までケーシングパイプ（鉄管）を挿入し、部分のみで水圧が岩盤に直接作用し、この部分から岩盤内坑壁とケーシングの間はセメントで固める。その後、さらに亀裂が伸展することになる。これにより２段目の貯留層に坑底部を掘り下げ、この部分は裸坑状態で仕上げる。そが造成される。同様な操作を繰り返すことにより、下からして、坑井全体に水圧をかける、つまり水を圧入し、坑井順番に深さを換えて何段もの貯留層を造成することができ内の水圧を高めると、坑井内のケーシングがセメントで固る。,多段貯留層の造成後、注入井内に掘り管を降下させ、定された部分では、水圧は直接岩盤には作用せず、坑底の掘り管とケーシングパイプの間で水を循環させながら、掘裸坑部のみで水圧が岩盤に直接作用することになる。水圧り管を降下させると、注入井内に設置した砂は循環する水が岩盤の強度を超えると岩盤内に亀裂が発生し、水圧によと共に地表に回収される。そして、貯留層の伸展方向や広り岩盤内に伸展する。これらの岩盤内の亀裂が水の通路とがりなどを評価し（第８章参照）、貯留層を貫くように生なり、貯留層を造成する。これが１段目の貯留層の造成で産井を掘削する。

ある。*次に、注入井の任意の深度で所定区間ケーシング
パイプを切り取り（これをリーミング、もしくはミリング

以上により、多段貯留層が造成され、造成された貯留層全てに水が流れるようになる。

電中研レビュー No.49 ● 49

¸

¸
¹
º
»

¹

適

用

»

注入井を掘削後、ケーシングパイプを地表から坑底までセメントで設置し、その後坑底部を掘り下げる。そして、全坑加圧により水圧破砕を実施し、坑底部に１段目の貯留層を造成する。
任意の深さでケーシングパイプをリーマで削り取り、新たな裸坑部を作成する。
新たな裸坑部より下部にサンドプラグとして砂を充填し、全坑加圧方式による水圧破砕を行い、２段目の貯留層を造成する。
注入井内の砂は掘り管を降下させながら、坑内で水を循環させると、循環中の水に浮遊して地表に回収される。そして、貯留層をめがけて生産井を掘削し、多段貯留層を通した水の循環が可能となる。

図6-2-1６−３º

電中研式（ケーシングリーマ・サンドプラグ方式）
多段貯留層造成法の概念

例

当所では、この方法による貯留層造成を現地実験に適が確認されたº。

用し、その実用性を確認した。まず、凝灰岩中に掘削しその後、雄勝地点において深さ 1,000 ｍ（坑底の岩盤た深さ 400 ｍの坑井を掘削し（坑底温度約 60 ℃）、この

温度約 230 ℃）の坑井を掘削し、坑底部と深さ 711 ｍ〜

坑井の異なる３箇所から CRSP 方式による貯留層の造成

719 ｍの８ｍ区間について、この順で水圧破砕を適用し、を行った。その結果、坑壁に新たな亀裂の発生が確認さいずれも半径 400 ｍ以上の広がりを持つ大規模な貯留層れるなど、貯留層としての亀裂が岩盤内に伸展することを造成したことを確認した¹。

50

６−４

今後の課題

CRSP 方式により深さを換えて何段も貯留層を造成すにいくつもの貯留層がある場合、貯留層から坑井への水ることが可能なことが確認された。しかし、この方法のの流れが必ずしも一様とはならず、流れの不均一さが生適用のためには、坑井の仕上げおよび貯留層造成後の砂じ、流動抵抗の少ない部分のみの水の流れが加速され、の回収など坑井内での作業が多い。また、坑井の一部を岩盤からの効率的熱抽出に望ましくない場合が生じる。

部分的に拡大させるため、坑内検層などにおいて、坑壁

そのため、今後このような多段貯留層における水の流れが拡大した部分に検層器がトラップされ、検層器の昇降の均一化を図る手段について新たな技術開発が望まれる。

の際にトラブルを伴う場合がある。さらに、一つの坑井

電中研レビュー No.49 ● 51

第

章

7

検 層 技 術第７章

検 層 技 術 ● 目次

我孫子研究所

地圏環境部

主任研究員

末永

弘

我孫子研究所

地圏環境部

主任研究員

伊藤

久敏

７−１

水みちを温度変化で探る ………………………………………………………………………………………………… 55

７−２

水みちを見る ……………………………………………………………………………………………………………… 57

末永弘（1996 年入所）
貯留層内の透水性に関する調査・試験、および地下水流動解析を担当した。透水性に関する試験では、坑井および坑井間の透水性を評価するための注水試験、および地下水の通り道である水みちを検出するため光ファイバによる温度測定などを行った。現在はエネル
ギー地下貯蔵、CO2 地下貯留、高レベル放射性廃棄物処分等に伴う地下水流動評価に関する研究に取り組んでいる。

54

伊藤 久敏（８ページに掲載）

７−１

水みちを温度変化で探る
よって構成され、両者の強度比は、絶対温度のみに依存する。したがって、ある位置において、レーザー光の入7-1-1 は じ め に

射方向に対して逆方向に散乱した Raman 後方散乱光の貯留層を造成したのち、そこにどの位の量の水を送る

強度を入射位置にて測定すると、光ファイバ中の光速度ことができ、また回収することができるかを調べるためからこの位置までの距離が算出されるため、温度・深度には、どの深度に何箇所水の通り道(水みち)があるかをの情報が得られ、ボーリング孔内の連続的な温度分布が把握することが重要である。ここでは、坑井内の温度変描かれる。
水みちを検知するためには、坑井内に光ファイバを挿化を探ることから水みちを検知する技術と、その適用方

入し、注水により坑井内を一旦冷却して、その後の温度法について紹介する。

回復を測定する。すると、水みちにおいては熱水が流れ7-1-2込んでいるために、他よりも回復が早いことから、温度

光ファイバによる温度測定

プロファイルで特異点となり、水みちの検知が可能となる（図 7-1-2）。

光ファイバによる温度測定原理について、以下に述べる。光ファイバの一端からレーザー光をパルス状に入射すると、光ファイバの各通過位置で散乱光が生じる（図7-1-3

水みち検知結果

7-1-1）。この散乱光には Raman 散乱光と呼ばれるものがあり、Raman 散乱光は、Stokes 光と Anti-Stokes 光に

OGC-3 井（新坑井）の孔内を地表水により冷却した後、距離(深度)d

光ファイバ

速度Cfiber
レーザー光(パルス状)

レーザー光

後方散乱光

相対強度

Stokes光

散乱

Raman散乱光
Anti-Stokes光波数

図7-1-1

光ファイバによる温度測定原理

電中研レビュー No.49 ● 55

ボーリング孔、注水

温度（℃）

深度

注水後

初期状態

回復過程

温度プロファイル
光ファイバ

図7-1-2

水みち

光ファイバ温度測定による水みち検知原理

OGC-1 井（注入井）より注水し、OGC-3 井における温も温度回復の早い深度と遅い深度が互いに一致している

度回復をモニタリングした（図 7-1-3）。OGC-3 井の孔ことが明らかとなり、これらは水が流動している水みち

内冷却および OGC-1 井への注水をそれぞれ２回ずつ行箇所と推定される。

った結果、得られた温度プロファイルにおいて、他より顕著な水みちのうち、OGC-1 井からの注水で早く温度

光ファイバ温度測定装置
0200

OGC-2（生産井）

深度（m）

400

温度回復

600
貯留層
800

1000

OGC-1（注入井）

1200
0

100

200

300

温度（℃）

OGC-3（新坑井）OGC-3井における温度プロファイル

図7-1-356

１．OGC-3に注水を行い孔内を冷却する
２．OGC-1より注水を行い、OGC-3へ湧出させ、
OGC-3における温度変化箇所を検知する

水みち検知結果回復するものは、OGC-1 井と OGC-3 井間の導通箇所とータに対するこの直線からの温度差分を計算した。この考えられ、回復が遅い深度 1137m 付近は大きな透水性

結果、温度差分の大きさから、水みちとして推定した深自然割れ目が存在し、この深度では地下水が流動すると

度 945m、965m 付近が最も可能性の高い導通箇所、深考えられる。導通箇所の深度と導通の程度を正確に特定

度 770m、780m 付近が次に可能性の高い導通箇所と判するため、OGC-3 井の温度勾配を直線近似し、各温度デ断される¸。

７−２

水みちを見る用可能な BHTV を適用したº。

7-2-1 は じ め に
7-2-3

適 用 結 果光ファイバーを用いて温度変化箇所を検知することで水みち箇所の特定ができたが、この方法では、水を流し

光ファイバーによる温度測定で検知した温度変化箇所ているものの実体がわからない。おそらく大きな割れ目

周辺の坑壁画像を詳細に観察した結果、それぞれに水みがあることが想像されるが、どのような割れ目がどの方

ちの可能性の高い開口性の割れ目が存在したことから、向に伸びているかといった具体的な情報を得ることで貯これらを水みち割れ目と判断した。図 7-2-1 には検知さ留層構造がより明確になる。そこで坑井壁面を画像化す

れた温度変化箇所のうち深度 949m 付近と 969m 付近のる検層を適用した。

割れ目を示した。得られる画像は坑壁の展開画像であり、割れ目はサインカーブとして示される。深度 949 ｍ付近

7-2-2に矢印で示した水みち割れ目は UBI 反射時間の画像か

坑壁画像化装置

ら開口幅が 5cm 程度であることが読み取れ、また、サ
坑井壁面を画像化する装置は主に光学カメラを使うもインカーブ状の割れ目の底部（凹部）での方位が西を示の、超音波を使うもの、比抵抗を画像化するもの、の３すことから、南北走向で西に傾斜した割れ目であること

種類がある。このうち、光学カメラを使うものは、土木が読み取れる。また、画像のスケールの縦横比が１：１

分野ではよく用いられているが、耐熱性の問題とボーリであることから、この割れ目の傾斜角は概ね 30 °である

ング坑内に溜まっている水が濁っていると坑壁が見えなことも読み取れる。

いことから、地熱井ではごく限られた条件でしか使えな

次に、坑壁画像化検層により得られた雄勝実験場３坑い。後の二つは地熱井で近年良く用いられている方法で井の深度毎の割れ目方位分布を図 7-2-2 に示す。この図あり、雄勝地点でもこれらを適用した。それらの仕様を

は割れ目の方位をステレオ投影図（下半球投影）に示し

表 7-2-1 に示す。

たもので、コンターの密な箇所に割れ目が多いことを示

FMI（Formation MicroImager）検層は、坑井壁面のす。例えば、図中の A で示した箇所に割れ目が集中し微小な比抵抗の変化を壁面に当てた多数の電極から読みているが、この箇所は北東−南西走向で約 60 °南東側に取り画像化するものである。UBI（Ultrasonic Borehole

傾斜した割れ目が多いことを示している。雄勝実験場でImager）と BHTV（BoreHole TeleViewer）はともに造成した貯留層は上部で東に、下部で北北東に伸展した坑壁に超音波を当てて得られる反射波の強度と時間のそが、下部に相当する深度 900m 以深では北北東−南南西

れぞれについて画像化したもので、前者で岩盤の硬さの走向の割れ目が多い（特に図中の B）。このことから、¹

程度が、後者で割れ目の開口性が評価できる 。FMI と特に下部では天然の割れ目方向に人工亀裂が伸展し、こUBI は大坑径の坑井にのみ適用可能であり、OGC-3 井にの方向に圧入した水が流れたと推定した¹º。

適用した。OGC-1、OGC-2 井にはより小孔径の坑井に適

電中研レビュー No.49 ● 57

表7-2-1

ボーリング坑壁の画像化検層器仕様比較

FMI（Schlumberger社） UBI（Schlumberger社）

装 置 名
測定項目

比抵抗

反射波強度・反射時間

検層器長さ

8.0m

6.3m

4.0m

重

量

211kg

155kg

70kg

外

径

127mm

118mm
2

60mm
2

1440kgf/cm2

耐圧1426kgf/cm

耐

熱

175℃

175℃

120℃

度

5mm

5mm

5mm

解

像

1426kgf/cm

UBI反射強度

FMIN

BHTV（DMT社）

反射波強度・反射時間

E

S

W

N

N

E

S

UBI反射時間
W

N

N

E

S

W

949.0
949.0

949.1
949.2
949.3
949.4
949.5
949.6
949.7
949.8
949.9
968.8
968.9
969.0

969.0

969.1
969.2
969.3
969.4
969.5
969.6
969.7
969.8
969.9
縦横比=1:1

図7-2-158

水みち候補の割れ目（上：深度949m付近、下：深度969m付近）

N

OGC-1O G C- 2

O G C- 3

深度600-800m

N

深度700-800m

N

深度700-900m

N

深度80-980m

N

深度840-1075m

N

深度900-1100m

NAB

図7-2-2 坑壁画像化検層により抽出された割れ目の深度別方位分布

電中研レビュー No.49 ● 59

第

章

8

貯留層評価技術

第８章
我孫子研究所

我孫子研究所● 目

次

地圏環境部 上席研究員

木方

建造

我孫子研究所

地圏環境部

上席研究員

海江田秀志

我孫子研究所

流体科学部

上席研究員

江口

譲

兼

材料構造部

主任研究員

山本

武志

我孫子研究所

地圏環境部

主任研究員

伊藤

久敏

我孫子研究所

地盤耐震部

上席研究員

佐々木俊二

我孫子研究所

地圏環境部

主任研究員

末永

弘

我孫子研究所

地圏環境部

上席研究員

鈴木

浩一

我孫子研究所

地圏環境部

上席研究員

新

孝一

我孫子研究所地圏環境部 OB

本島勲

高レベル廃棄物処分研究プロジェクト

高レベル廃棄物処分研究プロジェクト

兼

貯留層評価技術８−１

地化学調査 ………………………………………………………………………………………………………………… 62

８−２

トレーサテスト …………………………………………………………………………………………………………… 67８−３

地圧測定 …………………………………………………………………………………………………………………… 72

８−４

透水性評価 ………………………………………………………………………………………………………………… 74

８−５

シミュレーション ………………………………………………………………………………………………………… 77

８−６

AE 計測 ……………………………………………………………………………………………………………………… 78

８−７

流電・自然電位計測 ……………………………………………………………………………………………………… 80

木方 建造（26 ページに掲載）
海江田秀志（８ページに掲載）

山本 武志（1993 年入所）
HDR の研究では坑内温度分布、注入水および回収水の流量温度等各種データの取得を行ない、それらを基に貯留層モデルの構築および熱水回収シミュレーションを行なった。
その後フライアッシュ（石炭灰）とセメントおよび骨材との間で生じる各種反応の評価、そして地下環境下で長期間使用するコンクリ
ートの耐久性評価の研究に従事している。

鈴木 浩一（38 ページに掲載）
本島

62

勲（32 ページに掲載）

江口
譲（1987 年入所）
これまで高速増殖炉の熱流動現象の評価、空気抵抗が小さい新型送電線の研究、熱流動
解析コードの開発などに携わってきた。HDR
関係では主に貯留層内の地下水流動解析を担当した。現在は、これまで開発してきた熱流動解析コードを一般の乱流問題に汎用的に適用できるように高度化するとともに、洋上風力発電装置の考案などにも着手している。
伊藤 久敏（８ページに掲載）
佐々木俊二（26 ページに掲載）
末永

弘（54 ページに掲載）

新孝一（1983 年入所）
岩盤の破壊の力学や岩盤物性の計測と評価手法の研究に従事してきた。また、従来型の地下利用である揚水発電所調査設計や、将来技術である HDR 開発などにおける岩盤の評価に携わる。特に、岩盤応力の評価をその手法の開発とともに行ってきた。現在では高レベル放射性廃棄物の地下処分に関る岩盤の長期の特性の解明などに取り組んでいる。

８−１

地化学調査
割れ目に充填された熱水鉱物等から構成される。注入8-1-1 目された水は、地下の高温、高圧条件において水−岩石的反応により、主として岩石から各種の化学成分が注入
水圧破砕や循環時に注入水や戻り水、生産水を採取､水に溶出し、その結果として化学的に高濃度になる。

分析する地化学調査により､貯留層内での流体の挙動を地下に圧入された注入水は、主として上述の二つの過評価すると共に､貯留層の規模評価を行うことにより、

程を経て、さらに条件によっては、地表に湧出する際に造成された貯留層の特性を地化学的な観点から評価する。

温度、圧力の低下に伴うスケール 5 の沈殿という過程を経て地表に湧出する。この様に、地表に湧出した流体は
地下での種々の過程に関する情報を含んでいる。

8-1-2 方法・原理

以上のような観点から 1991 年、1992 年の水圧破砕試
水圧破砕および抽熱・循環実験に際して地下に注入さ験、1993、1994、1995 年の循環試験時に地下貯留層内れた水は、大きくは以下の二つの過程を経ることによりでの流体の挙動を理解し、貯留層の規模評価のためのデ

化学的に変化し、戻り水や生産水として地上に湧出するータを取得する目的で流体の採取、分析による地化学調と想定できる（図 8-1-1）。

査を実施した。また、スケール対策の一環としてスケー【地層水や間隙水との混合】：高温岩体の貯留層の母岩

ルモニタリングを 1994、1995 年に実施した。

は、比較的割れ目のない塊状な岩盤であるものの、割れ目や岩石の空隙の中には、地下水がマグマからの供8-1-3

水圧破砕時の地化学調査

給や高温高圧下での岩石との反応により化学的には高濃度になって、熱水（地層水や間隙水など）として地

1991、1992 年にそれぞれ注入井の深度約 1000m およ

下に賦存する。一方、実験に用いる注入水は、河川水

び 700m で水圧破砕により人工貯留層が造成された。水であることが一般的であり、化学的には低濃度である。

圧破砕時の注入水および破砕後の戻り水を採取、分析す

化学的に低濃度である注入水は、地下貯留層内においることにより、貯留層内での水圧破砕時の流体の挙動をて高濃度の熱水と混合することにより、化学成分濃度

以下のように推定した¸。

が一般的には上昇し、地表に湧出する。

¸

戻り水の化学成分濃度の経時変化は、地下の人工貯【水−岩石反応】：地下に注入された水は、高温の岩盤

留層内での二つの現象を示唆している。すなわち非反と接触することにより熱を抽出する。この岩盤との接応性成分であり、地下に普遍的に存在すると考えられ

触面、すなわち割れ目は母岩を構成する造岩鉱物や、る塩素（Cl）を指標にすると、時間とともに Cl 濃度が上昇しているため、地下で注入水と地層水（既存の注入

生産

地下の熱水）が混合していることが想定できる。一方
反応性成分であり、割れ目に熱水鉱物として充填して地層水との混合
Cl,δ18O

いる石膏や硬石膏の構成元素であるカルシウム（Ca）
沈殿
CaSO4, SiO2
CaCO3

および SO4 を指標にすると、時間とともにこれらの成分の濃度が上がっているため、地下では割れ目沿いの熱水鉱物と注入水が反応していることも想定できる

Na, K, Ca
SO4,SiO2

貯留層（図 8-1-2）。

水−岩石反応図8-1-1

地下貯留層内での流体の挙動モデル

５ スケール：熱水中に溶け込んでいる成分が不溶性となって配管などに析出・沈殿・付着したもの。

電中研レビュー No.49 ● 63

下部破砕実験（1991）
1.2
1
0.8
Ｍ 0.6

Na
K
Ca
Cl
SO4
HCO3
CO3

0.4
0.2
0
0

100

200

300
400
積算流量（m3）

0

5

10

20
経過時間（h）

500

600

700

40

60 80

上部破砕実験（1992）
1.4
1.2
1
0.8
Ｍ
0.6

Na
K
Ca
Cl
SO4
HCO3

0.4
0.2
0
0

200

0

25

図8-1-2

¹

400

600
800
積算流量（m3）

1000

100
50
経過時間（h）

200

1200

1400

300 400 500

水圧破砕時の標準化した化学成分の挙動

最終の戻り水の Cl 濃度は下部貯留層で 63ppm、上た天然の割れ目は、上部、下部区間共に伸展方向の割部貯留層では 8.8ppm であり、下部が上部に比べて１れ目が卓越すること６、下部のコアの多くは硬石膏をオーダー高い値を示している。このことから、下部に狭在することから、水圧破砕による亀裂は天然の割れ

おいては Cl 濃度の高い地層水をより多く混合してい目に沿って伸展していると想定できる。

ると想定できる。
º¼

戻り水の Cl 濃度の比較、さらに戻り水流量測定の下部貯留層の戻り水の Ca と SO 4 は両者共に初期結果からは、下部貯留層では注入水がより多く逸散しにその濃度が急激に上昇するという特徴的な挙動ていると想定される。下部貯留層は周辺にその存在がを示しているのに対し、上部のそれにはこの様な推定される破砕帯に繋がっている可能性が高い。

顕著な挙動が認められない（図 8-1-2）。このことは、下部貯留層造成時には上部に比べて、注入水と石8-1-4

循環試験時の地化学調査

膏や硬石膏との反応が顕著であったことを示唆している。
»

水圧破砕により上部貯留層は東西に、下部貯留層はほぼ南北に伸展しており、ボーリングコアで認められ

64

６ 上部については、図 7-2-2 に示すように東西方向の割れ目が必
ずしも卓越する訳ではないが規模の大きな割れ目は東西方向が卓越する（近藤、1994）。

および K-Cl（図 8-1-4）の関係について考察する。

各循環試験時の溶存成分の経時的な挙動をまとめると1993 および 1994 年度の Na-Cl プロットは共に左端の以下の通りである。
¸

各成分とも循環初期は坑内水（河川水によって置換）

数点（注入水濃度を示す）を除けばほぼ直線で回帰できの影響により低濃度であるがその後急激に上昇する。

る。また右側のプロットは循環初期のもので徐々に左に急激な上昇は高濃度の地層水との混合に起因すると考移行する。すなわちこれらプロットの挙動は右端の端成えられる。

分（地層水）と左端の端成分（注入水）の混合によって¹説明できる。この直線の傾きは一方の端成分である地層混合の指標となる Cl は各年度共に、急激な増加の水の Na:Cl 比を示しており、さらにｙ切片は地下貯留層

後、徐々にその濃度が減少する。
º

における岩石−水反応によって付加された Na 量を示し

地下における水−岩石反応の指標となる Na、K はている。各実験の直線のｙ切片は、1993 年が 225ppm、急激な増加の後、その値をほぼ維持している。
»

1994 年が 218ppm とほぼ同様の値を示す。

Ca は Na や K とは異なった挙動を示す。このことは、Ca の起源となる鉱物が主として割れ目に限定して充K-Cl の関係についても Na-Cl とほぼ同様の結果が得ら

填した硬石膏や方解石であること、さらにスケールのれた。実験時の直線のｙ切片は 1993 年が 18.3ppm、形成に関与することに関係していると想定される。

1994 年が 19.2ppm であった。
なお、1995 年度は、Cl 濃度が低く、明瞭な相関が認

これら成分のうち、ここでは水−岩石反応により付加された Na および K を評価する目的で Na-Cl（図 8-1-3）

500

められないため、検討から除外した。

OGACHI/93-97/Na-Cl

Na concentration（ppm）

450
400
350
300
250

注入水（1993年）
生産水（1993年）
生産水（1994年）
生産水（1995年）
生産水（1997年）

200
150
100
50
0
0

50

100

150

200

250

300

Cl concentration （ppm）

図8-1-3

Na-Clクロスプロット

OGACHI/93-97/K-Cl
35

K concentration（ppm）

30
25
20
注入水（1993年）
生産水（1993年）
生産水（1994年）
生産水（1995年）
生産水（1997年）

15
10
5
0
0

50

100
150
200
Cl concentration（ppm）

図8-1-4250

300

K-Clクロスプロット

電中研レビュー No.49 ● 65

２．スケールモニタリング結果

8-1-5

雄勝地点の地表配管の方解石スケール付着状況を理解

スケールモニタリング

するため生産水の pH、Ca、全 CO2、Na、SO4、Cl の挙動について検討した（図 8-1-5）。

在来地熱の流体と比較して、高温岩体発電の生産熱水中の全溶存成分量は小さいため、スケールの付着の可能

坑口温度は生産流量が 25m 3 前後で 100 ℃に到達し、性は小さいと考えられていた。しかしながら、1994 年

沸騰による CO 2 ロスにより、生産水の pH が上昇する。

の循環試験中に地表配管内にスケールの付着が認められ、Ca は河川水の値である 0.2mM から最大 2mM まで上昇

これが炭酸カルシウム（CaCO3）と判明した。ここでは、し、その後 100m 3 で減少し始め、1000m 3 前後で注入水

雄勝地点におけるスケールの付着状況を明らかにするたの値に戻る。
全 CO2 は生産開始後 8m3 までの間に 0 から 14mM まで

めのモニタリング結果について報告する。

急激に上昇する。10m3 から 20m3 の間に 6mM まで減少
し 70m3 までは一定の値を保ち、その後 1000m3 前後にか

１．炭酸塩スケールの概要
炭酸カルシウムのスケールは以下に示す¸の反応によけて約 4mM まで減少する。この全 CO2 の２回目の減少り形成され、これは水中での方解石の溶解と逆の反応では Ca の減少とその時間が一致している。Ca が河川水のある。また熱水の圧力低下により生じる沸騰に伴う CO2値に戻った後も、全 CO2 は約 4.2m Ｍの一定した量が付ロスにより熱水中の pH が増加する（¹式）。

加されている。
以上から、方解石スケールの沈殿は生産流量で 100 か¸

Ca2 ＋＋ 2HCO3-＝ CaCO3 ＋ CO2（aq）＋ H2O

ら 1000m3、経過時間で 100 から 500 時間の間に生じ、その後地下から Ca の供給がなくなったと想定された。

¹＋

HCO3-＋ H ＝ CO（aq）＋
H2O
2

この結果を受け、1995 年はスケールの付着について検討するため、熱水の沸騰（フラッシュ）前後で Ca の

元々方解石の飽和に近い状態の熱水にとって、沸騰した場合、CO2 の分圧の減少に伴い pH が増加し、これはモニタリングを実施した（図 8-1-6）。

過飽和な状態をもたらし、炭酸塩カルシウムの沈殿を促

¸

進させる。

（坑井体積）で急激に増加し、約 20m3 で 2.5mM の値

16

地化学モニタリングの結果から、Ca は生産流量 4m3

Ogachi Circulation／1994

10
pH

14

9.5

12

9

10

8.5

T-CO2

8

8

SO4

6

7.5

4

7

2

6.5

0
1

10

100

1000

10000

6
100000生産流量（m3）

図8-1-566

生産水の化学成分挙動（1994年循環）

CapH（mM : ミリモル）Na

ClOgachi Circulation／1995／Scale

9

1.5
6
Ca（フラッシュ後）

1

Ca（フラッシュ前）

0

3

坑口圧

0.5

0

1000

2000

3000

4000

5000

坑口圧（Kgf/cm2）

Ca（mM : ミリモル）

2

0
6000

生産流量（m3）

図8-1-6

生産水のスケールモニタリング（1995年循環）を示した後徐々に減少する。
¹

炭酸カルシウムスケールの沈殿が生じたと想定できる。

フラッシュ前後の Ca モニタリングの結果から、生º1000m3 以前はフラッシュ前後の Ca 濃度の関係は一産流量が 1000 から 2500m 3 の間はフラッシュ前の Ca様でない。この期間は坑口圧が低く、坑井内でフラッ濃度がフラッシュ後のそれに比べて高く、その後はほシュしていたことが観測されており、坑井内でスケー

3

ぼ同じであることが読み取れ、1000 から 2500m の間、８−２

ルが沈殿している可能性が考えられる。

トレーサテストとその経時変化について解説する。

8-2-1 は じ め に
8-2-2
高温岩体発電の実用化に向けて解明すべき課題の１つ

トレーサテストによる貯留層評価の原理として、人工的に造成された貯留層の特性、特に規模評価があげられる。注入井から生産井に至る流体の通過す

流体の空間的、時間的な挙動を調べる目的で、トレーる空隙の総体積、さらに流体が接する岩体の表面積は、

サを用いた調査が実施されている。例えば、降水、貯水、貯留層からの抽熱量や貯留層の余寿命を予想するうえで

かんがい水の浸透、伏流水の挙動、地下水の経路、地下

重要な指標である。人工貯留層の体積を評価する目的で、での滞留時間さらに流量を求める目的でトレーサによる循環時にトレーサ７テストを実施した。

調査が実施されている。また、反応炉などの容器の中で

ここでは、各循環試験時に実施したトレーサテストの結果について述べると共に、上下部２層の貯留層を介しの流体の挙動を評価するためにもトレーサが利用されている。

て得られたトレーサ応答カーブを数値解析により個々の人工貯留層内での流体の流れの評価には、Danckwerts

貯留層に対応する応答カーブに分離し、それぞれの応答（1953）¹が考案した、反応炉などの容器の中での流れをカーブの統計学的な解析から得られた貯留層の規模特性評価する方法としての滞留時間分布（Residence Time
Distribution : 以下 RTD と呼ぶ）という概念を参考にし

７ トレーサ：流体の流動経路を明らかにするために、その流体中に投入する物質。

た。この RTD カーブ（図 8-2-1）を用いて、以下のよう

電中研レビュー No.49 ● 67ィードポイント８に初めて到達するまでの時間もしくは積
Pulse Input

算流量で、貯留層内での最短パスに関する情報が得られる。

応答カーブ
濃
W 1/2
度

8-2-3

トレーサテストの実施概要

雄勝地点における循環実験時のトレーサテストに用い0

Tb or Vb

Vm

V（積算流量）るトレーサ物質は、)可溶性物質で、流体の流動に追随

T（時間）Tb：ブレークスルー時間

する、*岩石や鉱物に吸着しない、+熱に反応しない、

Vb：ブレークスルー体積
Vm：モード体積,取扱が容易である、-環境に対して安全である、.値

W1/2：1/2モード値幅段が安価である、/低濃度でも分析が可能である、ことなどを考慮して、ナトリウムフルオレセイン（NaFl）

図8-2-1

トレーサ応答カーブによる貯留層特性評価法

およびヨウ化カリウム（KI）を選択した。
トレーサは各循環実験時に、注入圧力、流量および生な方法で貯留層の各種特性を評価したº»。

産流量がほぼ安定した時点で、注入井にパルスインプッ［モード体積： Vm］

トとして投入した（表 8-2-1）。トレーサ投入後、生産

RTD カーブが最大値を示す際の積算流量値。貯留層

水を採取、分析した。現地において採取された水試料のを介した流れの中で、モード体積は入り口から出口に向

分析は、実験室において実施した。分析項目および分析

かって流体が最も優勢に流れる比較的透水性の高い場の方法は以下の様である。
NaFl ：分光蛍光光度計（励起波長： 491nm、吸光波総体積としてとらえることができる。

長： 513nm）を用いた吸光光度分析法［1/2 モード値幅（半値幅）：Ｗ 1/2］I（ヨウ素）：イオンクロマトグラフィー法

RTD カーブのピークすなわちモード値の半分の高さにおけるカーブの幅。主な流路を通る流体の分散を計測するパラメーターとして用いる。この値自身は不確かで

8-2-4

トレーサテスト結果

あり、物理的な固有の意味合いを持たないものの、違うシステムの相対的な分散や同じシステムの分散の経時変

各循環実験時の貯留層体積を評価する目的で、表 8-2-

化を評価する手法として利用できる。

1 に示した実験時にトレーサテストを実施した。各回の［ブレークスルー時間（体積）： Tb（Vb）］
８ フィードポイント：孔井内への流体の流入が認められる位置。
坑井内での水みち箇所に相当し、地熱井では貯留層とのつながりを意味する。

トレーサが投入されてから、応答カーブが立ち上がるまでの時間（積算流量）。トレーサ物質が投入されてからフ

表8-2-168

トレーサ投入の諸元

トレーサ物質

重量

投入方法

投入時期
（実験開始後）

22日間
循環実験

KI

20kg

パルス
インプット

1994

５ヶ月循環実験
（その１）

NaFI

150g

1994

５ヶ月循環実験
（その２）

NaFI

1995

１ヶ月
循環実験

1997

10日間
循環実験

年度

実験名

1993

トレーサテスト時
注力圧力
（Mpa）

注力流量
（l/min）

生産流量（l/min）

11日目

19

1200

39

パルス
インプット

60日目

16

750

60

400g

パルス
インプット

135日目

16

750

63

NaFI
KI

500g
40kg

パルス
インプット

12日目

6.5

500

125

NaFI
KI

500g
40kg

パルス
インプット

2日目

13

500

75

トレーサテストによって得られた応答カーブを図 8-2-2間より推定される各フィードポイントにおけるトレーサに示す。

要素の最初の到達時間をブレークスルー時間と認識した。

トレーサテストを行った循環実験は、全て上下２層の上部貯留層の 1994 年１回目、２回目および 1995 年の各ブ

貯留層を介して実施しており、このためトレーサの応答

レークスルー時間は 94、100、170 分、下部貯留層のそれ

カーブはこれら２層の貯留層の特性を表していると考えは各々 517、816、124 分と読み取れる。同様に応答カーブ

られる。実際に、1994 年のトレーサテストの応答カーの濃度立ち上がり時間から推定できる、各フィードポイ

ブは二つのモードを有し、これは上・下部貯留層に対応

ントに最初のトレーサ要素が到達するまでに流れた流体

するものと容易に推察できる。このため、以降に実施すの総量（ブレークスルー体積）は、上部貯留層で 0.8、0.9、

る上・下部貯留層の特性評価を行うために、得られたト2.1m3、下部貯留層で 26.4、43.7、14.0m3 と読み取れる。

レーサ応答カーブを福田ほか（1992） ¼ を参考にして、ブレークスルー時間、体積ともに上部貯留層に比べて数値解析により各貯留層に対応する応答カーブへの分離

下部貯留層が総じて大きな値を示す。これらの値の経時を試みた（図 8-2-3）。

変化については、上部貯留層ではわずかながら増加の傾向にあるが、下部貯留層では 1995 年度に急激に減少する。

8-2-5

貯留層の特性評価
２）モード体積

ここでは各トレーサテストによって得られた応答カー

上部貯留層の 1994 年１回目、２回目、1995 年のモーブ（図 8-2-2）、さらに数値解析によって分離した上・下部

ド体積はそれぞれ 8.4、11.7、6.6m3、下部貯留層のそれ貯留層に対応する応答カーブ（図 8-2-3）を用いて、テスはそれぞれ 289、236、117m3 と読み取れる。下部貯留層

ト実施時の貯留層の各特性について評価する（表 8-2-2）。

のモード体積が上部貯留層のそれに比べておよそ 20 倍
大きな値を示す。これらの経時変化は上部貯留層ではほ１）ブレークスルー時間

ぼ同じ値を示すが、若干増加の傾向を示す。これに対し

トレーサ投入から各応答カーブの濃度の立ち上がり時

OGACHI/94 1st/NaFl

NaFl（ppb）

12

NaFl（ppb）

10
8
6
Na Fl

35

300

30

250

25

200

20

150

4

100

2

50

0

200

400

600
800
1000
Flow Volume（m3）

1200

1400

15

NaFl
Iodide

10
5

0

0

40

OGACHI/95/NaFl, KI

350

Iodide（ppm）

14

下部貯留層では減少の傾向が認められ、特に 1995 年に

0

1600

200

400

600

800

1000

1200

1400

0
1600

Flow Volume （m3）

OGACHI/94 2nd/NaFl
90

OGACHI/97/NaFl, KI

6

70

20
NaFl

NaFl
Iodide

60

4

50
40
30

10

2

Iodide（ppm）

30
NaFl（ppb）

NaFl（ppb）

80

20
10
0

0
0

200

図8-2-2

400

600
800
1000
Flow Volume（m3）

1200

1400

1600

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0
1600

Flow Volume （m3）

トレーサーテストにより得られた応答カーブ（左上：1994年１回目、左下1994年２回目、
右上：1995年、右下：1997年）

電中研レビュー No.49 ● 69

94＃1 Simulation
14
12

Concentration (ppb)10
Path1（Upper）
Path2（Lower）
CalculatedObserved

8
6
4
2
0
0

50

100

150

200

250

300

350

400

Elapsed Time (hour)94＃2 Simulation
45
40

Concentration (ppb)

3530

Path1（Upper）
Path2（Lower）
CalculatedObserved

25
20
15
10
5
0
0

100

200

300

400

500

Elapsed Time (hour)

350

95 Simulation

Concentration(ppb)(ppd)
Concentration

300
250
Path1
（
Path1
（Upper）
Upper）
Path2
（
Path2
（Lower）
Lower）
Calculated
CalculatedObserved
Observed

200
150
100
50
0

0

100

200

300

400

Elapsed Time (hour)

図8-2-3 最良推定モデルによる計算濃度（上：1994年１回目、中：1994年２回目、下：1995年）

70

500

表8-2-2
評価項目

トレーサテストにより求められた雄勝貯留層特性一覧
実験年次
1994

ブレークス
ルー時間：

テスト名

下部貯留層

1st test

94

517

−

2nd test

100

816

−

170

124

−

1995

Tb（min）

ブレークス
ルー体積：
Vb（m3）

1997

1st test

−

−

−

1994

2nd test

0.8

26.4

−

0.9

43.7

−

1995

2.1

14

−

1997

−

−

−

1st test

8.4

289

−

2nd test

11.7

236

−

6.6

117

（135）

1994
モード体積：
Vm（m3）

1995
1997

1/2モード値
幅：
W1/2（m3）

−

−

（138）

1st test

18

407

−

2nd test

32

288

−

1995

35

177

（183）

1997

−

−

（324）

1994

ち上がりや、モードの高さ、その時間等について概ね急激に減少する。

よい一致を見た。

1995 年と 1997 年の結果について上・下部貯留層を合わせた応答カーブでモード体積を評価した場合、1995
3

上・下部
貯留層

上部貯留層

3

*

貯留層の最も優勢な流れ場の体積を示すモード体積

年 135m 、1997 年 138m と読み取れる。1995 年の結果

は、上部貯留層がおおよそ７〜 12m3 であるのに対し、からはこの値は下部貯留層のモード体積に強く影響され下部貯留層は 1994 年の１回目では 289m3、２回目 236m3、ていること、1995 年から 1997 年にかけては貯留層全体

1995 年では 117m3 と減少傾向にあり、下部貯留層内でとしてのモード体積に変化はないことが明らかになった。

徐々に流路の短絡が生じていることが明らかになった。
1995 年および 1997 年の上・下部合わせたモード体積は135m3、138m3 とほぼ同様な値を示し変化がない。

３）1/2 モード値幅（半値幅）
上部貯留層の 1994 年１回目、２回目、1995 年の 1/2+実験開始から 1994 年にかけては循環試験をするこ

3

モード値幅はそれぞれ 18、32、35m 、下部貯留層のそとにより徐々にではあるが流路の短絡が生じ、その後

3

れはそれぞれ 407、288、177m と読み取れる。下部貯留

1995 年の下部貯留層の改善により急激に流路の短絡

層は経時的に減少の傾向が認められる。上・下部貯留層が生じたものと推察できる。これに対し、1995 年か一括で検討した場合、1995 年は 183m3、1997 年は 324m3

ら 1997 年にかけてはモード体積に変化はない。

とそれまでの減少傾向とは逆に増加している。

,

分散の定性的な評価の指標となる 1/2 モード値幅は1994 〜 1995 年にかけては上・下部をあわせると徐々8-2-6 ま と めに減少の傾向にあり、総じて分散が小さくなることを示しているのに対し、1997 年は逆に増加する。モー

雄勝高温岩体発電実験場で行われた抽熱循環実験時にド体積が変化しないにも関らず、1/2 モード値幅が増

貯留層の特性を評価する目的でトレーサテストを実施し加する原因としては、1997 年循環実験前の各種実験た。トレーサテストは 1994 年に２回、1995 年に１回、の影響と考えられる。すなわち、上部と下部を分離し1997 年に１回実施した。得られたトレーサの応答カーて実験を実施するために注入井下部区間に投入したサブを数値解析により上部・下部貯留層の二つのパスに対ンドプラグの割れ目への挟在、下部区間への大量の水応した応答カーブに分離し貯留層の特性を評価した。

の圧入による下部貯留層での沈殿鉱物の生成等の可能)性が考えられる。

２本のパスを仮定した数値解析は、応答カーブの立

電中研レビュー No.49 ● 71

８−３

地 圧 測 定高温岩体発電の開発において地圧を知ることは以下の二つの観点から重要となる。すなわち、まず第一に水圧

8-3-2

地圧の測定方法

破砕によって造成される貯留層の形状・方向に影響を与えると考えられること、第二に熱抽出の媒体となる亀裂

上述のような地圧を測定する方法としては、さまざま

内を流れる地下水の流動に対して、亀裂を閉じようとすな原理のものが提案・開発されてきている。図 8-3-1 にる地圧が影響を与えると考えられること、である。

はそれらを能動的方法、受動的方法、その他に分けて示

そこで、どのようにして地圧を測定するのか、その一す。能動的方法とは地圧を測定するために行なわれる試

般的方法や雄勝の研究で解明されたことについて述べる。

験法であり、受動的方法とは地圧に起因する地震や岩の破壊現象があったときにその現象から地圧を知ろうとする方法である。また、その他の方法とは地圧に関する有8-3-1 地 圧 と は用な情報を提供するが単独では地圧を知ることができな
地圧は地盤や岩盤の内部に作用している圧力である。

いものである。図に挙げた方法のうち、能動的方法であ

流体の圧力と異なる点は、方向によって異なる圧力が作る応力解放法は、用いる計器の耐熱性や耐圧性の限界か用することである。地圧を完全に表現するには、直交す

ら地熱地帯の深部では現在のところ適用することができる３つの方向に作用するそれぞれの圧力を知る必要があない。また水圧破砕法も天然の割れ目が多い場合や高温る。

の場合には適用が困難となる。このようなことから、地地圧の発生する要因は、まず第一に地盤や岩盤の自重熱地帯で深部岩盤の地圧を求めようとする場合には、ボによる鉛直方向の圧力、そして海洋プレートの沈み込み

ーリングコアを用いる方法、地震波の情報を用いる方法、に際して生じる水平方向の圧力が挙げられる。従って、地圧に起因する破壊現象を用いる方法、が地圧を知るた

プレートの寸法に匹敵する程度の広域的には地圧の方向

めの主な情報源となる。

性はプレート運動の方向性と一致すると考えられる。地

図中に示した方法のうち、雄勝地点で用いた幾つかの圧に影響を与える他の要因として、地質構造や残留応力方法の原理を模式的に示したものが図 8-3-2 )〜+である。

なども挙げられ、これらが影響してある地域の実際の地)の室内 AE 法では、岩石などに応力を加えていくと地圧圧状態が実現している。

を越えてから AE が発生するカイザー効果を基本的な原理とし、様々な方向の試料で試験を行うことによって地圧

能動的地圧測定法

・応力解放法・水圧破砕法他、
破砕法

・コアを用いる方法
室内AE法
DSCA法

受動的地圧測定法

その他の方法地震波の情報・断層面解・マルチプレット解

単独では用いられない断片情報地圧に起因する
破壊現象
・DTF

図 8-3-172

地圧測定法の種類

・広域地殻ひずみ（三角測量等）・コアディスキング
・ブレークアウトAE法の手順

１．様々な方向の試料を

応
力

地圧

準備する

時間

２．センサーを設置して一軸載荷試験を行う
３．AE発生の始まる時の載荷応力をその方向の地圧とするＡ
Ｅ
時間
応力が地圧を越えてからAEが発生する
カイザー効果により地圧がわかる

試料採取の概念

図 8-3-2①

室内AE法の概念

DTF法 原理

地圧
孔軸方向
温度
孔内水圧
岩の引張強度

複数の
孔軸で
逆解析

孔壁に傾いた亀裂

図 8-3-2*

地圧

DTF法の概念

最大地圧
方向

コアディスキング
模式図

孔
底

図 8-3-2+

偏圧が大きいときのディスキング形状

コアディスキング法の概念

電中研レビュー No.49 ● 73

を測定する。*の DTF（Drilling-induced Tensile Fracture）
法では、掘削時の水圧、温度分布、地圧の作用により孔壁に生じる引張破壊亀裂の方向と傾きから地圧を求める。
+のコアディスキングは、水平地圧が大きい場合にコアが円盤状に割れる現象であり、孔軸に垂直な最大圧縮地
圧方向に軸を持つようなポテトチップス状の形状になることから地圧方向については確かな情報を与える。地圧
方向の確かな情報としては、他にボアホールブレークア
ウト９などの地圧に起因する破壊現象がある½¾。

8-3-3

雄勝の研究で解明されたこと雄勝地点での地圧測定により、以下の結果が得られた。
１）雄勝の位置する東北地方は、広域的にはおよそ東西方向の応力が作用していると考えられている。雄勝実
験場付近の南部ではこれと一致する方向性が見られた。
一方、北部では北東−南西の方向性が見られた。また、中央部では水圧破砕亀裂の伸展方向の違いから深度に水平面内の地圧方向（円内線）と破砕時の微小地震の進展方向（円内矢印）
図には等高線と各坑井の軌跡（坑跡）も示した。

よって地圧方向の異なる可能性も示唆された（図 83-3）。地圧の大きさは、水平面内最大地圧が鉛直方向

１：1991年OGC-1下部（990m〜1000m）
水圧破砕時の微小地震（MS）
２：1993年OGC-1下部（990m〜1000m）
循環試験時の最初の１週間のMS
３：1992年OGC-1上部（710m〜720m）
水圧破砕時のMS
４：1994年OGC-2迎え破砕時のMS
５：室内AE法およびDSCA法による地圧の
最大方向
６：コアディスキングの形状による地圧の
最大方向
７：DTFによる水平面内地圧の最大方向の 1.5 〜２倍程度であった。
２）熱履歴を受けていたことのために適用性に疑問のあったコアを用いる方法も、他の方法と整合的な良好な結果を与えた。すなわち、230 ℃程度の熱履歴を受けた花崗岩でもコアを用いる方法により適切に地圧を測定できることがわかった。
９ ボアホールブレークアウト：坑井の掘削により生じる応力集中のために生じる坑壁の破壊現象で、ほぼ DTF と直交する方向
に生じる。

８−４

図8-3-3

雄勝地点で得られた地圧測定結果

透水性評価て行った注水試験の測定データを用いて、実験場の貯留

8-4-1 は じ め に層における透水性・貯留性を評価した結果について紹介する。

貯留層を評価する技術のうち、その貯留層がどの程度水を通しやすいか（透水性）、また、どの程度水を蓄え8-4-1

注 水 試 験ることができるか（貯留性）を評価するものとして、注水試験がある。ここでは、OGC-1、2、3 の各坑井に対し74

注水試験とは、坑口から水を注入し、坑口における水圧、流量を測定することにより、この坑井の周辺における水の通りやすさを表す物性値である透水係数を求める

Q ⋅ 1nものである。また、水を注入している坑井とは別の坑井

k=の口における水圧、流量を測定することで、両者の間の透水係数、および貯留層の保水性を表す物性値である間

L
r

 P

2π 
+ H'  L ρg¸

ここで、r（ m）は坑径、ρ（kg/m 3 ）は水の密度、g隙率を求めることができる。
図 8-4-1 に示したものは OGC-2 より注水を行った時の、
OGC-1 〜 OGC-3 での水圧・流量変化を表す。これらの（m/sec 2）は重力加速度、H（m）は坑口から試験区間
中点までの水頭を表す。

測定データを用いて、以下の方法により透水係数・間隙¹率を求めた。

複数坑井間の透水係数・間隙率ある坑井において流量 Q（m3/sec）で注水している場¸

単一坑井周辺の透水係数

合、距離 R（m）だけ離れた坑井における時間 （t sec）経坑井周辺の透水係数を算出する方法を以下に示す。あ過後の水位 h（m）は次式で表現される。

る坑井に流量 Q（m3/sec）で注水を行い、定常状態における坑口圧力が P（Pa）であったとき、試験区間 L（m）h=

全体の透水係数 k（m/sec）は次式により算出される。

2.3Q
2.25Tt
log 2
4πT
R S

2.0

0
OGC-1

1.5
水位（m）

40

坑口圧力

60

1.0

水位

80
0.5

坑口圧力（MPa）

20

¹

100
0.0

120

OGC-３

水位（m）

118
水位
120

122
t1

1.0
圧力

注入圧力（MPa）

OGC-２

0.8
10

0.6
0.4

5
流量

0.2

0
2001/06/13

2001/06/14

2001/06/15

2001/06/16

2001/06/17

注入流量（ton/min）

t2

15

0.0
2001/06/18
日付

図8-4-1 OGC-２への水の圧入時（透水試験２）におけるOGC-１、３の水位
および坑口圧力の変化

電中研レビュー No.49 ● 75

ここで、T（m2/sec）は透水量係数、S（−）は貯留係数

周辺および坑井間の透水係数・間隙率をまとめて図 8-である。水位と経過時間の関係から、時刻-水位データ

4-3 に示す。これによると、OGC-1 と OGC-3 の坑井近傍の内２点を用いると、式¹は以下のように簡略化できる

は透水係数がほぼ同程度で 0.6 〜 1 × 10 − 7m/sec である（図 8-4-2）。

のに対し、OGC-2 はほぼ 1 オーダー小さい値となってい
る。

t
2.3Q
h1 − h 2 =
log 1
t2
4πT

各坑井間の透水係数は、OGC-1 と OGC-2 の間がややº

小さく（10 − 7m/sec オーダー）、その他は１オーダー程時刻 t1、t2 における水位 h1、h2 から、透水量係数 T を算

度大きいことが明らかとなった。また、間隙率は概ね数出する。

〜十数パーセントとなった¿。

次に算出された透水量係数を式¹に代入し、時刻 t1 における水位 h1 を用いて貯留係数 S を算出する。貯留係数は

OGC-2

貯留層の層圧 b（m）、岩盤の圧縮率βrock（m2/N）、間隙

1.1〜1.9×10−8（5.1）
2.6×10−7率φ、水の圧縮率βwater（m2/N）を用いて以下のように表現される。
（23＊）
3.9×10−7（15）
4.7×10−6»

S = b ⋅ ρg( β rock + φβ water )OGC-1
0.6〜1.0×10−7

ここで層圧が試験区間と対応するように定めることによ

5.3×10−6（39＊）

り、岩盤の間隙率が算出される。透水係数は、透水量係

8.4×10−7（7.5）

数と層圧を用いて以下より算出される。

k=

T
b

7.9×10−7（11）¼

6.4〜8.5×10−8
OGC-3

8-4-3

透水係数：単位（m/s）（間隙率）：単位（%）

透水性・貯留性評価（＊印についてはデータの読み取り精度の問題で参考値）

注水試験により評価された OGC-1 〜 OGC-3 の各坑井
図8-4-3

坑井間透水試験による各坑井周辺および各坑井間の透水係数および間隙率の分布

注水h：水位上昇量
h1
h2

t2

t1

水位の上昇

t：経過時間
水位変化を観測する坑井

図8-4-276

注入する坑井複数坑井間の透水係数を算出する概念図

８−５

シミュレーション
弾性波速度分布などの物理探査結果、地質構造、坑井調
査結果に基づき構築されてきた。しかしながらこれらの8-5-1 は じ め に

結果から得られるモデルの規模としては、物理探査から当所では、高温岩体発電における貯留層の熱水流動には数十 m オーダー、坑井調査からは数十 cm オーダーで関する定量的な評価を目的として、解析コード

あるのに対して、実際シミュレーションで用いるメッシ

GEOTH3D を開発したÀÁ。ここでは、開発されたシミ

ュの大きさは数 m 〜十 m 程度と、現実的な評価が難しュレーションコードの概要、シミュレーションに用いた

かった。このことから、貯留層造成や循環実験などにおモデル、およびシミュレーションを適用した結果についいて多数観測されている AE を利用して、貯留層のモデて述べる。

ルを、解析を行うメッシュサイズに合わせて構築したÁ。
これは、AE の震源が多い箇所では透水性が高いことに

8-5-2 シミュレーションコード GEOTH
3D の概要基づいて、AE の震源分布に対応させて透水係数・間隙率を割り当てるものである。この AE の震源分布により構築されたモデルを図 8-5-1 ¸に示す。

GEOTH3D は、岩盤内における流体の流動を、質量新坑井である OGC-3 が掘削された後、深度 1150m 付保存、運動量保存、エネルギー保存の各法則に基づいて

近に AE の震源となっていない大きな水みちが発見され、有限差分法により解く解析コードである。初期のコード

従来のモデル（図 8-5-1 ¸）では、坑井間の注水試験

は、貯留層内の状態が熱水と蒸気の 2 相として計算する（8-4 透水性評価を参照）をうまく再現できないことがものであったが、実際の高温岩体試験場では、世界的に判明した。そこで、当該深度に透水性の大きい割れ目をも、貯留層内の温度・圧力条件から考えると熱水の単相想定し、モデルを更新した（図 8-5-1 ¹）Ã。

のみであると考えられることから、貯留層内を熱水のみの状態として計算するように改良を行ったÂ。また、解8-5-4

シミュレーション適用結果析を行う上で必要となる、解析する領域の周囲に関する条件（境界条件）について、当初は坑井内における流量更新したモデル（図 8-5-1 ¹）を用いた、坑井間の注で与えていたものを、圧力で与えるように修正した。こ水試験のシミュレーション結果を図 8-5-2 に示す。このÂれにより、計算時間が短縮され、収束性が向上した 。

図から、シミュレーションによって実際の注水試験時にこの、GEOTH3D を用いて、雄勝実験場における、水貯留層内で起こった現象をよく再現していることが分かが通る場所（器）である岩盤の透水性（= 水の通りやする。したがって、貯留層のモデルを適切に評価し、シミさ）・貯留性（= 保水性）に関するモデルを構築し、熱ュレーションを行うことにより、貯留層内の熱水流動が水の流動を評価した。

再現できる手法を確立したものと考える。また、この手法を用いることにより、貯留層をどのように造成したと

8-5-3

モデルの構築きに、どの程度の回収率改善が見込まれるかを予想する
ことが可能となる。

従来、地熱貯留層の器となるモデルは、比抵抗分布や

電中研レビュー No.49 ● 77

¸
Z
Y

1000

OGC-2 注入流量（kg/min）

¸
X

実測
計算

500

−1000

0
6/13

¹

140

−1500

rth

500

（ 0
m）
−500

−500

E

0
）
（m
ast

¹
Z
Y

120
OGC-1 水位上昇（m）

500

No

Z（m）

−500

6/14

日付

実測
計算

100
80
60
40

X
20
0
6/13

º

日付

5
実測
計算

OGC-3 水位上昇（ｍ）

−500
Z（m）

6/14

−1000

−1500

4

3

2

500
500
0
Nor
th（
m）

図8-5-1

0
−500

−500

AE 計測

¸

要

1

Ea

透水係数分布モデルの例¸改良前、¹改良後

８−６

概

m）
st（

0
6/13

図8-5-2

6/14

日付

改良モデルによるシミュレーション結果¸OGC-２への水の注入流量、¹OGC-１の水位変化、ºOGC-３の水位変化計を設置し、貯留層造成や循環実験などの実験中および人工的に造成した貯留層をめがけて生産井を掘削する

その前後に AE の計測を行った。地震計からの信号は、ため、貯留層の位置や広がりを推定する方法として AE

各観測点の地表においてプレアンプにより 100 倍増幅し、の観測を行っている。AE は貯留層となる岩盤内の亀裂

６芯シールドケーブルで実験地内の計測室に伝送した。

の伸展に伴って発生する弾性波で、高感度の地震計を用

計測室ではフィルター付きメインアンプでさらに 100 倍

いて観測される。

増幅し、またバンドパスフィルターにより 30 〜 1KHz の雄勝地点では注入井から半径 500 〜 800m の範囲の９周波数の弾性波を収録した。その後、サンプリング周波箇所（深度 50 ｍに８箇所、深度 480 ｍに１箇所）に地震

数 2KHz で A/D 変換し、パソコンによる波形の確認、

78

各観測点への P 波初動の到達時間差の読み取り、およびの後、再度生産井の水圧破砕を行ったときに観測された

震源位置の計算を行った。また、バックアップ用にアナAE の震源分布で、注入井の坑底近傍に AE の震源が集

ログデータレコーダにも収録するとともに、４チャンネ

中し、この付近の岩盤に新たな亀裂が伸展し、透水性のル分の信号についてはペンレコーダに連続出力している

改善につながっていることが予想された。これらの分布Äから、はじめは偏って伸展した亀裂分布が、徐々に他の。

方へも広がり、最終的には注入井を中心に南を除く東西¹

観測結果

方向と、北側にほぼ同程度広がっていると推定されるÄ。

観測された AE の頻度は、１段目・２段目貯留層の造これらの AE の震源分布を用いて、貯留層内の亀裂構成時には１時間当たり 20 〜 30 個であり、1993 年の循環

造 の 抽 出 を 試 み た 。 適 用 し た 方 法 は 、 Jones and

実験においてもほぼ同様な頻度で観測された。しかし、Stewart（1997）Åにより開発された

1994 年の循環実験では頻度が少なくなり１日あたりにプシング） 法と呼ばれる手法で、震源位置の計算誤差

20 〜 30 個となり、1995 年度の循環実験では１ヶ月間でを基に震源位置を移動させる方法で、これにより、貯留わずかに 10 個程度であった。また、AE の波形の振幅を層内に北北東及び北東に延びる直線上の構造が認められ、用いた地震学的マグニチュードは高々−１で、ほとんど

この方向は天然割れ目の走向と調和的であることから、がそれ以下であった。

貯留層内の卓越した亀裂構造と見なせることが判ったÆ。

Collapsing（コラ

図 8-6-1 に、これまで雄勝地点で観測された AE の震源分布を示す。図の青丸は１段目（下段）の貯留層造成−400−400時に観測された AE の震源で、注入井から北側に約

−200
北
︵
m
︶ 0

800m、南側に約 200m で、深さ方向には深度 800m 〜
1,200m の範囲に分布しており、この方向に亀裂が伸展

−200

東（m）
0

200

400

生産井
注入井

200

したものと推定された。図の赤丸は２段目（上段）の貯

新坑井

400

留層造成時に観測された AE の震源分布で、注入井から東側へ約 800m 広がっており、深さ方向には１段目同様

−200

注入井

生産井

OGC-1

OGC-2

井
産
生

であるが、平面的な伸展方向は１段目とは異なる方向でにおける AE の震源分布である。これによると、循環実と同様で、水の多くは１段目亀裂へ流れ込んだものと推定された。しかし、その後の震源は１段目貯留層の範囲
よりさらに西側へも広がっており、新たな亀裂がこの方

−600

深度（m）

験開始直後の AE の震源は１段目亀裂の伸展方向（北側）

井
入
注

−400

あることが認められる。図の緑丸は 1993 年の循環実験

−800

−1000

向に伸展したものと思われる。実際、この循環実験では、注入井に圧入した水のわずか 2 〜 3 ％しか生産井から回収されず、注入した水の多くが新たな亀裂の伸展に要されたことが推定される。図の紫丸は、1994 年に循環実験における水の回収率を高めるため、生産井に対し水圧破砕を行い、その後実施した循環実験において観測され

−1200

0
40
00
3
00
02
−1400
10
0
0 ）
新坑井
10 m
0− 北（
0
OGC-3
2
0−
−1600
30
−
−400−300 −200 −100 0 100 200 300 400
東（m）
井
坑
新

た AE の震源分布である。これによると、AE は生産井から北東方向へ分布し、この方向への新たな亀裂の伸展が予想された。この循環実験では、注入水の回収率は十

図8-6-1

雄勝地点の実験により観測されたAEの震源分布
実験の年度により凡例に示す色分けで震源位置を表示した。

数％と前回に比べ上昇した。図のオレンジ丸は、1995
年に注入井を増掘した後に水圧破砕を行ったときと、そ

電中研レビュー No.49 ● 79

８−７

流電・自然電位計測¸

要概1992 年度は半径 400m の範囲に 50 から 100m 間隔で格子

流電電位法は、坑井に設置したケーシングパイプを電状に測点を設け、それぞれ電位電極を配置した。そして、

流電極の一つとして用い、地下深部まで電流を流し、地注入井の西方約１ km の地表に設けた電位電極との電位

表に多点の電位電極を設け、くり返し測定することによ差を測定した。これらの電位差および各電極の座標から

り地下での比抵抗構造の経時的変化を推定する方法であ各測点における見掛比抵抗値を求め、破砕のため地下へる。

圧入した水による見掛比抵抗の変化を調べた。

雄勝地点における流電電位法の計測には、当所が九州¹

大学と共同で開発した計測・解析装置を用いたÇ。電極

計測結果

配置は、注入井の深さ 990m まで設置したケーシングパ

1991 年度における破砕実験前の見掛比抵抗分布を基

イプを電流電極の一つとし、他方の電流電極を注入井か準にした破砕実験後の見掛比抵抗分布の変化の例を図ら東方約 1,200m の地表に設け、この間に電流を流した。

8-7-1 に示す。これによると、注入井の東西約 100m 離流した電流は 16 〜 25A（200V）で、周期 20 秒の休止付

れたところを中心に見掛比抵抗の低下域が見られ、南側

き交替直流である。この電流により生じる実験場周辺のには見掛比抵抗の上昇域が見られる。このことはモデル

電位分布の測定は、1991 年度は注入井を中心に半径約シミュレーションで検討すると、南側に比抵抗の低下し100m の範囲に 25m 間隔の格子状に測点を約 100 点設け、た部分が浅く伸展し、北側には深く伸展したモデルによ

注入井

100m

−50

図8-7-1050（%）

流電電位法により計測された水圧破砕前後の見かけ比抵抗分布の変化図
青い領域は見かけ比抵抗が低下したところ、赤は上昇したところを示す。この解析より、低比抵抗体（水の圧入領域）は北側へ伸びたと推定される。

80

り説明でき、AE の観測結果による破砕面の伸展方向の後見掛け比抵抗の低下域が南側を中心に広がり、注入井

推定結果と整合しているÇ。

の南側に多くの水が流れ込んでいると推定された。

1992 年度破砕実験前の見掛比抵抗分布を基準にしたこれらの実験で、水の流れが変わったように見えるの破砕実験後の見掛比抵抗分布の変化では、注入井の周辺

は、循環実験で多くの水が地下に送り込まれ、亀裂が成および東側に見掛比抵抗の低下域が見られ、それを南北長していることや、生産井の刺激などにより新たな亀裂に挟むようなかたちで見掛比抵抗の上昇域が見られた。

が注入井および生産井周辺で発達したためと考えられるÇ。

これは、モデルシミュレーションで検討すると、注入井

また、本計測で用いた装置では、地下に電流を流さなから東側に比抵抗の低下した部分が伸展したモデルによいときの電位、いわゆる自然電位の計測も可能であり、り説明でき、１段目同様 AE の観測結果による破砕面の循環実験において興味ある結果が得られた。1995 年の伸展の推定結果とも整合しているÇ。

循環実験において圧入する水の流量を段階的に変化させ1993 年の循環実験では、実験初期に見掛比抵抗の低たときの、実験場周辺での自然電位の変化では、水の圧下域が注入井の西から北側に見られ、注入された水が１入に伴い実験場周辺では自然電位が低下し、低下の割合

段目貯留層へ流れ込んでいることが推定された。1994の大きいところは、注入井の北東、および南から西にか

年の循環実験では、見掛比抵抗の低下域が注入井の北東

けた方向であることが判った。これにより、地下に圧入および南側に見られ、これらの方向に多くの水が流れてされた水の多くは、北東および南から西にかけた方向にいると推定された。1995 年の循環実験では、循環実験

流れていると推定されたÈ。

電中研レビュー No.49 ● 81

第

章

9

まとめと今後の課題

第９章

まとめと今後の課題● 目

次

我孫子研究所

地圏環境部

上席研究員

海江田秀志

我孫子研究所

地圏環境部

主任研究員

伊藤

久敏

我孫子研究所地圏環境部 OB北野晃一

コラム６：マグマ発電 ……………………………………………………………………………………………………………… 86
コラム７：ジオサーモピア構想 …………………………………………………………………………………………………… 87

海江田秀志（８ページに掲載）

北野 晃一（32 ページに掲載）

84

伊藤 久敏（８ページに掲載）

高温岩体発電方式では、地下深部の高温の岩盤内に人勝地点も岩盤状態がフェントンヒルとソルツの中間的状

工的に貯留層を造成し、地下と地表で水を循環させなけ態にあり、注入井を通して貯留層に水を送るにはある程ればならない。これまでの現場実験においては、すべて度高い圧力が必要であるが、岩盤内の割れ目を通して水

高温岩体として花崗岩類が開発の対象とされてきたが、が逃げる割合が高い。そこで、生産井を複数配置するこ

場所により岩盤の特性が異なり、それに応じた水の循環とにより、循環水の回収率を高くしている。

システムの構築が必要であることが判った。

このように、岩盤の特性評価とそれに応じた開発方法

たとえば、フェントンヒルでは岩盤が緻密なため、貯により、高温岩体方式による熱抽出が実証されているが、留層から外へ水が逃げにくいが、注入井を通して貯留層

今後その他の地点への適用性や経済性を検証しなければへ水を送るのに高圧ポンプの運転が必要であった。ソルならない。また、この方式による発電となると、15 年

ツでは岩盤内に自然の大きな割れ目があり、高圧で水を程度の長期にわたる水循環の安定性や、環境への影響評

押し込むと水が周辺に逃げてしまうことから、生産井か価も必要である。さらに、これまで国内の地熱資源の評らポンプで水を汲み上げて、注入井へは低い圧力で水を価は従来型の地熱開発を対象としたものであり、高温岩送っている。これらの方法により、どちらの実験も注入

体発電方式が実用化すれば、開発可能な資源量が増える

井から貯留層へ送られた水は、ほぼ 100 ％に近い割合でことが期待され、この見直しも必要であろう。

生産井から回収されている。我が国では、肘折地点も雄

電中研レビュー No.49 ● 85

コラム６：マグマ発電
高温岩体発電は深度 2 〜 3km 程度、岩盤温度 200

量は、地下 10km までをターゲットとして約 60 億

〜 300 ℃程度を対象としている。当所では高温岩体

kW と見積った。また、マグマ発電を実現するため発電が実用化された後の未来の発電システムとしには、１）地下 10km までのマグマの探査技術、２）てマグマ発電技術について検討し、1995 年に報告

超高温岩体およびマグマの掘削技術、３）マグマ

書としてまとめた¸。

および近傍岩盤からの抽熱技術、の３つを克服す

マグマは岩石が高温で溶けたものであり、マグべき主な技術課題とした。

マの温度は 650 〜 1300 ℃の範囲にあるとされてい図にはマグマ発電での抽熱方式の一例を示した¸¹º。

る。活火山などの地下ではマグマがマグマだまり

これは、坑井内同軸熱交換方式と呼ばれるもので、として、地下浅部に存在する。その深さは１〜 10

１本の坑井（二重管）を用い、外管に注水し、断熱

数 km、大きさは径１〜数 10km 程度と推定されてされた内管から蒸気を回収するものである。

いる。火山国日本におけるマグマ発電の予想賦存

図 マグマ発電概念図86

コラム 7 ：ジオサーモピア構想
ジオサーモピアは地熱（Geothermal）を媒体とモデルは、山岳地で雪の多い地域が対象で、高温し、人と自然が共存する理想郷（Utopia）である。

岩体発電所から供給される豊富な熱水を利用した

当所は所内の多くの分野の専門家や電力会社の関野菜工場、魚工場などの工場群の周囲に果樹園 、係者から構成される検討会を組織し、1992 年にジ

有機農場などの農業施設を配置するとともに、ス

オサーモピア構想を提案した。その基本理念は地

キー場、温水プール、林間学校、研究所、サテラ

熱を媒介とし、将来社会を見据えた、心の豊かさ

イトオフィスなどを設置したものである。

とゆとりある生活、地域振興、環境保全、エネル

ジオサーモピアで示したメニューが経済的に成

ギー・資源のリサイクル、地域と外部社会との交立しうるかは今後の課題であるが、以上のような流などを取り入れた理想郷の創出である。この理

基本的な理念に基づく総合的な地熱エネルギー開念のもとに、日本の地域的特性を考えて、北国、発プランの構想は、当時としては画期的であり、南国、離島の 3 つの地域でそれぞれの理想郷を提案

現在でも十分参考となるアイデアであろう。

した。図に示したのは北国版理想郷である¸。この101）高温岩体発電所、201）地殻開発研究所、204）温泉医療研究所、205）バイオ研究所、304）野菜工場、305）バイオ工場、308）きのこ栽培工場、317）冷凍工場、318）堆肥工場、409）有機農場、410）温室農場、500）養魚養鶏関連施設、609）屋内スポーツ場、610）温泉リゾートホテル、
612）スキー場、614）山頂展望温水プール、619）ゴルフ場、620）熱帯動・植物園、622）サテライトオフィス、703）駅、705）リニアモーターカー、
706）駐車場、709）融雪施設設置道路、710）全天候型ヘリポート、712）リハビリセンター、717）全天候交通路、721）浄水冷却プール

図 ジオサーモピア（北国版）

電中研レビュー No.49 ● 87

お

わ

り

理事 我孫子研究所長

に
加藤 正進

最近の「電気事業者による新エネルギー等の利用に関する特別措置法（RPS 法）」の導入、二酸化炭素排出な
どの環境問題への対策などから、再生可能エネルギーとしての自然エネルギーの開発が注目を集めている。地熱資源は我が国に豊富に存在する自然エネルギーで、バイ
ナリー発電によれば再生可能エネルギーと見なされており、高温岩体発電も再生可能な地熱エネルギー開発技術の一つとして期待されている。
当所では、1970 年代後半における石油ショックを契機とした新エネルギー開発において、主要な課題として地熱開発に着目し、地熱資源開発の拡大のためには高温岩体方式による人工的な地熱抽出システムの技術開発が必要と考え、高温岩体発電に関する要素技術の開発研究を実施してきた。この研究では、秋田県雄勝地点における現場実験を中心として技術の開発と実証を行い、開発した一部の技術
は新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）による山形県肘折地点での実験へも適用し、その汎用性についても検証した。これらの技術により、地下に人工的に地熱貯留層を造成し、地表から注入した水を熱水および蒸気として取り出す技術の基本は開発されたといえる。今後、高温岩体発電の実用化においては、開発した技術の費用対効果の評価を行い、開発コストの低減を図る必要がある。
一方、高温岩体発電研究を通して開発した技術は、地熱開発のみならず、地下深部の利用やエネ
ルギー開発に大いに活用できるものと期待される。
そこで、これらの高温岩体発電に係わる要素技術の開発状況をレビューとしてまとめた。本レビューで紹介した技術が、電気事業者および一般の方々の地下の理解や開発にお役に立てれば幸
いである。

88

第４章

引用文献・資料等¸

堀義直、1990．大容量高温岩体発電のコスト評価と技術
開発．地熱、27、76-86．

¹

第１章
¸
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º

»

¼

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第２章¸¹

海江田秀志、伊藤久敏、末永弘、楠建一郎、新孝一、鈴第５章

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第３章

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力中央研究所A28．

総合報告： U41．

電中研レビュー No.49 ● 89

第６章¸

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¿

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¹

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À

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º

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究所研究報告： U97092．
Á山本武志、北野晃一、海江田秀志、藤光康宏、田中伸和、

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発（その２）−数値解析コード GEOTH3D の雄勝地点へ技術の開発−秋の宮地点水圧破砕実験−．電力中央研究の適用−．電力中央研究所研究報告： U97093．

所総合報告： U25．

Â

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第７章

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海江田秀志、末永弘、李宏、2002．高温岩体発電のための貯留層評価技術の開発−雄勝貯留層透水モデルの高精中央研究所研究報告： U00052．

度化と熱水流動評価技術の高度化−．電力中央研究所研

伊藤久敏、2001．高温岩体発電のための貯留層亀裂構造

究報告： U02004．

評価（その３）−坑井壁面画像解析に基づくフラクチャºÃによる導通箇所の特定と透水量評価手法の提案−．電力

Ä

海江田秀志、佐々木俊二、1998．高温岩体発電のための分布・性状評価−．電力中央研究所研究報告：の岩盤破砕評価技術の開発− AE 法による雄勝貯留層のU01004．

評価−．電力中央研究所研究報告： U97107．

伊藤久敏、北野晃一、1999．高温岩体発電のための貯留Å層亀裂構造評価−ボアホールテレビュアにより推定した
雄勝貯留層に分布するフラクチャの方向性−、電力中央研究所研究報告： U98054．

Jones, R. H. and Stewart, R. C., 1997. A method for
determining significant structures in a cloud ofearthquakes. J. Geophys. Res., 102, 8245-8254.

Æ

海江田秀志、佐々木俊二、2001．高温岩体発電のための貯留層評価技術の開発-ＡＥ法による雄勝貯留層亀裂構

第８章¸

木方建造、Mambo, V. S., 1997．高温岩体発電のための貯留層評価技術−雄勝地点水圧破砕時の貯留層の地化学¹º»

造と地圧方向の推定およびその検証-．電力中央研究所
研究報告： U00069．
Ç

海江田秀志、作永貞雄、鈴木浩一、藤光康宏、東貞成、

的特徴−、電力中央研究所研究報告： U96030．

1993．高温岩体発電のための岩盤破砕評価技術の開発−

Danckwerts, P. V.（1953）Continuous flow system:

流電電位法計測システムの開発と雄勝水圧破砕面評価へ

Distribution of residence time. Chem. Eng. Sci., 2, 1-13.

の適用−．電力中央研究所研究報告： U93011．

Levenspiel, O.（1972）Geochemical Reaction Engineering.

È

海江田秀志、鈴木浩一、水永秀樹、牛島恵輔、1996．高2nd edit., John Wiley & Sons, 578p.

温岩体発電のための岩盤破砕評価技術の開発−流電電位

Tester, J. W., Bivins, R. L. and Potter, R. M.（1982）

法と自然電位法による雄勝貯留層の評価−．電力中央研

Interwell tracer analyses of a hydraulically fractured

究所研究報告： U96022．

granite geothermal reservoir. Soc. Pet. Eng. J., 22, 537554.
¼

福田道博・加藤恭子・糸井龍一・秋林智（1992）トレー

コラム

サー試験データの一解析法．日本地熱学会誌、14、1-12.
½

新孝一、海江田秀志、伊藤久敏、及川寧己、2000．高温

コラム１

岩体発電のための岩盤破砕評価技術の開発−地熱地域で¸の地圧の評価−．電力中央研究所研究報告： U00014．
¾

90

伊藤久敏、2001．高温岩体発電のための貯留層亀裂構造

Sass, J. and Priest, S., 2002, Geothermal California,
Geothermal Resources Council Bulletin, Vol. 31, 183-187.

¹

安川香澄訳、2001．持続可能な地熱生産のためにラルデ

評価（その３）−坑井壁面画像解析に基づくフラクチャ

レッロにおいて適用した戦略：深深度掘削と水の注水にの分布・性状評価−．電力中央研究所研究報告：

ついて、グイド・カペッティ、地熱エネルギー、26、91-105．

空中電磁法）、特開平 9-304547．

コラム３

コラム６

¸

¸

¹

濱田眞之、及川孝夫、2002．地熱エネルギーの直接利用

北野晃一、堀義直、楠建一郎、海江田秀志、伊藤久敏、（3）米国の地中熱ヒートポンプ普及への道．地熱、39、

山本武志、1995．マグマ発電技術の展望と課題−夢のエ

88-95．

ネルギーの実現にむけて−．電力中央研究所調査報告：

高杉真司、2002．地中熱（地熱直接）利用の現状と将来
展望−ゼロエミッションを目指して−．地熱エネルギー、U95023．
¹

27、435-450．

資源エネルギー庁のマグマ発電に関するホームページ：
http://www.enecho.meti.go.jp/beforeenecho/ground/pages/page2.html

コラム５

º

坑井内同軸熱交換方式を考案した産総研盛田氏のホーム¸

物理探鉱技術協会、1979．物理探査用語辞典．

ページ：

¹

物理探査学会、1989．図解物理探査．

http://staff.aist.go.jp/k.morita/DCHE.htmlº»¼

地盤工学会、1997．物理探査技術の地盤工学への利用に関する研究．物理探査技術の地盤工学への利用に関する

コラム７

研究委員会報告書．

¸

北野晃一、楠建一郎、品田泰、海江田秀志、山中芳郎、

空中総合地熱構造探査システムの研究、1998．文部省科1992．ジオサーモピア構想の概念設計−地熱を利用した学研究成果報告書．

理想郷の創出をめざして−．電力中央研究所委員会報

公開出願特許、1997．地下構造探査方法（地上ソース型

告： U92801．

電中研レビュー No.49 ● 91

高温岩体発電に関する特許一覧
名

称

登録番号

登録日

186666

平 4. 8.11（H 8）

堀義 直

高温岩体発電用の岩盤における透水層作成工法

1909350

平 7. 3. 9（H 6）堀

義 直

高 耐 熱 深 部 型 ボ ア ホ − ル ス キ ヤ ナ 装 置

2676368

平 9. 7.25（H 9）堀義 直

Ｃ Ｓ Ａ Ｍ Ｔ 法 の た め の 受 信 装 置

2017544

平 8. 2.19（H 8）

楠

建一郎

高

置

2954675

平11. 7.16（H11）堀義 直

比 抵 抗 ト モ グ ラ フ イ − 法 測 定 装 置

3127088

平12.11. 2（H12）

鈴 木 浩 一高置3245468

平13.10.26（H13）堀義 直

推 進 工 法 で の ト ン ネ ル 掘 進 路 誘 導 装 置

3285530

平14. 3. 8（H14）

楠

建一郎
義 直

耐 熱 型 ボ ア ホ − ル テ レ ビ ジ ヨ ン 装 置

耐

温

岩

孔

内

孔
地

92

熱

内
盤

の

地

下

膨

張

体

パ

発

電

流

用

速

流
接

ツ

地

構
式

パ

カ

多

−

段

測

速

測

抵

抗

造

探

定
定
の

低
査

カ

ー

水

装

装
装

公開日

主発明者

置

平08-165878

平 8. 6.25

堀置

平08-165879

平 8. 6.25

堀

義 直

法

平08-241778

平 8. 9.17

楠

建一郎

方

法

平09-304547

平 9.11.28

楠

建一郎

装

減

方

置

平11-013378

平11. 1.19

楠建一郎

掘 削 方 法 及 び こ れ を 使 用 す る 掘 削 装 置平11-217983

平11. 8.10

堀義 直

透水層作成装置とこれを使用する透水層作成方法

平11-223177

平11. 8.17

堀義 直

高温岩体発電方法及びこれを利用する高温岩体発電装置

平11-223176

平11. 8.17

堀

義 直

マ

管

平11-344187

平11.12.14

堀義 直

岩 盤 の 亀 裂 計 測 方 法 及 び そ の 装 置

2002-349178

平14.12.4

新

孝 一

ル

ッ

注

装

公開番号

チ

既刊「電中研レビュー」ご案内
NO. 38「大気拡散予測手法」2000. 3
NO. 39「新時代に向けた電力システム技術」2000. 6
NO. 40「原子燃料サイクルバックエンドの確立に向けて」2000. 11
NO. 41「需要家と電気事業のエネルギーをトータルで考える―需要家の特性解明と省エネ技術―」2000. 11
NO. 42「原子力発電所の人工島式海上立地」2001. 1
NO. 43「酸性雨の総合評価」2001. 2
NO. 44「石炭ガス化複合発電の実現に向けて―実証機開発の支援と将来への研究展開―」2001. 10
NO. 45「地球温暖化の解明と抑制」2001. 11
NO. 46「微粉炭火力発電技術の高度化―環境性の向上と発電コストの低減―」2002. 11
NO. 47「商用周波磁界の生物影響研究」2002. 11
NO. 48「送電設備の風荷重・風応答評価技術」2003. 2

編 集 後 記
京都議定書で約束している地球温暖化ガスを削減する
ためには、省エネルギーの推進、発電効率の向上、CO 2

ギーの中で、地熱エネルギーはとくに安定した特性をもつ優れたエネルギーである。

排出量の少ない電源の積極的導入など、さまざまな対応

地熱エネルギーをより大規模に利用しようという「高が必要である。一方、自然エネルギーをある一定割合以温岩体発電」の雄勝での研究は、さまざまな成果を得て、上に導入することを義務づけるＲＰＳ（Renewables

ここで一区切りをつける形となる。今後、オーストラリ

Portfolio Standard)制度が、平成 15 年４月から施行されアでの高温岩体発電の実証研究への参加などが決まってる。対象となるエネルギーは、1. 風力 2. 太陽光 3. 地熱

おり、さらに期待は膨らんでいく。

4. 水力（水路式の 1000kW 以下の水力発電） 5. バイオマ
ス である。

地熱は地球の恵みである。エネルギー資源の多くを国外に依存しているわが国であるが、地下には「地熱」と本文中にもあるように、現在わが国の地熱発電の発電

いう世界に誇るエネルギー資源が眠っていることを最後

設備容量は 55 万 kW であり、全発電設備容量に占める割にもう一度記して、編集後記に代えたい。本冊子が皆様

合は 0.20 ％に過ぎない。しかし、発電電力量に占める割の未利用地熱資源の開発について、ご理解いただく一助

合は 0.32 ％と、数値はやや上がる。これは地熱発電がベとなれば、望外の喜びである。

ース的に用いられているからに他ならない。自然エネル

● 編集兼発行・財団法人 電力中央研究所◯

電中研レビュー NO.49● 平成15年3月20日◯

広報部
P100−8126 東京都千代田区大手町1−6−1［大手町ビル７階］@（03）3201−6601（代表）E-mail : www-pc-ml@criepi.denken.or.jp
http : //criepi.denken.or.jp/● 印刷・株式会社 電友社◯

本部／経済社会研究所 P100−8126 東京都千代田区大手町1−6−1 @（03）3201−6601 我孫子研究所 P270−1194 千葉県我孫子市我孫子1646 @（04）7182−1181
狛江研究所／情報研究所／原子力情報センター
横須賀研究所 P240−0196 神奈川県横須賀市長坂2−6−1 @（0468）56−2121
ヒューマンファクター研究センター／低線量放射線研究センター／事務センター
赤城試験センター P371−0241 群馬県勢多郡宮城村苗ｹ島2567 @（027）283−2721
P201−8511 東京都狛江市岩戸北2−11−1 @（03）3480−2111
塩原実験場 P329−2801 栃木県那須郡塩原町関谷1033 @（0287）35−2048

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