Multiscale Fluid Flow Behavior in Rock Fractures Based on Micro- to Macroscopic Rock physics

基于微观到宏观岩石物理学的岩石裂隙中的多尺度流体流动行为

基本信息

批准号：
22K14635
负责人：
澤山和貴
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では，地熱貯留層をはじめとした地下亀裂内の流体流動挙動を明らかにするべく，浸透率変化を地上観測可能な岩石物性値と関係付けるモデルを開発することを目的としている。本年度は，一連のデジタル岩石物理シミュレーション手法をアップデートし，亀裂のサイズ・粗さ・せん断変位をコントロールした数値亀裂に対して，アスペリティの変形・流体流動・電気伝導・応力-ひずみ解析を同時に実現した。その結果，浸透率・電気比抵抗・弾性波速度はそれぞれ亀裂のサイズ・粗さ・せん断変位によって変化することが明らかとなった。さらに浸透率-比抵抗関係を見ていくと，両者の関係はこれらの特性に依存せずに定式化が可能であることが示された。ミクロな流路の追跡によって，亀裂空隙率と電気比抵抗の関係（Archieの経験式）が流路の連結度および屈曲度に支配されることが定量的に明らかとなり，流路が連結している場合においては，亀裂岩体においてもArchieの一意のパラメーターで表現できることが確認できた。本研究で明らかにした浸透率-比抵抗関係式は，等価流路モデルとArchieの膠結係数から推測可能であることから，浸透率が未知のフィールドにおいても，空隙率と比抵抗のデータから浸透率推定に繋げられる可能性が新たに示唆された。また亀裂のサイズや粗さ・せん断変位に依らずに適用可能であると言うことは，様々なフィールドにおいて普遍的な解釈に活用できることが期待される。一方，弾性波速度の場合は，亀裂のサイズ・粗さ・せん断変位によって浸透率との関係式も変わり，接触点（アスペリティ）の面積とサイズ分布が影響していることが明らかとなったが，アスペリティサイズの自己相関距離でスケーリングをとることで，浸透率との関係に関するスケール則を導くことができた。さらに，これら一連のシミュレーション成果を実験室で確認する実験設備のセットアップとテストが完了した。

这项研究旨在开发一种将渗透率变化与岩石物理特性的变化相关的模型，该模型可以在地面上观察到，以阐明地下裂纹（包括地热储层）内的流体流动行为。今年，我们已经更新了一系列数字岩石物理模拟方法，以同时分析腹部变形，流体流动，电导传导，应力 - 应变分析，用于控制裂纹的大小，粗糙度和剪切位移的数值裂纹。结果，发现分别取决于裂纹尺寸，粗糙度和剪切位移，渗透率，电阻率和弹性波速度的变化分别变化。此外，考虑到渗透性 - 抗性关系，这表明两者之间的关系可以配制而不依赖于这些特征。通过追踪微流路径，很明显，裂纹孔隙率与电阻率（Archie的经验公式）之间的关系受到流动路径的连接程度和弯曲的控制，并且可以证实，如果连接了流动路径，则Archie的独特参数可以在裂纹岩体中表达。可以从等效流通道模型和Archie的胶水气候系数中推断出在这项研究中揭示的渗透性 - 抗性关系，这表明即使在穿透性未知的领域，孔隙度和电阻率数据也可以与渗透率估计有关。此外，无论裂纹，粗糙度或剪切位移的大小如何，都可以应用于各个领域的普遍解释，这一事实都可以使用。另一方面，在弹性波速度的情况下，渗透率之间的关系会根据裂纹的大小，粗糙度和剪切位移而变化，并且发现接触点的面积和大小分布（浅层）具有影响。但是，通过与垂体大小的自相关距离进行缩放，我们能够得出有关渗透性之间关系的规模规则。此外，已经完成了实验设备的设置和测试，以确认实验室中的这些系列仿真结果。

项目成果

期刊论文数量（27）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

平野部深層熱水型温泉の適正利用に関する理論的検討

平原深海热液温泉合理利用的理论研究

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
澤山和貴;大沢信二;松本光央
通讯作者：
松本光央

Simultaneous changes in electrical resistivity and elastic wave velocity with fracture permeability evolution of synthetic faults

电阻率和弹性波速随合成断层裂缝渗透率演化的同步变化

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kazuki SAWAYAMA;Takuya ISHIBASHI;Fei JIANG;Takeshi TSUJI
通讯作者：
Takeshi TSUJI

Accurate determination of the first arrival time of elastic wave traveled through rock sample by machine learning

DOI：
10.1016/j.jappgeo.2022.104688
发表时间：
2022-05
期刊：
Journal of Applied Geophysics
影响因子：
2
作者：
Y. Suwa;Zhi-Wen Gu;Takuya Obata;S. Nakagawa;Ryoichi Morishita;K. Sawayama;T. Tsuji
通讯作者：
Y. Suwa;Zhi-Wen Gu;Takuya Obata;S. Nakagawa;Ryoichi Morishita;K. Sawayama;T. Tsuji

Hydro-Mechanical-Electrical simulations of rock fractures toward indirect estimation and monitoring of EGS

岩石裂缝的水力-机械-电力模拟，用于间接估计和监测 EGS