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

点击翻译按钮获取中文摘要

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。