地殻エネルギー持続的活用のためのシステム設計－数学理論から実用化

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本研究では，非整数階微分を用いた物質移動モデルを展開させることにより，地熱開発における温度低下を予測する数理モデルの開発，ならびにトレーサー解析手法の構築を主目的とした。当該年度は、主に研究(I)熱遅延モデルの構築と研究(III)透水実験に取り組んだ。研究(I)では、地熱貯留層において温度応答とトレーサー応答とを合わせることによって、き裂表面積を推定できる方法を提案し、数値シミュレーションによってその妥当性を評価した。これまでの手法では、き裂表面積を評価できなかったので、地熱開発における将来予測をするための重要なパラメータを取得できることになる。非整数階微分モデルとの組み合わせに関しては、受入研究者のアドバイスを受けてモデル化を考案している段階である。研究(II)数値計算については，Stanford's General Purpose Research Simulator (GPRS)で計算できるき裂量の限界があったので、方向転換をした。研究(III)では、高精度の3 Dプリンタによりき裂ネットワークを含むサンプルを作成し，流動実験を行なった。３Dプリンタでサンプルを作成した後の処理法について、X線CTスキャンによって、その作製精度を確かめた。また数値シミュレーションと比較し、水理特性に関する従来の理論と同等の結果が３Dプリンタを用いた流動実験からも得られることを確かめた。研究(IV)フィールド実験に関しては、米国のDepartment of Energyが先導する大型の地熱フィールドプロジェクトに参画し、今後得られるフィールドデータの提供を受けることを約束した。研究(VI)反応性トレーサー解析手法の開発については、機能性ナノトレーサーの流動モデルに着眼し、マイクロサイズの構造の中の流動の顕微鏡観察を可能にする実験システムを構築した。