二酸化炭素注入に伴う多孔質砂岩の透気係数と弾性波速度の測定に関する実験的研究

摘要

白浜砂岩と多胡砂岩を用いた透気試験では，透気係数が孔隙の大きさに大きく影響されることが明らかになった。 白浜砂岩では扁平な孔隙が静水圧の負荷によって閉鎖されるため，ひずみとP液速度は急激に増加し，透気係数は著しく減少した。 多胡砂岩では扁平な孔隙が少ないため，ひずみ,P波速度及び透気係数の急激な変化はばとんどみられなかった。また，南砂岩の静水圧～ひずみ曲線の形状には明瞭な違いが認められた。 白浜砂岩の場合，静水圧～ひずみ曲線が上に凸の形状を呈するが，多胡砂岩ではやや下に凸となっている。 これは両砂岩試料に含まれる孔隙特性の違いを反映していると考えられ，静水圧～ひずみ曲線の形状より測定試料の孔隙特性を間接的に把握することが可能である。 　 乾燥状態の白浜砂岩と多胡砂岩へ水をそれぞれ注入すると，試料のP波速度はともに増加するが，白浜砂岩のP波速度の増加率がより大きい。 注水や注気に伴うP波速度の変化は，砂岩試料の孔隙特性に大きく影響されるため，孔隙特性を考慮に入れる必要がある。 含水状態の多胡砂岩にCO_2を注入すると，孔隙内の間隙水がCO三によって置換されるとともに，P波速度の減少が認められた。 静水圧5MPaのケースにおけるP波速度の減少率が最も大きく，圧力が高いケースほどP波速度の減少率が小さい。 簡易弾性波トモグラフィ解析によって得られたCO_2フロントの挙動は置換された間隙水の排出量の経時変化と調和的である。 これは弾性波を用いた物理探査手法が帯水層に圧入されたCO2の挙動をモニタリングする有効性を示している。今後は弾性波速度の変化量を基に，CO_2と間隙水の置換メカニズムや孔隙内に残留する間隙水を推定する実験を行う予定である。