[S-CG57] 流体と沈み込み帯のダイナミクス

[SCG57-P06] 岩石の水飽和率－弾性波速度の関係における間隙径分布の影響

*堀川 卓哉¹、横山 正¹ (1.大阪大学大学院理学研究科宇宙地球科学専攻)

キーワード：弾性波、水飽和率、間隙径分布、砂岩

弾性波速度（V_P, V_S）は、岩石の水飽和率（S）、間隙のサイズと形状、間隙水の分布状態、入射波の周波数などに依存することが知られており、その依存性を理解する目的で、Biot理論（Biot, 1956）に基づいた様々な研究がなされている。しかし、従来の研究では、水飽和状態から完全に乾燥するまでに生じる弾性波速度の複雑な変化の全てを定量的に説明できるには至っていない。本研究では、間隙径の異なるベレア砂岩2種（浸透率300 mD, 20 mD；以下それぞれベレア300，ベレア20と略記）と白浜砂岩1種（浸透率：0.6 mD未満）を用いて、乾燥により水飽和率を低下させながらV_P ,V_Sを測定した（入射P波：200 kHz，入射S波：100 kHz）。間隙径分布（開口半径）の測定結果から、ベレア300では約5-100 μm、ベレア20では約1-10 μm、白浜砂岩では約0.4 μm未満の間隙が多いことが分かった。V_P を測定した結果、ベレア300については以下の4段階の変化が見られた［(1) S=1→0.5：V_P 低下、(2) S=0.5→0.3：V_P 上昇、(3) S=0.3→0.1：V_P 低下、(4) S=0.1→0：V_P 上昇］。また、同試料のV_S変化は以下の通りであった［(1) S=1→0.15：緩やかなV_S上昇、(2) S=0.15→0：急激なV_S上昇］。ベレア20では、V_P についてはベレア300における段階1の一部と段階2, 3, 4に相当する傾向が、V_Sについてはベレア300と同様の傾向が見られた。白浜砂岩では、V_P についてはベレア300の段階3, 4に相当する変化のみが、V_Sについてはベレア300やベレア20と異なり、一旦低下した後上昇する傾向が見られた。乾燥が進む際には、大きな間隙から先に水が失われることが知られている（Nishiyama et al., 2012）。したがって、各岩石の間隙径分布を用いることで、ある水飽和率においてどのサイズ以下の間隙が水で満たされているかが分かる。既存の理論に間隙径分布と体積弾性率の周波数依存性などの情報を加えることにより、Sの変化に伴うV_P , V_Sの変化のより正確な再現を試みた。