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[SCG58-09] 間隙水圧下での三軸圧縮試験による庵治花崗岩の弾性波速度測定
キーワード：弾性波速度、三軸圧縮破壊、クラック密度、間隙水圧
弾性波速度は地下構造を把握するための重要な物性のひとつである。例えば、地熱発電では、地熱流体がトラップされた地熱貯留層の評価において重要な役割を担っている。さらには、水圧破砕によって形成される人工的な地熱貯留層の評価においても欠かせない物性である。これまで多くの弾性波速度の研究がなされてきており、例えば、封圧に対する効果（Nur and Simmons, 1969）、破壊に至るまでの軸応力の効果（Gupta, 1973; Bonner, 1974; Lockner et al, 1977; Yukutake,1989; Ayling et al. 1995）、流体飽和度の効果（Nur and Simmons, 1969）などが報告されている。しかしながら、間隙水圧をかけた状態での破壊過程の弾性波速度についてはほとんど調べられていない。そこで本研究では、間隙水圧をかけた状態での三軸圧縮試験中の速度、振幅、周期の変化を調べ、水圧破砕においての人工貯留層評価につなげることを目的として実験を行った。 試料には庵治花崗岩を長さ40mm、直径20mmの円柱形に成形したものを用いた。三軸圧縮破壊試験には、広島大学の容器内変形透水試験機を用いて、変位速度0.01mm/min、Dryな条件では封圧20MPa、Wetな条件では間隙流体として水を用いて、封圧20MPa、間隙水圧10MPaで実験を行った。間隙水圧はシリンジポンプを用いて一定に保ち、シリンジポンプの流体の体積変化からおよその空隙率変化を算出した。弾性波の測定では、サンプル両側面に直接圧電素子をはりつけて行うパルス透過法を採用した。オシロスコープで記録した波形から弾性波速度（Vp, Vs）、振幅、周期を算出し、それぞれの変化を考察した。 弾性波速度測定では、破壊過程におけるサンプル内のクラックの閉鎖・成長・生成による系統的な変化が見られ、変形初期には既存のクラックの閉鎖のため弾性波速度は若干早くなるのに対し、変形後期にはクラックの生成・成長により弾性波速度は著しく低下した。また、DryではVp/Vsは変形の進行とともに低下するのに対し、Wetな実験ではVp/Vsは上昇した。これは、O’Connell and Budiansky（1974）のクラックモデルと調和的であり、含水条件では新たに生成したクラックを水で充填するためVsの低下が著しく、相対的にVp/Vsは増加する傾向が確認された。また、O’Connell and Budiansky（1974）のモデルからcrack densityを見積もると、間隙水圧下ではDryの実験に比べクラックはできにくいという傾向を示した。弾性波の振幅と周期においてはP波、S波ともに破壊に近づくにつれ、振幅が減衰するとともに波長が長くなる傾向がみられた。P波においては、クラック内に水が存在するほうがクラック面での弾性波の散乱が小さくなり、破壊過程での減衰が小さくなった。一方、S波の振幅は水の存在には強い影響は見られなかった。さらに、圧縮軸に対して垂直な振動方向をもつS波は、P波と比べ変形初期に振幅が大きくなることから、圧縮による水平方向のクラックの閉鎖に敏感に反応するためと考えられる。シリンジポンプの流体の体積変化から求めた空隙率変化と弾性波速度変化においては相関関係がみられ、弾性波速度の変化率からおおよその空隙率を見積もることが可能であり、地下の水の量を知る上で有益な情報となると考えられる。