[M-IS22] 海底のメタンを取り巻く地圏-水圏-生命圏の相互作用と進化

[MIS22-P05] 日本海東縁（上越沖・酒田沖）のガスハイドレート胚胎域の土質特性

*青木 伸輔¹、鈴木 清史²、佐藤 幹夫³、吉岡 秀佳³、PS21 乗船研究者一同、CK22-03C 乗船研究者一同、CK23-02C 乗船研究者一同 (1.香川大学農学部、2.産業技術総合研究所エネルギープロセス研究部門、3.産業技術総合研究所地圏資源環境研究部門)

キーワード：ガスハイドレート、土質特性、物理特性、メタン

大陸縁辺海域や永久凍土域に広く分布するガスハイドレートは、多くの場合メタンガスから構成され、メタンハイドレートとも呼ばれる。メタンハイドレートは非在来型のエネルギー資源として期待されるとともに、温室効果ガスでもあるメタンが関与するメタンハイドレートの生成や崩壊にも注目が集まっている。海洋のガスハイドレートは表層型と砂層型の2種類が知られており、日本周辺ではそれぞれ日本海側および北海道周辺と太平洋側に確認される。表層型メタンハイドレートの研究はこの20年ほど精力的に実施されてきたが、ハイドレートを含む堆積物の力学的挙動に関する研究は報告が少ない。そこで、本発表では表層型メタンハイドレートの胚胎が推定される日本海東縁（新潟県上越沖、山形県酒田沖）で採取された海底堆積物の物性試験と力学試験の結果を報告する。これらの海域は先行研究や事前調査からガスハイドレートの胚胎が推定、または採取されてきた調査点を含んでいる。
調査地点は山形県沖の酒田海丘（仮称）、新潟県沖の上越海丘、海鷹海脚で、海底擬似反射面（BSR）の分布域外を参照地点（RE）、分布域内を胚胎地点（MH）とした。海底地盤強度調査航海は2021年（PS21）、2022年（CK22-03C）、2023年（CK23-02C）の夏季に実施され、2021年は「Poseidon-1」、2022年と2023年は「ちきゅう」で実施された。酒田海丘は2021年と2023年、上越海丘・海鷹海脚は2022年と2023年に調査した。PS21による航海では堆積物試料を船上保管し、航海終了後に実験室に運び込み、XCT画像を撮影した。XCT画像から乱れの少ない堆積物試料を決定し、物性試験と力学試験を実施した。CK22-03CおよびCK23-02C航海では、船上で撮影した堆積物コアのXCT画像から室内土質試験に用いる乱れの少ない試料区間を決定した。室内土質試験用の試料はホールラウンドコアで持ち帰り、試験に供した。室内土質試験に供しない堆積物コアの中から、乱れの少ない試料区間で簡易土質試験（ベーンせん断試験および貫入抵抗試験）を実施した。簡易試験後に試験実施箇所から物性試験用の試料を採取した。室内土質試験用試料も同様に物性試験を実施した。
堆積物の物性試験（土粒子密度、含水比など）の結果は調査海域に依らず、見かけ上は堆積物深度に依存した深度プロファイルを示した。海域や胚胎地点、参照地点などによる明確な特徴を抽出することはできなかった。一方、土質力学試験結果は海域や、参照地点、胚胎地点による深度プロファイルに違いが認められた。CK航海で実施された簡易試験の結果から、上越海丘が海鷹海脚より堆積物深度増加に伴うせん断強度の増加割合が大きかった。これは海鷹海脚が陸域に近く、上越海丘より堆積速度が大きいことが一因と考えられる。現在、堆積物試料から堆積速度の推定を進めている。
簡易土質試験によって得られたせん断強度は、一般的に粘着力と同義であるとされている。このことから、簡易試験により得られたせん断強度を粘着力とし、室内土質試験から得られた粘着力との比較を行った。簡易試験と室内土質力学試験の深度プロファイルの傾向はよく一致した。すべての測定を簡易試験に置き換えることはできないが、簡易試験によって測定点数を増やし、深度プロファイルの把握に繋げるには有効な組み合わせであることが示された。

本研究は、経済産業省のメタンハイドレート研究開発事業の一部として実施した。