[H-SC06] 地球温暖化防⽌と地学（CO2地中貯留・有効利⽤、地球⼯学）

[HSC06-06] CO₂圧入に伴う地化学反応が浸透率に及ぼす影響：玄武岩と安山岩の比較

*西山 直毅¹、徂徠 正夫¹、増岡 健太郎²、志賀 正茂 ¹ (1.産業技術総合研究所、2.大成建設株式会社)

キーワード：浸透率、CO2地熱発電、CO2-水-岩石反応、玄武岩、安山岩

著者らは、地熱貯留層に対してCO₂を圧入して採熱・発電を行う「カーボンリサイクルCO₂地熱発電技術」プロジェクトの一環として、地化学反応に伴う水理特性変化の検証の観点から研究を進めている。貯留層へCO₂を圧入すると、圧入井の近傍ではCO₂溶解に伴って酸性水が形成され、鉱物の溶解が促進される。一方、圧入井から離れた場所では、粘土鉱物や炭酸塩鉱物等の沈殿が起こる。これらの地化学反応は貯留層の浸透率や毛管圧を変化させる可能性がある。本プロジェクトでは貯留層として玄武岩や安山岩が想定されている。岩石種に応じて地化学反応の起こりやすさは異なるため、地化学反応が浸透率に及ぼす影響も岩石種に応じて変化する可能性がある。そこで本研究では、玄武岩および安山岩コアを用いた高温CO₂溶解水の流通試験を実施し、地化学反応に伴う浸透率の変化を評価した。
試料には、貯留層の模擬岩石として玄武岩（島根県大根島）と安山岩（群馬県浅間山）のコア（直径30 mm、長さ200 mm）を用いた。間隙率は、玄武岩は30 %、安山岩は22 %である。流通試験では、純水に対してCO₂ (CO₂分圧：10–14 MPa)を溶解させてCO₂飽和溶解水を作成し、コアに対して19–42日間流通させた。実験条件は、温度200 ℃、間隙圧10 MPa、封圧11–15 MPaとした。
玄武岩にCO₂溶解水を流通した結果、間隙率の変化は1 %以下であったのに対して、浸透率は2.6 × 10^-16 m²から3.2 × 10^-18 m²へと継続的に減少した。試験後の玄武岩の流入面近傍では斜長石、かんらん石、輝石、ガラスの溶解が顕著に進み、数十μmサイズの間隙が増加していた。さらに下流では、鉱物溶解に起因する数μmサイズの二次間隙の形成と、フィロケイ酸塩の沈殿が認められた。玄武岩から流出した溶液のAl, Mg, Ca, Feは試験中常に枯渇しており、フィロケイ酸塩が継続的に沈殿していたことを示唆する。玄武岩中の間隙サイズはフィロケイ酸塩の沈殿によって局所的に減少しており、これが浸透率の低下を引き起こしたと考えられる。安山岩の場合、浸透率は試験開始から7日目までは浸透率が2.7 × 10⁻¹⁶ m²から2.9 × 10⁻¹⁷ m²へ減少した。一方、7日目以降は浸透率は増加に転じ、42日目には初期値の約3倍まで増加した。以上から、地化学反応に伴う浸透率変化は岩石種によって異なる可能性が示唆された。