東京大学の研究者らが、地下水やその他の流体が地震を引き起こし、地熱エネルギー開発に役立つ可能性を示す画期的な研究成果を発表した。コミュニケーションズ・アース・アンド・エンバイロメント誌に掲載された論文によると、工学系研究科の辻健教授率いるチームは、高度な地震イメージングと機械学習を駆使し、地下の火山性流体が高圧超臨界状態でどのように閉じ込められ、移動し、相転移を経て地震活動に影響を与えるのかを三次元的に解明した。
研究チームは、地震計データと機械学習を組み合わせ、地震分布と発生メカニズムをかつてない詳細でマッピングし、岩石が脆性から塑性へと性質を変える「脆性-塑性転移帯」を調査した。「従来の低解像度な電磁探査とは異なり、我々の地震イメージング手法はこれまで以上に高精度な三次元解析を可能にします」と辻教授は語る。
超臨界流体は、極端な圧力と温度によって液体と気体の両方の性質を持つ。気体のように流れやすく、液体のように大量の熱を蓄えて移動させることができる。これらの流体が異なる地質層を通過すると急速に加熱し、岩石や地下のマグマの挙動を根本的に変化させる。
研究では、降雨の増加が地震活動に直接影響することも示された。「大雨が降ると地下水位が上昇し、深部の亀裂や断層に圧力が加わります。断層が既に破断寸前であれば、この追加圧力で地震が発生します」と辻教授は説明している。特に、火山地帯では高圧流体によって地殻が弱体化しているため、降雨による圧力増加の影響が強く、地下の圧力変化を理解することで噴火の早期警戒システムの改善にも役立つ可能性がある。
災害予測だけでなく、この研究は無限に近い地熱エネルギーを活用する道も開く。チームは、密閉層の下に存在する流体経路や貯留層、流体が逃げる割れ目を特定し、地熱発電に必要な超臨界水へのアクセスに不可欠な情報を明らかにした。「地下の超臨界水は莫大な熱エネルギーを保持しており、再生可能資源として非常に有望です」と辻教授は語る。深部の貯留層を利用することで、地表の温泉システムへの影響を避けることもでき、日本の地熱開発における課題をクリアできる可能性がある。
ただし、これらの流体は極端な高温高圧の深部に存在するため、その抽出には高度な掘削技術と安全な井戸設計が必要となる。
