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地熱探査とは、高温の流体でタービンを回して電気を作る地熱発電所を建設することを目的として、地熱活動が活発な地域を探して地下を探索することです。[1]探査方法には、地質学、地球物理学、地球化学、工学 など、幅広い分野が含まれます。[2]
地熱発電所の燃料として十分な熱流量を持つ地熱地域は、リフトゾーン、沈み込み帯、マントルプルームに見られる。 ホットスポットは4つの地熱要素によって特徴付けられる。活動的な地域には以下のものがある：[1]
- 熱源 - 浅いマグマ体、崩壊する放射性元素、または高圧による周囲の熱
- 貯留層 - 熱を引き出すことができる熱い岩石の集まり
- 地熱流体 - 貯留層内に存在するガス、蒸気、水
- 再充填エリア - 地熱システムに水分を補給する貯留層を囲むエリア。
探査には、高温の地熱体を特定するだけでなく、掘削に適した低密度でコスト効率の高い地域や、地下にすでに存在する配管システムを特定することも含まれます。[3] この情報により、地熱発電所の生産の成功率が向上し、掘削コストも削減されます。
地熱エネルギー生産に関連する全費用の42%は探査に起因します。これらの費用のほとんどは、地熱地帯の存在を確認または否定するために必要な掘削作業によるものです。[4] 地熱の専門家の中には、探査技術とテクノロジーの発展が業界に最大の進歩をもたらす可能性があると言う人もいます。[5]
探索の方法
掘削
掘削は探査プロセスにおいて最も正確な情報を提供しますが、最もコストのかかる探査方法でもあります。
温度勾配孔（TGH）、探査井（スリムホール）、およびフルスケール生産井（ワイルドキャット）は、地下に関する最も信頼性の高い情報を提供します。[4] 温度勾配、温度ポケット、その他の地熱特性は掘削後に直接測定できるため、貴重な情報が得られます。
地熱探査井の深さが4kmを超えることはめったにありません。地熱地帯に関連する地下物質は、石灰岩から頁岩、火山岩、花崗岩まで多岐にわたります。[1] 掘削された地熱探査井のほとんどは、生産井まではまだ探査段階にあると考えられています。ほとんどのコンサルタントやエンジニアは、1つの生産井が無事に完成するまで探査は継続されると考えています。[4]
通常、最初のワイルドキャット井の成功率は 25% です。その後、さらに分析と調査を行うと、成功率は 60% から 80% の範囲に増加します。費用は大きく異なりますが、掘削コストは 1 フィートあたり 400 ドルと推定されています。[4] そのため、掘削作業を開始する前に他の探査手段を調査することが非常に重要になっています。掘削が成功する可能性を高めるために、過去 20 年間でリモート センシング技術の革新が進んできました。これらの低コストの探査手段は、地質学、地球化学、地球物理学など、複数の分野に分類されています。
地球物理学
地震学
地震学は石油・ガス産業で重要な役割を果たしており、現在では地熱探査にも応用されつつあります。[4] 地震波は伝播し、地下の構成要素と相互作用してそれに応じて反応します。地震信号の発生源に関連する 2 つのサブカテゴリが存在します。[6] 能動地震学は、地表または地表付近で誘発された/人為的な振動を利用します。 受動地震学は、地震、火山噴火、その他の地殻活動を発生源として使用します。[7]
受動的な地震研究では、地球を伝わる自然な波動を利用します。[7] 地熱地帯では、地震活動レベルが上昇することがよくあります。マグニチュードの低い地震の方が、マグニチュードの高い地震よりもはるかに頻繁に発生します。[6] そのため、リヒタースケールでマグニチュード2.0未満の微小地震（MEQ）は、地熱探査に関連する地下の性質を明らかにするために使用されます。[7] 地熱地域でのMEQの発生率が高いため、長いフィールド展開を必要としない大規模なデータセットが生成されます。
石油・ガス産業で歴史を持つアクティブ地震学は、人工の振動波の伝播を研究するものです。これらの研究では、地震計（またはその他の地震センサー）が研究現場全体に広がっています。最も一般的な地震計の配置は、インライン、オフセット、センターショットとインライン、ファンシューティングです。[6]
アクティブ地震学研究には多くの分析技術を適用できますが、一般的にはホイヘンスの原理、フェルマーの原理、スネルの法則が含まれます。これらの基本原理は、地下の異常、反射層、および高インピーダンスコントラストを持つその他の物体を識別するために使用できます。[6]
重力
重力測定法では、密度の変化を利用して地下の特性を特徴付けます。[6] この方法は、地熱探査プロジェクトで位置を特定するために不可欠な花崗岩体などの高密度地下異常を特定するときによく適用されます。地下の断層線も重力法で特定できます。これらの断層は、密度が周囲の物質よりもはるかに低いため、主要な掘削場所として特定されることがよくあります。空中重力研究の発展により、大量のデータが得られ、それを使用して地下を比較的高い精度で3次元的にモデル化することができます。
地下水位の変化は、重力法で測定および特定することもできます。この再涵養要素は、生産性の高い地熱システムを構築する上で不可欠です。細孔密度とそれに続く全体密度は流体の流れの影響を受け、したがって重力場を変化させます。現在の気象条件と相関関係にある場合、これを測定およびモデル化して、地熱貯留層の再涵養率を推定することができます。[1]
残念ながら、重力研究のデータを解釈する前に、他にも多くの要因を認識しておく必要があります。地球が作り出す平均重力場は 920 cm/c^2 です。懸念される物体は、それよりはるかに小さな重力場を作り出します。したがって、計測機器は 0.00001% という小さな変化も検出する必要があります。高度、緯度、気象条件などの他の考慮事項も注意深く観察し、考慮する必要があります。[6]
電気抵抗と磁気地磁気測定
マグネトテルリクス（MT）測定により、断層や帽岩の存在など、生産的な地熱構造に関連する抵抗率異常を検出し、さまざまな深さの地熱貯留層温度を推定することができます。MTは、1980年代初頭から、米国や日本、ニュージーランド、フィリピン、エクアドル、ペルーなどの環太平洋火山帯に位置する国々を含む世界中の地熱資源のマッピングと開発の成功に貢献してきました。
地質学的物質は一般に電気伝導性が低く、高い抵抗率を持っています。しかし、地球の孔や亀裂にある熱水は、地下物質の伝導率を高めます。この伝導率の変化は、地下の地質をマッピングし、地下物質の組成を推定するために使用されます。抵抗率の測定は、数十から数百メートル間隔で分布する一連のプローブを使用して行われ、電気インパルスの注入に対する地球の電気的応答を検出して、岩石の電気抵抗の分布を再構築します。流れる地熱水は低抵抗ゾーンとして検出できるため、このような技術を使用して地熱資源をマッピングできます。ただし、低抵抗ゾーンは岩石の種類や温度の変化によっても引き起こされる可能性があるため、解釈する際には注意が必要です。
地球の磁場は日中に強度と方向が変化し、地殻に検出可能な電流を発生させます。これらの電流の周波数範囲により、局所的な電磁場の変化をマルチスペクトルで分析できます。その結果、変化する磁場に対するさまざまな岩石の根本的な反応によって電流が決定されるため、地質のトモグラフィー再構築が可能になります。[8]
磁気
地熱探査における磁気の最も一般的な応用は、キュリー点の深さまたはキュリー温度を特定することです。キュリー点では、物質は強磁性から常磁性に変化します。既知の地下物質のキュリー温度を特定することで、将来のプラントの生産性を推定できます。たとえば、地熱地帯で一般的な物質であるチタン磁鉄鉱のキュリー温度は 200 ～ 570 ℃ です。異なる深さでモデル化された単純な幾何学的異常は、キュリー深度を最もよく推定するために使用されます。[1]
地球化学
この科学は地熱探査によく利用されています。この分野の科学者は、地表の流体特性と地質データを地熱体に関連付けます。温度、同位体比、元素比、水銀と二酸化炭素の濃度はすべて、綿密に調査されるデータポイントです。地熱温度計やその他の計測機器が現場の周囲に配置され、地下温度の推定精度を高めます。[4]
米国の地熱資源
地熱エネルギーは未開発のエネルギー資源であり、さらなる調査と探査が必要です。[2]米国エネルギー省 によると、ユタ州の地熱能力は、完全に開発されれば、州の電力需要の3分の1を賄うことができます。現在、米国は全国的な地熱データベースを組織し、USGSのリソースを全国的に拡大し、探査技術の進歩を検証するための地質物理学的プロジェクトを開発することを計画しています。[5] 以下は、地熱発電を利用できる可能性があり、さらなる探査の価値がある米国の郡と地域です。[9]
参照
外部リンク
- 地熱エネルギー協会
- 地熱資源協議会
- 地震探査について
参考文献
- ^ abcde *マンゼッラ、アデラ、「地熱探査における地球物理学的方法」、イタリア国立研究評議会 [1]
- ^ ab *Hulen, JB & Wright, PM (2001). 「地熱エネルギー - 人類と環境の利益のためのクリーンで持続可能なエネルギー」米国エネルギー省。
- ^ *XDT - 地熱ウェブページ。XDT - Ten Dimensional Technologies。2010 年 8 月 1 日。Web。2010 年 12 月 4 日。<http://www.xdtek.com/Geothermal.html>。
- ^ abcdef *Jennejohn, Dan (2009). 「地熱探査と掘削の研究開発」 地熱エネルギー協会.[2]
- ^ ab *(2010). 「連邦省庁間地熱活動」。米国エネルギー省エネルギー効率・再生可能エネルギー局地熱技術プログラム。
- ^ abcdef *Burger, H., Sheehan A., Jones, C. (2006). 「応用地球物理学入門」 WW Norton & Company, Inc.
- ^ abc * Foulger G. (1982). 「地震と受動地震法を用いた地熱探査と貯留層モニタリング」 Geothermics、第 11 巻、第 4 号。
- ^ * ウィリアム・E・グラスリー。「地熱エネルギー：再生可能エネルギーと環境」。
- ^ *「Collocated Resources Webpage」GEO-HEAT CENTER。2008 年 1 月 1 日。Web。2010 年 12 月 7 日。<http://geoheat.oit.edu/colres.htm>。