共同研究せいかほう

(1)

2018年10月23日

第2回（12：30－14：00）

海底資源の成因

・石油システム

・メタンハイドレートの成因

・海底鉱物資源の成因

(2)

海底資源の成因



有用物質がいかに

生成

したか



生成した有用物質がいかに

移動

し、

集積

したか



海底資源の成因がわかれば、存在場所・形態がわかる



探査手法・生産手法を考える上で大きな手がかりとなる



石油・天然ガスの成因：

石油システム



メタンハイドレートの成因



海底鉱物資源の成因

(3)

石油システム (petroleum system)



油ガス田を形成するために必要な地質要素とプロセス



地質要素

• 根源岩

• 貯留岩

• トラップ・シール



プロセス

• 生成

• 移動

• 集積

(http://www.jogmec.go.jp/oilgas/technology_008.html) 石油システムの地質要素と油ガス田形成プロセス

(4)

根源岩 (source rock)



石油炭化水素を生成する能力を持つ有機物に富む堆積岩



暗灰色泥岩および頁岩、炭酸塩岩



有機物の中でも

ケロジェン

を多量に含むもの

ケロジェン：

• 炭素、水素、窒素、硫黄などから成る高分子化合物

• 生物の死骸に十分な温度・圧力がかかることで形成される

• 熟成の過程で炭化水素（油ガス）を生成する



熱分解起源

生成

(5)

その他の起源



微生物起源

• 地下微生物が有機物を分解する過程で生成

例：南関東ガス田



非生物起源（無機起源）

• 地球の始原物質から放出されたとする説

日本、カナダ、アメリカ合衆国、ヨーロッパ、ロシアなどで生産している油・ガス田から採取した1,699のガス試料のδ13C1ヒストグラム（Jenden et al., 1993、JOGMEC石油・天然ガスレビュー 2005.11. Vol.39 No.6）

有機物

無機物

熱分解起源

微生物起源

非生物起源

生成

(6)

原油の分類



比重による分類



硫黄分等の含有量による分類

• スイート原油、サワー原油



炭化水素成分による分類

• パラフィン基原油、ナフテン基原油、混合基原油、特殊原油

分類

比重 (API)

Light

31.1<

Medium

22.3 ～ 31.1

Heavy

< 22.3

Extra Heavy

< 10.0

WTI (West Texas Intermediate)

• アメリカ合衆国南部のテキサス州とニューメキシコ州を中心に産出される軽質スイート原油（APIは約39.6）

(7)

貯留岩 (reservoir rock)



多孔質で

浸透性

のある岩石



孔隙(こうげき)

を油ガスが満たす



砂岩、炭酸塩岩など

孔隙(pore)：岩石中の隙間

孔隙率(porosity)：

貯留岩に占める孔隙の体積割合

砂岩：～30%、炭酸塩岩：～40%

(http://www.jogmec.go.jp/library/recommend_library_10_000134.html) 砂岩(左)と炭酸塩岩(右)

移動・集積

(8)

浸透率 (permeability)



岩石内における流体の流れやすさ(浸透性)を表す指標



ダルシーの式(Darcy’s law)で定義

Q = A ×

𝑘𝑘

_{μ ×}

Δ𝑃𝑃

_𝐿𝐿

Q:

流量

(m

3

_/s)

A:

断面積

(m

2

₎

k:

浸透率

(m

2

₎

μ: 粘性

(Pa s)

ΔP: 圧力差

(Pa)

L:

長さ

(m)

Q

A

L

ΔP

μ

詳しくは、12月18日第3日「海底資源生産」にて

(9)

トラップ・シール



油ガスが集積する地質構造（トラップ）と集積した油ガスが散逸

するのを防ぐ地層（シール）が一体となって貯留層を形成

（https://www.noe.jxtg-group.co.jp/binran/part02/chapter01/section02.html）（https://oilgas-info.jogmec.go.jp/termsearch/index.html）トラップの種類構造トラップ背斜および断層による封塞形態を有する背斜：褶曲(しゅうきょく)している地層の波上部の山にあたる部分断層：地盤に生じた断裂によって、その両側の地層間に起こった相対的な変異およびその現象層位トラップ岩相の側方変化または不連続により形成シール泥質岩や蒸発岩（岩塩等）

集積

(10)

石油システムのまとめ

経済産業省資源エネルギー庁 http://www.enecho.meti.go.jp/category/others/tyousakouhou/kyouikuhukyu/fukukyouzai/sk/ws-10.html

(11)

シェールガス・オイル



頁岩（シェール）と呼ばれる浸透性の極めて低い堆積物に存在す

るガス・オイル



有機物に富む頁岩＝根源岩から直接生産

Al Granberg & ProPublica

天然ガスによるエネルギー大転換-ガス黄金時代の幕開け？-、栗原正典 https://www.yomiuri.co.jp/adv/wol/opinion/science_120611.html

(12)

メタンハイドレートの成因



石油・天然ガスと同様に炭化水素の生成・移動・集積からなる

“メタンハイドレートシステム” が必要



低温・高圧条件で安定

メタンハイドレートの安定条件 (MH21, http://www.mh21japan.gr.jp/mh/02-2/)

(13)

永久凍土域のメタンハイドレート



地下へ行くほど

• 温度は上がる

• 圧力も上がる

永久凍土での安定条件

(MH21)

(14)

海洋のメタンハイドレート



海面下に行くほど

• 温度は下がる

（海底面下では上がる）

• 圧力は上がる

海洋での安定条件

(MH21)

(15)

メタンの起源



微生物起源のケースが多い

（石油・天然ガスの多くは熱分解起源）

(Kida, et al. Marine and Petroleum Geology 66 (2015): 396-403.)

東部南海トラフ

_{Krishna-Godavari Basin}

（インド東方沖）

(16)

メタンの生成



海底下微生物群集

• 石炭層の熟成プロセスや天然ガスの

形成プロセスに関与

海底下約2kmの石炭層のコアサンプルから、下降流懸垂型スポンジリアクターを用いて培養された世界最深部の海底下微生物群集の走査型電子顕微鏡写真。

(17)

海底熱水鉱床の成因



熱水(300-400℃)の作用により元素の分別・移動・濃集が起こっ

てできる鉱床で、数千年～数万年の時間スケールで形成

熱水循環系の模式的モデル分別（金属元素の供給） • 地殻物質（岩石）から溶脱するという考え • マグマから供給されるという考え移動熱水に溶解されて移動濃集熱水が海底面で海水と接する際の温度変化、pH変化、硫化水素等との化学変化で沈殿集積過程については不明点も多い海底熱水鉱床の成り立ち-調査手法の確立に向けて-(https://www.jamstec.go.jp/sip/pdf/resultList01.pdf)

(18)

海底熱水鉱床の存在形態



リフト帯（正断層による地殻

運動に伴い海底面が沈降・陥

没した場所）の海底火山やカ

ルデラ火山などに伴って形成



チムニーやマウンド



活動を停止したり、火山活動

で崩壊したり、あるいは堆積

物で埋没



堆積物が厚く堆積している場

所では地層中に海底熱水鉱

床が形成

(19)

マンガンノジュール・コバルトリッチクラストの成因



海水からの沈殿作用により数百万年を超える時間スケールで

成長

海底熱水鉱床の成り立ち-調査手法の確立に向けて-(https://www.jamstec.go.jp/sip/pdf/resultList01.pdf) サメの歯に沈着したマンガンノジュール (http://www.jamstec.go.jp/j/hot_pictures/?493) (左) http://www.dord.co.jp/mineral/index.html (右) http://www.bousai.go.jp/kaigirep/hakusho/h14/bousai2002/html/zu/ zu110102.htm

(20)

まとめ



石油・天然ガスが資源として形成されるためには、根源岩で炭化

水素が生成し、トラップ・シールで隔離された貯留岩まで移動・集

積する、石油システムが必要である



メタンハイドレートも石油・天然ガスとほぼ同様の過程で形成して

いると考えられるが、微生物起源のメタンからなる場合が多くみら

れる



海底鉱物資源の成因は解明されつつあるが不明な点も多く、成

因・分布域の研究・調査が進められている