共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 人工メタンハイドレート結晶の物理解析
研究代表者／所属 北見工業大学
研究代表者／職名 助教授
研究代表者／氏名 八久保晶弘

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

1

 宮本淳 日本学術振興会 特別研究員PD

2

 庄子仁 北見工業大学 教授

3

 高橋信夫 北見工業大学 教授

4

 本堂武夫 北大低温研

5

 成田英器 北大低温研

6

 堀彰 北大低温研

研究目的 水分子が作るカゴ状のフレーム内部にメタンガスを包有した物質であるメタンハイドレートは、自然界では永久凍土層深部や大陸斜面の海底堆積物中などに存在することが知られている。近年、各地でメタンハイドレート鉱床の掘削調査が行なわれるようになったが、天然サンプルは未だに稀少であるため、人工的に合成したガスハイドレート試料を用いてその物性を明らかにする必要がある。そこで、天然のメタンハイドレート鉱床を理解することを最終目的として、各種物理解析に利用するためのガスハイドレート試料を様々な条件下で人工的に作成した。
　　
研究内容・成果 まずはじめに、圧力容器へのガス供給量をコントロールすることによって任意の体積濃度で氷中に閉じこめたガスハイドレート試料（ゲストガスは二酸化炭素）を作成し、試料の整形後に超音波探傷器を用いて超音波速度を測定した。試料中のハイドレート体積濃度が高くなると、超音波速度が減少する傾向が確認された。一方で、同様の試料について一軸・三軸圧縮試験を行なった。その結果、歪速度が小さい場合の力学特性は純氷試料と変わらず、ハイドレート結晶の影響は見られなかったが、歪速度が比較的大きい場合にはハイドレートの体積濃度が増加するにつれて最大応力が純氷よりも大きくなった。また、天然ガスハイドレートの形状は様々であるが、各地で確認されているような数mm〜1cm程度の空隙を含むスポンジ状試料を再現するために、圧力容器中に水を満たし、容器下部からガス（メタンおよび二酸化炭素）を気泡として供給することによって球殻状のガスハイドレートを作成した。これと同じ方法で、任意の含水率の堆積物（実際にメタンハイドレート試料が得られているロシア・バイカル湖底堆積物を含む）を圧力容器に入れた場合の実験も行なった結果、種類の異なる堆積物層の層境界に特定の条件下でハイドレート塊を生成することができた。核磁気共鳴装置を用いたNMR測定については予備実験の段階ではあるが、NMRピーク強度のデータにvan der Waals and Platteeuwモデルを援用して、メタンハイドレートの水和数5.98が求められた。以上のような様々な形態のガスハイドレート試料の作製方法が整い、純粋なものから実際の天然に近い状態までのあらゆる試料の物性について、さらに定量的に明らかにしていくための研究基盤が確立した。