キャビティーリングダウン法による携帯型装置の車載測定に基づくメタン漏出の効率的な検出手法の検討

Efficient detection of methane seepage using a vehicle-mounted cavity ring-down spectroscopy analyzer

丹羽 正和   ; 下茂 道人*; 島田 耕史   ; 後藤 翠

Niwa, Masakazu; Shimo, Michito*; Shimada, Koji; Goto, Akira

地下貯留層の天然ガスは、断層や割れ目に沿った移流によって地表に到達するので、天然ガス資源探査の初期段階においては、地表でのメタンの漏出を検出するための調査がしばしば行われる。一方、沈み込み帯に沿ったスラブの脱水に由来する流体も溶存ガスとしてメタンを豊富に含むことが多いが、これらはしばしば高温、かつ塩分に富むなど特徴的な化学的特徴を有することから、放射性廃棄物の地層処分における重要な評価対象として指摘されている。本研究では、高精度(ppbレベル)かつ短い測定間隔(約1秒)でメタンガス濃度が測定できる波長スキャンキャビティーリングダウン分光法(CRDS法)による携帯型分析装置を採用し、スラブ脱水起源の深部流体の湧出を検出するための車載測定の適用性について検討した。事例対象とした紀伊半島南東部の本宮地域での車載測定では、メタン含有温泉である川湯温泉および湯の峰温泉において、バックグラウンド濃度を超える明らかなメタンアノマリ(2ppm)が検出された。ガウスプルームモデルに基づく大気中のメタン拡散の推定結果は、車載測定の結果と調和的である。本研究で適用したCRDS法による車載測定は、資源探査などにおいて、地表でのメタン漏出を迅速かつ容易に特定するのに有効な手法となる可能性がある。本報告書では、車載測定の実施事例に加え、測定装置の使用方法についても併せて取りまとめた。

Methane (CH) seepage to the surface in the early stage of hydrocarbon exploration has attracted increasing attention. Also, detection of CH-rich fluid emission can be applied to reconnaissance surveys for safety management in geological disposal of radioactive waste because high-temperature fluids that come from slab dehydration along a subduction zone are often rich in CH. These fluids likely migrate along faults and fractures. In this study, we employed a portable analyzer that used a wavelength-scanned cavity ring-down spectroscopy (CRDS) with high accuracy (in ppb levels) and short measurement intervals (1 s). An on-vehicle measurement that employed the CRDS system was performed in the Hongu area in southeast Kii Peninsula, Japan, which included CH-bearing hot springs (Kawayu and Yunomine). The measurement near the hot springs detected a clear CH anomaly (2 ppm) that exceeded the background concentration. The estimation of CH diffusion in air based on the Gaussian plume model corresponded to the result of the on-vehicle measurement. This study confirmed that the method using the vehicle-mounted CRDS analyzer can help in quickly and easily identifying CH-bearing fluid emissions at the surface. Additionally, directions for use of the analyzer were summarized in this report.