地質ニュｰス510号､67-72頁､1997年2月

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1 地 質 ニュース510 号 頁 1997 年 2 月 ChishitsuNewspo.510,p.67-72,Febma 町,1997 アラスカ8ノーススロープ 油 田 と メタンハイドレート 今 井 登 1 1 はじめに ノーススロープはアラスカ 北 端 に 位 置 し 北 極 海 に 面 した 北 アメリカ 最 大 の 油 田 地 帯 である( 第 1 図 ). この 地 域 の 永 久 凍 土 の 下 にメタンハイドレートが 広 く 分 布 しているといわれている.メタンハイドレー トが 陸 上 に 存 在 するのは 北 極 圏 に 近 い 地 域 に 限 ら れ,アラスカ(ノーススロープ),シベリア(メソヤハ), カナダ 北 西 部 (マッケンジーデルタ)などに 広 がる 凍 土 の 下 にのみ 存 在 している. 先 頃 ノーススロープの プルトーベイ 油 田 に 行 く 機 会 を 得 たので,ここにノ ーススロープ 油 田 とハイドレートについて 概 要 をまと める. 2,ノーススロープ 油 田 アラスカのノーススロープ 地 域 は 巨 大 な 油 田 地 帯 であり, 世 界 でも18 番 目 のプルトーベイ 油 田 をはじ めとして,クパルタリバー,エンディコットなど9つの 油 田 があり, 米 国 の6 大 油 田 のうち3つがアラスカに 集 中 している.1950 年 代 後 半 から1960 年 代 前 半 に ノーススロープ 油 田 の 探 査 が 始 まり,エクソンが1968 年 にプルトーベイで 最 初 に 試 掘 に 成 功 し 開 発 が 始 ま った. 採 掘 された 石 油 と 天 然 ガスは1977 年 に 完 成 したアラスカ 縦 断 パイプライン( 第 2 図, 総 距 離 1,200 キロ,パイプ 径 122cm)によりアンカレッジ 東 方 の 不 凍 港 バルデーズに 輸 送 され 全 米 の 港 に 向 けて 船 積 みされている. この 地 域 は 南 から 北 へBrooksRange, 丘 陵 部, 沿 岸 平 野 部 の3つに 分 けられ( 第 3 図 ), 地 質 的 には 構 造 運 動 や 岩 相 により 基 盤 岩 ( 古 生 代 カンブリア 紀 からデボン 紀 ), 炭 酸 塩 岩 および 珪 質 堆 積 岩 が 卓 越 第 1 図 アラスカと 縦 断 パイプライン(プルトーベイから バルデーズを 結 ぶ 線 : 途 中 に 石 油 を 輸 送 する ためのポンプステーションがある)(Gousha,1993 による) 第 2 図 フェアバンクスにおけるパイプライン する 石 炭 系 からジュラ 系, 珪 質 堆 積 岩 を 含 む 白 亜 系 から 第 四 系 に 分 けられる. 石 油 は 主 として 古 生 代 石 1) 地 質 調 査 所 地 殻 化 学 部 キーワード1ハイドレート,ノーススロープ,プルトーベイ,メ タン, 天 然 ガス 1997 年 2 月 号

2 一 68 一 合 丼 登 70 鮒 16 回.164,160, 155 ㄵ 1`8 14"1400 POin18aπOW 4 典 伽 〆 ( 玉 ハ ーセント 伸 野 弧 裟 一 ベイ /ぷ 鷲 レト ル 計 ~ 馳 ハ ーセント 一. 又 へ11ウづ / 一 一 一 汰. 撃 讐 斗 明 葦 鰻 繍 総 ト ルlll;; 如 ぺ lcollo".1903 一 圃 WdloGa1 舳 akmgoo 肺 帥 一 1982, lhou 帥 m-oonlaing 胡 hソd 旧 1os 第 3 図 化 % 晦 ㄶか 䴀 アラスカ ノースス1コープ 地 域 の 地 質 単 位 と 構 造 (Collet,1993による)...`o G1 品 票 / 蔓 炭 紀 と 中 生 代 自 亜 紀 後 期 の 地 層 (Sagavanirktok 層 の 下 側 のWestSakとUgm 砂 岩 層 )に 胚 胎 してお り, 天 然 ガスは 主 として 中 生 代 三 畳 紀,ジュラ 紀, 白 亜 紀 後 期 の 地 層 から 産 出 している. ブルトーベイは 北 米 最 大 の 油 田 であり 推 定 埋 蔵 量 は240 億 バレルにのぼり, 可 採 埋 蔵 量 は120 億 バレ ルで,これまでに90 億 バレル 以 上 が 生 産 された.ま た, 天 然 ガスの 埋 蔵 量 は80 億 m3とされている.プ ルトーベイにおける 油 層 は 地 下 3,000mの 砂 岩 およ 一 ひ 礫 岩 であり 層 厚 は150mである.プルトーベイ 油 田 は1977 年 に 生 産 を 開 始 し10 年 以 上 にわたって 日 産 150 万 バレル 生 産 していたが,1988 年 より 減 退 し 始 め, 現 在 の 生 産 量 は100 万 バレル 程 度 である. 一 方,クパルタリバーは 米 国 第 2の 油 田 であり 推 定 埋 蔵 量 50 億 バレル, 可 採 埋 蔵 量 は 約 20 億 バレルであ る.1981 年 に 生 産 を 開 始 し, 現 在 の 生 産 量 は 約 30 万 バレル/ 日 である. 油 層 は 深 度 1,800m 前 後 のク パルタリバー 砂 層 であり, 層 厚 は15m 程 度 である. ノーススロープ 地 域 にはアルコ, 英 国 石 油,エク ソン,モービルなどの 多 数 の 石 油 開 発 会 社 が 石 油 を 生 産 している. 第 4 図 にこの 地 域 における 石 油 生 産 設 備 の 概 要 を 示 した. 十 数 ヵ 所 の 掘 削 場 所 で 数 百 本 の 抗 弁 から 採 掘 された 流 体 は, 分 離 施 設 (SeparaticmCcmter)で 油, 水, 天 然 ガスに 分 離 される. ガスと 水 を 分 離 後, 油 は 冷 却 されポンプステーショ ン(P 汕 mpstation1)からパイプラインで 南 部 のバル 第 4 図 ノースス 回 一 プ 地 域 の 石 油 生 産 設 備 (BP Exp1orationa11dARCOA1aska,1995による) デーズまで 輸 送 される.また, 分 離 された 水 は 海 水 とともに, 油 層 圧 力 の 維 持 と 油 層 の 掃 攻 のために 貯 留 槽 に 再 圧 入 される.ガス 成 分 は 世 界 最 大 級 のガス 処 理 施 設 (Centra-GasFaci1ityおよびCentral CompressionP1ant)に 送 られ,ここで 処 理 された 天 然 ガスの 一 部 は 石 油 とともにパイプラインでバルデ 地 質 ニュース510 号

3 アラスカ ノースス 回 一 プ 油 田 とメタンハイドレート 一 69 一 策 5 図 石 油 生 産 井 およびガス 分 離 施 設 一 ズに 輸 送 されるが, 大 部 分 (85%)は 昇 圧 後 ガス 圧 力 井 よりガスキヤップに 再 圧 入 される. 3,プルトーベイの; 石 油 基 地 プルトーベイにはアンカレッジから 毎 日 運 行 してい る 定 期 便 で 訪 門 した. 石 油 基 地 での 勤 務 は1 週 間 ま たは2 週 間 交 代 であり, 厳 寒 の 地 に 隔 離 されてこの 期 間 を 過 ごすことになる.フライトの 所 要 時 間 は1 時 間 半 余 りである. 我 々が 訪 れた11 月 30 日 は 天 気 予 報 ではブリザードで 大 荒 れとのことで 着 陸 できるか 心 配 したが, 何 事 もなく 氷 の 中 の 空 港 に 降 り 立 つこ とができた. 外 は 猛 吹 雪 で, 気 温 は 一 50 前 後 で 数 分 間 と 外 にとどまっていることができない. 冬 季 は 太 陽 が 全 く 昇 らない 期 間 が56 日 以 上 もあり, 到 着 した ときは 真 っ 暗 で 昼 頃 の2~3 時 間 空 がわずかに 白 く なる 程 度 であった. 一 転 して 夏 季 は75 日 間 白 夜 が 続 き, 気 温 も 時 には30 前 後 になり 湿 地 帯 にトナカ イや 水 鳥, 野 ウサギ,キツネなどが 見 られるという.' プルトーベイでは 英 国 石 油 とアルコが 隣 接 して 開 発 を 行 っているが, 両 者 で 通 常 期 には 約 1,500 人 の 職 員 が 常 駐 しピーク 時 には 倍 増 するとのことである. 女 性 も 様 々な 職 場 で 多 数 働 いている. 最 初 に 訪 れ た 英 国 石 油 の 中 央 管 理 棟 は 各 地 に 点 在 する 抗 弁 や 各 施 設 の 集 中 管 理 を 行 っているが, 同 時 に 居 住 空 間 となっている. 管 理 棟 は 雪 原 の 中 に 細 長 い 建 物 をい くつもつなげたような 構 造 になっており, 中 は 暖 房 完 備 で 快 適 な 環 境 が 保 たれている. 管 理 棟 の 広 さは2 万 平 方 メートル 近 くあり, 図 書 館 やサウナなどのほか バレーボールやバスケットのコートやプールなどの 設 備 があり 様 々な 運 動 ができるようになっている.ここ 第 6 図 石 油 の 掘 削 には500 人 程 度 が 宿 泊 できるとのことである. 冬 季 は 見 渡 す 限 りの 広 大 な 雪 原 であり,その 中 にアラス カを 縦 断 するパイプラインの 起 点 となっているポン プステーション1, 巨 大 な 発 電 所 群, 生 産 升 およびガ ス 分 離 施 設 ( 第 5 図 ), 石 油 を 掘 削 する 掘 削 リグ( 第 6 図 )が 点 在 している. 4 アラスカにおける 天 然 ガスハイドレート アラスカにおいてガスハイドレートが 分 布 している と 考 差 られているのはノーススロープのプルトーベ イからクパルタリバーにかけてと 隣 接 するNaticma1 PetroleumReserves-A1aska(NPRA)の 陸 域 の 凍 土 地 帯,およびボーフォート 海 からべ 一 リング 海 の 太 平 洋 岸 にかけての 広 大 な 海 域 である. ノースス 回 一 プの 北 極 海 沿 岸 部 の 平 坦 地 にはガス ハイドレートが 広 1く 分 布 しているとされ, 様 々な 検 層 や 地 震 探 査, 掘 削 により 詳 細 なデータが 得 られてい る.しかしながら 実 際 にこの 地 域 にハイドレートが 存 在 することが 確 認 されたのは1972 年 にクパルタリバ ーのノースアイリーン2 号 井 の 深 度 664mから667m でハイドレートコァが 回 収 されたことによってであり, 現 在 に 至 るまでこれ 以 外 ではコアが 回 収 されたとい う 報 告 はない.これらの 地 域 のガスハイドレート 中 の 天 然 ガスの 埋 蔵 量 は1.0 兆 m3から1.2 兆 m3と 推 定 さ れ,これはプルトーベイの 在 来 型 の 天 然 ガス 資 源 量 の2 倍 である. 第 7 図 に 本 坑 井 におけるガスハイドレ ートの 安 定 領 域 の 温 度 圧 力 条 件 を 示 す. 安 定 領 域 を 決 める 主 要 なファクターは 地 殻 熱 流 量 とガス 組 成 で ある. 図 に 示 したようにガス 組 成 がプロパンになる と 安 定 領 域 は 広 くなる.メタン100%として 安 定 領 域 1997 年 2 月 号

4 一 70 一 今 井 登 巨 MPERATUR 直 (oc) 工 900 ト 缶 儬 一 20 一 てOO O O 0 1 ` 一. 書 言 I.S 榊 き へ. 葛 ε 300 他 00 HT oo 甲 oooo 一 着 oo 一 L 㘰 伭 汃 㠉 उ 工 〇 三 島 1 言 `o' 一 〇 ω 1, 900! 妻 Ge0 肺 6mO C 咀 d1eo, 湘 鴫 て 200 朽 OO 忌 亀., 冊 ` 田 2 व उउ て800 2 第 7 図 ヒ コ 㔰 10 O 侶 00 偓 椀 欄 〱 他 000 ㄶ ω 国 コ ω ω 則 匡 虹 m 代 kpa ノースアイリーン2 号 井 におけるガスハイドレートの 安 定 領 域. 氷 結 した 永 久 凍 土 の 基 底 の 上 の 地 熱 勾 配 は1.9 /100mで,それより 下 は3.2 /100m(ColIetetal.,1988による) 162 個 160 国 158 国 薗 50 国 国 㜱 㜰 6 評 68 臼 ψ 〆 ヒ コ 400 が ) 榊 が 伸 亭 鋤 伽 均 300β. 賜 少 許 プルトーベイ P 月 リ0μ0E 礀 ち a 夢 䨰 像 1 㠀 〱 歭 崀 第 8 図 ノーススロープ 中 央 部 におけるメタンハイドレートの 安 定 領 域 層 原 図 (Co11et,1993による) の 計 算 からメタンガスハイドレートの 厚 さを 計 算 して 作 成 した 等 厚 線 図 は 第 8 図 のように 示 される.これ によるとハイドレート 層 の 厚 さはNPRAの 東 側 の 沿 岸 平 野 部 で500m,プルトーベイからクパルタリバーで 最 大 1,000m 以 上,NP 艮 Aの 大 部 分 と 丘 陵 地 域 では 500m 以 下 となっている. Co11etらはノーススロープの445 坑 井 の 検 層 結 果 を 解 析 し,50 坑 井 でガスハイドレートの 存 在 を 推 定 地 質 ニュース510 号

5 アラスカ ノースス 回 一 プ 油 田 とメタンハイドレート 一 71 一 䐶 倭 桻 洩 漀 南 䭵 偡 牵 歒 楶 敲 佮 椭 䭵 偡 牵 歒 椢 㥲 畮 楴 汃 ⴸ 久 No 了 一 hwes-eii6ei1sta-e-2 卯 愀 ヒ コ 㐰 㔰 㘰 㜰 㠰 㤰 ξ 芝 1ξ 9 幸 斗 み 蕊 如 ト 平 11 芳 デヘ ーシ 㜀 亡 ' 一. ハイドレート 安 定 8 榊 h ξ ~drat65.abi1i1ヅi81d ξ づふ 閥 ξ 騒 11ハ/11-1 贋 11 一 ガ1 永 久 凍 土 層 の 基 底 第 9 図 クパルタリバーからプルトーベイにかけての 坑 井 断 面 図.ガスハイドレート 層 はAからFで 示 されている (Co11et,1993による) した.このときのガスハイドレートが 存 在 する 判 定 条 件 は 水 と 比 べて 高 い 電 気 抵 抗 ( 約 50 倍 ), 早 い 音 波 速 度, 著 しい 量 のフリーガス(50-100ppt),2 坑 井 以 上 の 連 続 性 によっている. 第 9 図 にノースアイリーン2 号 井 を 含 むこの 地 域 の 坑 井 とハイドレート 層 の 対 比 を 示 す.これによれば ガスハイドレートはクパルタリバーからプルトーベイ にかけて 横 方 向 に 連 続 した6 層 の 砂 岩 および 礫 岩 層 (AからF) 中 に 形 成 されその 下 にはフリーガスの 集 積 が 認 められる.ガスハイドレートが 形 成 されてい る 岩 石 層 は 比 較 的 孔 隙 率 が 大 きく,ハイドレートはこ の 中 に 分 散 していると 考 えられている. 坑 外 データ より 推 定 されたハイドレートとフリーガスの 分 布 を 第 10 図 に 示 す.A 層 はクパルタリバーの 南 東 部 までの 394km2の 規 模 で 広 がり,ガスハイドレート 層 の 厚 さ は9mから27mで, 永 久 凍 土 層 の 基 底 下 部 に 生 じて いる.B 層 は 永 久 凍 土 層 の 下 部 に 形 成 されており, 分 布 面 積 は122km2, 厚 さは3mから18mである.ま たA 層 と 同 様 にハイドレート 層 の 下 方 にはフリ ガス 層 があると 考 えられる. 検 層 とコア 分 析 からハイドレ ート 層 の 孔 隙 率 は22-48%,ハイドレート 飽 和 率 は 85%と 推 定 される. また, ノーススロープのハイドレートに 伴 う 炭 化 水 素 ガスの 起 源 については, 炭 素 同 位 体 比 ( 一 49% ) およびガスの 組 成 (メタン:83-88%,エタ!:5-7%, プロパン:1-2%)より 生 物 起 源 のガスと 地 下 深 部 の 熱 分 解 ガスが 混 在 していると 考 えられる.このよ うなガスが 地 層 断 層 面 に 沿 って 上 方 に 移 動 してガ スハイドレートが 直 接 形 成 されたか,または 一 旦 トラ ップに 集 積 した 後 にハイドレートになったと 考 えら 1997 年 2 月 号

6 一 72 一 今 井 登 ニニニ アール ぺ 千 箏 1 70 日 30'. 暫 0η. ブ. タノ 六 ルクリバートン 念 70 15' COMP S reofun SA 一 戸 ミリ 卿 㔀 プルトーベイ1 }.'!フリーガス... 朴 98S. '.! シ カスハイドレート 䝡 獨 祤 牡 瑥 涼 〵 䭍 一 一 一 一 〳 䵬 第 10 図 クパルタリバーからプルトーベイにかけてのガスハイドレートとフリ ーガスのAからFの 各 ユニットの 分 布 の 合 成 因 (Co11et,1993による) れる. 現 在 のところ 天 然 ガス 資 源 の 豊 富 な 来 園 では,コ スト 面 から 必 ずしもガスハイドレートに 対 して 関 心 は 高 くない. 従 ってノーススロープ 地 域 ではガスハイド レートの 開 発 に 対 して 特 別 な 関 心 は 払 っていないと のことである.むしろ 現 在 は 再 圧 入 している 天 然 ガ スを, 近 い 将 来 日 本 をはじめとするアジア 太 平 洋 地 域 に 輸 出 することを 目 指 して 西 方 の 太 平 洋 岸 の 港 までパイプラインを 引 きそこから 砕 氷 液 化 天 然 ガス (LNG) 船 により 輸 出 する 計 画 を 立 てている. 資 源 の 少 ない 日 本 でこそガスハイドレートの 開 発 に 対 す る 進 展 が 大 いに 期 待 されている. 謝 辞 : 本 原 稿 は 石 油 公 団 のメタンハイドレート 海 外 調 査 においてアラスカ プルトーベイ 地 域 の 調 査 を 行 ったことによる. 関 係 する 石 油 公 団 の 方 々および 現 地 の 英 国 石 油 株 式 会 社,アラスカ 大 学 の 皆 様 に 感 謝 します. 参 考 文 献 松 本 良 奥 田 義 久 青 木 登 (1994): メタンハイドレート, 日 経 サイエンス 社,p ,253p. BPExplorationandARCOAlaska,Inc.(1995): Arctic 〇 三 1", ヒ ル 瀭 Co11etT.S.,Bird,K.J.,Kvenvolden,K A andmagoon,l B 㤸 㠩 㩇 敯 汯 杩 捩 湴 敲 牥 污 瑩 潮 獲 敬 慴 楶 整 潧 慳 桹 摲 慴 敳 睩 瑨 楮 瑨 敎 潲 瑨 匱 潰 敯 晁 污 獫 愮 啓 䝓 佰 敮 ⵆ 楬 敒 数 琮 Ⰰ 㠸 ⴳ 㠹 ⰱ 㔰 瀮 䍯 ㄱ 整 呓 䉩 牤 ⱋ 䭶 敮 癯 汤 敮 ⱋ 湤 䵡 杯 潮 ⱌ 㤹 〩 㩃 桡 牡 捴 敲 楺 慴 楯 湯 晨 祤 牯 捡 牢 潮 条 獷 楴 桩 湴 桥 獴 牡 琺 杲 慰 桩 挽 湴 敲 癡 汯 晧 慳 祤 牡 瑥 獴 慢 楬 楴 祯 湴 桥 乯 牴 栀 卬 潰 敯 晁 污 獫 愮 䅰 瀱 楥 摇 敯 捨 敭 楳 瑲 礬 㔬 㤭 㜮 Co11etT.S.(1993):NaturalgashydratesofthePrudhoeBay 副 nd 䭵 灡 牵 歒 楶 敲 慲 敡 ⱎ 潲 瑨 卬 潰 攬 䄭 慳 歡 浥 爮 䅳 獯 挮 健 瑲 潬 畵 㜷 ⰷ 㤳 ⴸㄲ GoushaH.M.(1993): 杣 aska",15columbuscirc1e,newyork. IM 細 Noboru(1997):MethanehydratesintheNorth 卬 潰 敯 晁 污 獫 愮 く 受 付 :1996 年 12 月 17 日 > 地 質 ニュース510 号