孔隙率・浸透率計算ツールの使い方
孔隙率・浸透率計算ツールは、多孔質媒体に関する2つの重要な物理量（体積測定に基づく「孔隙率・空隙率」と、水理実験データに基づく「ダルシー浸透率」）を簡単に試算できるオンラインツールです。
- 孔隙率（空隙率）の計算モード: 飽和法や気体膨張法などで測定した孔隙体積 $V_p$ と、試料の全体積（全容積） $V$ を入力します。ツールが小数およびパーセンテージ（%）表示で孔隙率 $\Phi$ を自動計算します。
- 浸透率（ダルシーの法則）の計算モード: 定水位透水試験などの実験条件に基づき、試料長 $L$、断面積 $A$、差圧（圧力降下） $\Delta P$、および通過流量 $Q$ を入力します。
- 流体の動粘度・粘性係数 $\mu$ の設定: 20 ℃の純水（約 $1.002 \times 10^{-3} \text{ Pa}\cdot\text{s}$）や、地下水、地層水、原油などの粘性係数を入力します。
- 浸透率 $k$ の確認: SI単位の $\text{m}^2$ と、資源工学・地質工学で標準的に用いられるミリダルシー（$\text{mD}$）に自動換算された値の両方を確認できます。
- コゼニー・カルマンの法則との比較: 結果パネルには、入力された孔隙率から推定される参考指標（Kozeny–Carman式に基づく指標値）も提示され、測定値の評価に役立ちます。
計算式と理論背景 — 孔隙率とダルシーの法則
本ツールでは、物質の幾何学的な体積比である**孔隙率（Porosity）の定義式と、多孔質体中の流動を表すマクロなダルシーの法則（Darcy’s Law）**を組み合わせて使用しています。
Φ = V_p / V （孔隙率・空隙率の定義）
k = Q · μ · L / (A · ΔP) （ダルシーの法則による浸透率）
k_mD = k / (9.869233 × 10⁻¹⁶) （m² からミリダルシーへの換算）変数と単位一覧
| 記号 | 物理量の意味 | SI単位 |
|---|---|---|
| $\Phi$ | 孔隙率 / 空隙率（Void fraction） | —（無次元） |
| $V_p$ | 孔隙体積（隙間の容積） | $\text{m}^3$ |
| $V$ | 全体積（バルク容積） | $\text{m}^3$ |
| $k$ | 固有浸透率（透過率） | $\text{m}^2$ |
| $Q$ | 体積流量 | $\text{m}^3/\text{s}$ |
| $\mu$ | 流体の動的粘性係数 | $\text{Pa}\cdot\text{s}$ |
| $L$ | 流れ方向の試料長 | $\text{m}$ |
| $A$ | 流れに垂直な断面積 | $\text{m}^2$ |
| $\Delta P$ | 圧力差（圧力降下） | $\text{Pa}$ |
各種地質材料の一般的な浸透率・孔隙率の目安
- 砂利（砂礫）: 浸透率 $10^4 \sim 10^5 \text{ mD}$、孔隙率 $30 \sim 40%$
- 洗浄砂（中砂・粗砂）: 浸透率 $10^2 \sim 10^3 \text{ mD}$、孔隙率 $30 \sim 35%$
- 石油貯留層砂岩: 浸透率 $10 \sim 500 \text{ mD}$、孔隙率 $5 \sim 30%$
- 緻密砂岩（タイトガス層）: 浸透率 $< 0.1 \text{ mD}$、孔隙率 $3 \sim 10%$
- 頁岩（シェール）: 浸透率 $10^{-6} \sim 10^{-3} \text{ mD}$、孔隙率 $1 \sim 10%$
- 花崗岩（新鮮岩）: 浸透率極小、孔隙率 $< 2%$
孔隙率・浸透率計算の主な活用事例
- 石油・天然ガス資源の貯留層評価: コアプラグ試片の室内実験データから、地層の生産性や流体挙動、流出速度を評価。
- 水文地質学・地下水解析: 透水試験データから透水係数（Hydraulic Conductivity）および固有浸透率を求め、地下水流動・汚染物質輸送モデルに入力。
- 土木工学・地盤工学: 堤防やダムの裏込め材・フィルター材の透水規格検証を行い、パイピング破壊やパイプ状侵食を防止。
- 環境保全・土壌汚染対策: 飽和・不飽和帯における有害物質の拡散・移行速度を算出し、揚水浄化や遮水壁の設計に活用。
- 建築材料・耐久性診断: コンクリート、モルタル、断熱材、防水シートの水蒸気・水分透過性を評価し、劣化予測や建築エネルギー計算に利用。
- デジタルロックフィジックス（岩石物理学）: 孔隙率・浸透率の測定値と弾性波速度（地震波速度）を照合し、構成モデルのキャリブレーションを実施。