シリカ鉱物の相変化に伴う珪藻質泥岩の物性変化と物質移行特性

Mass transport and rock properties of diatomaceous mudstone caused by phase change of silica minerals

原 彰男

Hara, Akio

日本原子力研究開発機構が、北海道の幌延地域で掘削したボーリング孔(HDB-1孔,2孔及び5孔)より採取した、声問層及び稚内層の試料について、細孔径分布測定,空気浸透率測定及び全岩化学組成分析を行い、続成作用に伴う珪藻化石起源のシリカ鉱物の相変化と、声問層及び稚内層の物質移行特性との関連について検討を行った。声問層はオパールA帯に属しており埋没深度の増加に伴う泥岩構成粒子の圧密により、間隙率が低下し透水性が低下するものと考えられる。一方、稚内層においては珪藻化石はオパールCTに相変化する。相変化に伴い間隙中にはクリストバライトなどの微細な結晶が晶出し、半径2040程度の細孔を形成する。これらは、間隙率の低下及び比表面積の増加の要因となり、透水性の低下に寄与している可能性がある。一方、HDB-2孔において声問層と稚内層の地層境界から600m程度下位で採取した試料においては、半径2040の細孔の集中が見られなくなり、半径100付近の細孔が集中するモノモーダルな細孔径分布累積曲線となり、間隙率・浸透率ともに上位層より高くなる傾向にある。声問層及び稚内層において、浸透率はオパールA-CT境界から200300m下位の稚内層において最も低くなる。HDB-2孔においては、稚内層において透水性が最も低くなる深度区間より下位の地層において異常高圧が観測されている。オパールA-CT境界から下位に200300mまでの深度区間の稚内層は、圧力や流体の移動を妨げるシール層としての機能や、物質移行を遅延させる性能を有している可能性がある。

To investigate mass transport and rock properties of diatomaceous mudstone, pore size distribution, chemical composition and air permeability are analyzed on specimens of Koetoi and Wakkanai formation sampled from boreholes HDB-1, HDB-2 and HDB-5 which drilled by Japan Atomic Energy Agency in Horonobe area Hokkaido, Japan. Permeability of Koetoi and Wakkanai formation is related to diagenetic facis changes of diatom fossils. Diatom fossils included in the Koetoi formation are belonging to Opal-A facies. Permeability and porosity of Koetoi formation is decreases by compaction of stratum due to increasing of burial depth. The diagenetic facies of diatomaceous fossil is changes into Opal-CT facies at Wakkanai formation. Macroscopic crystals of Opal-CT, such as cristobalite, are crystallized in the pore of hardshale at Wakkanai formation. Low permeability of Wakkanai formation should be caused by crystallization of these minerals. The feature of cumulative curves indicate pore throat radius concentration about 20 to 40 angstroms should be formed by phase change of silica minerals. These nallow pore throat may be not contribute to transport of ground water. Core specimens sampled 600 depth below the foemation boundary, pore throat ranged around 100 angstrom in radius are concentrated, but pore throats ranged between 20 to 40 angstrom are not observed. Porosity and permeability of these samples are higher than the sample which have pore throat ranged 20 to 40 angstrom. As the result, The lowest permeability is observed in Wakkani formation at 200 to 300m depth the formation boundary. Abnormal high-pressures have been reported more than 200 to 300m beneath the facies boundary of Opal-A and Opal-CT at the boreholes HDB-2 and Kita-kawaguchi SK-1. Wakkanai formation below 200 to 300m depth from Opal-A and Opal-CT boundary has the possibility of functioning as a seal rock, which can keep the high pressure, disturb ground water flow and delay mass transportation.