X-ray CT observations and geochemical modeling of bentonite alteration by hyperalkaline fluids

高アルカリ性水溶液によるベントナイト変質に関するX線CT観察及び地球科学モデリング

中林 亮*; Elakneswaran, Y.*; 佐藤 努*; 小田 治恵  ; 米田 哲朗*; 金子 勝比古*

Nakabayashi, Ryo*; Elakneswaran, Y.*; Sato, Tsutomu*; Oda, Chie; Yoneda, Tetsuro*; Kaneko, Katsuhiko*

本研究の目的は、ベントナイトと高アルカリ性水溶液との相互作用によって生じるベントナイト変質過程を調べるためにX線CTによる微小構造解析法を開発し、その結果を用いて変質過程の地球化学モデルの妥当性を確認することである。80Cでの通水式ベントナイト変質実験(pH=13.5 at 25C、実験期間180日)を行い、X線CTによるその場解析を実施した。また、地球化学反応輸送解析コードPHREEQCを用いて、実験シミュレーションを実施した。この結果、ベントナイト中に生成した二次鉱物(アナルサイム)を、経時的なX線CT観察で確認することができ、また、画像解析によって定量化することができた。地球化学反応輸送解析によって計算されたアナルサイムの生成量(体積)の時間依存性は、X線CTによって得られた結果をおおよそ再現できることがわかった。また、モデル計算により排水液中の溶存Si及びAl濃度を再現できた。

The objective of this study is to develop a microstructural analysis method by X-ray CT to track the alteration process arising from bentonite and hyperalkaline fluid interactions as a function of time and to use these data to underpin a geochemical model of the alteration process. Advective alteration experiment of bentonite was performed at 80 C (pH = 13.5 at 25 C) for 180 days and in-situ analysis by X-ray CT during the experiment was conducted. The geochemical reactive transport code PHREEQC was used to simulate the results of the experiments. Consequently, the formation of secondary minerals (analcime) in the bentonite could be confirmed by X-ray CT at different times and quantified by X-ray CT images analysis. The predicted time-dependency of volume of analcime by a geochemical reactive transport model became consistent with the results obtained by X-ray CT analysis, and the concentration of dissolved Si and Al in the output solution could be replicated.