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亀裂を有する軟岩中の流れと移行現象に関する研究(II) 概要版

Study on Flow and Mass Transport through Fractured Soft Sedimentary Rocks (II) (Summary)

下茂 道人*; 熊本 創*

Shimo, Michito*; Kumamoto, So*

高レベル放射性廃棄物の地層処分サイトの性能評価にあたっては、天然バリアを構成する岩盤中における物質移行特性を適切に評価することが重要である。これまでの研究では、軟岩における物質移行現象に関しては、粒子間間隙を主な移行経路として考えてきた。しかし、亀裂が発達した軟岩においては、亀裂が粒子間間隙よりも卓越した水みちを形成する可能性がある。本研究は、亀裂を有する軟岩中における物質移行特性の解明を目的とし、文献調査等により我が国の軟岩の基本物性について整理するとともに、軟岩試料を対象とした室内試験および解析を行なったものである。昨年度の研究では、自然亀裂を有する軟岩コア試料を対象とした室内試験および解析を主に行ない、その結果、昨年度対象試料においては、亀裂内の移流分散が支配的であり、かつマトリクス拡散による遅延効果が大きいことが明らかになった。本年度の研究では、北海道幌延町にある核燃料サイクル開発機構の幌延深地層研究センターの試錐孔(HDB-6号孔、HDB-7号孔)で採取された珪藻質泥岩コア試料を対象とした室内試験(透水試験、トレーサー試験、拡散試験)を実施し、深度、地層の種類や年代、続成作用等が与える影響について、昨年度に取得したデータも含めて検討した。さらに、コア試料よりも比較的スケールの大きいブロック型の岩体試料を用いた透水試験、トレーサー試験を実施し、試験規模の違いによる水理、物質移行パラメータの変化について検討した。また、岩石亀裂部とマトリクス部の物性値の組み合わせに関するパラメータスタディ等を実施し、亀裂を有する軟岩中の流れと物質移行現象の概念モデルに関する数値解析的検討を行い、岩盤のモデル化手法および解析手法に関する考察を行った。

The objective of this study is to establish a conceptual model for flow and transport in fractured soft sedimentary rock. In this fiscal year, this study was carried out for two tasks: (1) classification of soft sedimentary rocks by literature survey, (2) laboratory experiments on the flow and mass transport using rock specimens obtained at HDB-6 and 7 borehole in Horonobe Deep Underground Research Center. Classification of soft sedimentary rocks is carried out using a database of permeability collected by JNC. In laboratory experiments, core samples of the Tertiary siliceous mud rock obtained from the HDB-6 and 7 borehole, which was excavated in the Horonobe area in this year, were studied. The matrix porosity of intact cores measured by wet and dry weight was ranging from 33% to 41%. The hydraulic conductivities of rock matrix determined by the transient pulse test were in an order of 10-12 m/s. The effective diffusion coefficients obtained from the through diffusion test were 0.8 to 2.5$$times$$10-11 m2/s. This suggested that, in these cores, the flow in the rock matrix is not significant comparing with the flow in fractures, and the matrix diffusion from fractures into rock matrix should cause a significant effect to the mass transport phenomenon. Non-sorbing tracer experiment was conducted in fractured cores. As a tracer, potassium iodide solution was injected at a constant rate and the tracer concentration change during injection was observed at the outlet. The obtained breakthrough curve was interpreted and fitted by using a numerical simulator for flow and mass transport called FRAC3DVS (Therrien et al., 1999), and finally, mass transport parameters are obtained. The result indicates that the matrix diffusion plays an important role for mass transport in the fractured soft sedimentary rocks.

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