Identification of pathways for hydrogen gas migration in fault zones with a discontinuous, heterogeneous permeability structure and the relationship to particle size distribution of fault materials

断層破砕帯での水素ガス移行経路と断層内物質の粒径分布との関係

丹羽 正和   ; 黒澤 英樹; 島田 耕史   ; 石丸 恒存 ; 小坂 英輝*

Niwa, Masakazu; Kurosawa, Hideki; Shimada, Koji; Ishimaru, Tsuneari; Kosaka, Hideki*

地層処分の安全性を確保するためには、活断層からの適切な離間距離を設定することが重要な課題となる。断層破砕帯の力学的・水理学的影響を把握するための定量的な指標として、断層破砕帯から放出される水素ガスに着目し、これらの放出量と破砕物質の粒度組成の相関について検討した。その結果、水素ガス原位置測定結果は、粘土で充填された断層コアよりも、クラックの多いダメージゾーンの方が水素ガスの移行経路になりやすいことを示し、粒度分析の結果は、水素ガス濃度の高い花崗岩カタクレーサイトで細粒物質の割合が高くなることを示した。これらは、花崗岩カタクレーサイトでは粒子同士の粘着性が低く、細粒に分解されやすい、すなわち、流体の移行経路になるような微小割れ目・弱面が非常に多いことを示唆している。

Previous studies have reported that high concentrations of H gas are released from active fault zones. Experimental studies suggest that the H gas is derived from the reaction of water with free radicals formed when silicate minerals are fractured at hypocenter depths during fault activities. Based on the H gas measurements and the particle size distribution analyses, the deep-seated H gas is considered to have migrated in permeable damage zones mostly by advection with groundwater. Multipoint H gas measurement will be effective in delineating qualitatively, variations in permeability of regional structures.