Long-term stability of fracture systems and their behaviour as flow paths in uplifting granitic rocks from the Japanese orogenic field

変動帯結晶質岩における亀裂の長期安定性と透水性亀裂の挙動

吉田 英一*; Metcalfe, R.*; 石橋 正祐紀; 南 雅代*

Yoshida, Hidekazu*; Metcalfe, R.*; Ishibashi, Masayuki; Minami, Masayo*

高レベル放射性廃棄物の地層処分などの地下施設を建設するうえでは、地下水や物質の移動場の長期的な変遷を評価するために、岩盤中の割れ目ネットワーク構造を理解する必要がある。しかし、変動帯に位置する結晶質岩中における透水性割れ目の長期的な変化や定常性については、理解されていない。これらを明らかにするために、日本に分布する異なる時代に形成された岩体を対象に検討を行った。また、割れ目の形成から充填の過程を明らかにするために、瑞浪超深地層研究所の深度300mで取得したサンプルを用いて、割れ目の幾何学的特徴の整理及び地球化学的検討を行った。形成年代の異なる岩体を対象とした検討の結果、割れ目の形成・充填は、(1)岩体の温度低下に伴う引張割れ目の形成、(2)比較的早い岩体上昇中に発生する熱水循環による割れ目の充填、(3)低温の地下水の循環による割れ目の充填の過程を経ることが考えられた。また、割れ目充填鉱物としての炭酸塩鉱物の炭素同位体組成は、沈殿した地下水の水質ごとに異なり、炭酸塩鉱物沈殿時の地下環境を示している。これらに着目することで、割れ目の形成及び充填に関する詳細なモデルの構築が可能であると考えられる。

In granitic rocks fracture networks provide pathways for groundwater flow and solute transport that need to be understood to assess the long-term performance of deep underground environment. In order to clarify the long-term processes, Japanese plutons of different ages were studied. Detailed investigation of in-situ fracture fillings sampled from a depth of 300 meters was carried out to clarify the fracturing and mineral infilling processes. Different plutons show identical episodes, consisting of: brittle tensile fracturing (Stage I); relatively rapid uplifting accompanied by hydrothermal water circulation that produced fracture fillings (Stage II); and a period of low-temperature meteoric water circulation (Stage III). The paragenesis of carbon isotopic compositions of carbonate minerals show that there were distinct episodes of mineral precipitation. The evolution of fillings identified here enable development of a model of fracturing and persistence of fluid conducting systems.