Estimation of palaeohydrochemical conditions using carbonate minerals

炭酸塩鉱物を用いた古地下水環境の推定

雨宮 浩樹; 水野 崇   ; 岩月 輝希  ; 湯口 貴史; 村上 裕晃  ; 國分 陽子   

Amamiya, Hiroki; Mizuno, Takashi; Iwatsuki, Teruki; Yuguchi, Takashi; Murakami, Hiroaki; Kokubu, Yoko

放射性廃棄物の地層処分において、地下深部の長期的な地球化学環境の変遷を推定することは重要な課題となっている。長期的な地球化学特性の変遷の調査解析は、地下水の滞留時間の範囲内においては、地下水を分析することにより直接的に地球化学的特性を把握することが可能である。一方、地下水の滞留時間を超える時間スケールを対象とする場合においては、過去の地球化学特性を反映した地下水を直接採取することができないため、地下水から沈殿した二次鉱物を利用し地球化学的特性(温度、塩分濃度、pHおよび酸化還元電位)を推測することが有効な方法のひとつである。演者は炭酸塩鉱物を用いて過去の地下水の地球化学特性を推定し地下深部における地球化学的条件の把握を試みたこれまでの研究をレビューした。その結果、炭酸塩鉱物沈殿時の地下水の温度と塩分濃度は定量的に評価できる一方、pHおよび酸化還元電位は定性的な評価しかできていないが、炭酸塩鉱物中のマンガン,鉄,ウランなどの重金属や希土類元素の含有量を用いて酸化還元電位を定量的に推定できる可能性が示唆された。

The long-term evolution of geochemical environment in deep underground is indispensable research subject for geological disposal of high-level radioactive waste. Many researchers have made efforts previously to elucidate the geochemical environment within the groundwater residence time based on the analysis of the actual groundwater. However, it is impossible to estimate the geochemical environment for the longer time scale than the groundwater residence time in this method. In this case, analysis of the chemical properties of secondary minerals are one of useful method to estimate the past hydrochemical characteristics (temperature, salinity, pH and redox potential). We reviewed the previous studies on carbonate minerals and geochemical conditions in deep underground and estimated the hydrochemical characteristics of past groundwater by using carbonate minerals in crystalline rock at Tono area, Japan. As a result, it is found that temperature and salinity of the groundwater during crystallization of carbonate minerals were evaluated quantitatively. On the other hand, pH and redox potential can only be understood qualitatively. However, it is suggested that the content of heavy metal elements such as manganese, iron and uranium, and rare earth elements in the carbonate minerals are useful indicators for estimating redox potential.