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地質環境長期安定性評価確証技術開発,6; 炭酸塩鉱物測定技術

Geosphere stability project, 6; Chronological and chemical analyses of carbonate minerals

渡邊 隆広; 國分 陽子; 村上 裕晃; 横山 立憲; 雨宮 浩樹; 水野 崇; 久保田 満; 岩月 輝希

Watanabe, Takahiro; Kokubu, Yoko; Murakami, Hiroaki; Yokoyama, Tatsunori; Amamiya, Hiroki; Mizuno, Takashi; Kubota, Mitsuru; Iwatsuki, Teruki

地質環境の長期安定性を評価するためには、過去の地質環境の変動幅を把握し、その結果に基づいて将来の変動幅を推定するといった手法の構築が必要である。このためには、過去の地下水の流動特性や化学的条件(酸化還元電位やpH)を把握することが必要である。これまでに地下水の化学組成に基づいて、地下水の滞留時間を評価する試みが行われてきたが、過去の地下水の化学的条件の変遷を連続的に把握することは困難であった。一方、地下水から沈殿した炭酸塩鉱物は、沈殿当時の年代と化学的状態を示す成分(例えば、ウラン, 鉛, 鉄や希土類元素の相対量など)を保持している可能性が高い。岩盤中の割れ目を充填する炭酸塩鉱物を古環境指標として活用するためには試料の局所領域を数十マイクロメートル以下で分析可能なレーザーアブレーション付き誘導結合プラズマ質量分析装置(LA-ICPMS)が有効である。本技術開発においては、日本原子力研究開発機構土岐地球年代学研究所に導入したLA-ICP質量分析計を用いて、炭酸塩鉱物の局所領域のU-Pb年代測定について技術基盤の構築を進めた。さらに、過去の化学的状態を復元するため、炭酸塩鉱物と地下水間の鉄の分配係数をもとにした酸化還元電位推定手法の適用性を検討した。

Chronological and geochemical studies of fracture filling calcite in rocks provide the information for changes in geochemical condition, such as redox potential and pH in geological environments. Because the calcite can be found as common filling minerals in the natural samples, age zoning and spatial distribution of chemical composition in the calcite could be a wide-use indicator to reconstruct the past environmental changes. Radiometric (U-Pb) dating in a micro scale area (less than 10 micrometer) on the filling mineral surface by laser ablation-inductively coupled plasm mass spectrometry system (LA-ICPMS) has been applied to geological samples. Additionally, past redox potential has been estimated by Fe contents in the carbonates, which is based on the distribution coefficient of Fe between calcite deposit and groundwater. In this study, we evaluated the possibility of in-situ radiometric dating for the filling minerals by LA-ICPMS and redox potential reconstruction by the theoretical calculation using the distribution coefficient.

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