Groundwater colloid properties in sedimentary rocks; Preliminary results from the Horonobe URL

堆積岩中の地下水コロイドの特性; 幌延地下研究所における予察的結果

笹本 広   ; 小原 滋*

Sasamoto, Hiroshi; Ohara, Shigeru*

本研究は、堆積岩が分布する幌延地下研究所において、地下水中のコロイド特性を評価する手法開発の一環として行なった。試料に与える擾乱の影響を低減しつつ、地下水中のコロイドの粒径分布や濃度評価を行うため、動的光散乱法を改良した粒子追跡解析法(PTA法)を適用した。試料としては、立坑内に設置された集水リング(4試料)、および坑道内から掘削されたボーリング孔(6試料)から地下水を採取した。測定の結果、11000nmの粒径のコロイド粒子濃度は、9.110 7.810pt/mL、コロイド質量濃度は、3.410 4.2mg/Lと各々見積もられた。コロイド濃度は、集水リングから採取された地下水の方がボーリング孔から採取された地下水よりも多く、採水条件(状態)の違いが影響していると推察された。100nmよりも大きい粒径のコロイドについて、DLVO理論に基づき、コロイドの安定性を評価した。その結果、100nmよりも粒径の大きいコロイドは不安定である(凝集が生じ得る)と推定された。そこで、コロイド粒子濃度とコロイド質量濃度を再評価したところ、100nmよりも粒径の小さいコロイドの粒子濃度は、5.810 3.010pt/mLであり、質量濃度は、2.010 1.310mg/Lと見積もられた。さらに、再評価された結果に基づけば、コロイド濃度と地下水のイオン強度の間には負の相関関係があることが確認された。

In the present study, a non-destructive technique using Particle Tracking Analysis (PTA) has been tested to determine size distribution and concentration of colloids in groundwater. The groundwaters were sampled from water-rings (4 samples) located in the vertical shafts and boreholes (6 samples) drilled in the drifts of the Horonobe URL. Results suggest that colloid particle concentrations range from 9.110 to 7.810 particle/mL (pt/mL) and the estimated colloid mass concentrations range from 3.410 to 4.2 mg/L for the diameter of 1 to 1000 nm, respectively. Colloid concentrations of groundwater sampled from water-rings are generally higher than those sampled from boreholes due to differences in groundwater sampling conditions. For sizes 100 nm of particles, colloid stability was evaluated on the basis of DLVO theory. DLVO theory predicts that particle sizes 100 nm would be unstable (i.e., coagulation could occur). Particle and mass colloid concentrations in the groundwater were therefore reevaluated to obtain the reliable colloid particle concentrations range from 5.810 to 3.010 pt/mL and colloid mass concentrations range from 2.010 to 1.310 mg/L for the diameter range 100 nm, respectively. Furthermore, the reevaluated results indicate a negative correlation between colloid concentrations and IS of groundwater.