Characterization of mineralogical controls on ammonium concentrations in deep groundwaters of the Horonobe area, Hokkaido

北海道幌延地域における深部地下水中のアンモニウムイオン濃度の鉱物学的支配に関わる特徴

笹本 広   ; 佐藤 久夫*; Arthur, R. C.*

Sasamoto, Hiroshi; Sato, Hisao*; Arthur, R. C.*

アンモニウムイオンは、還元条件下における深部地下水において重要な成分である。地層中でのセシウムの収着による遅延は、高レベル放射性廃棄物の長期安全性を確保する上で重要な役割を果たす。しかしながら、セシウムの収着は、地下水中に溶存するアンモニウムイオンの様な陽イオンによる収着競合の影響を受ける可能性がある。本研究では、日本における地下水の一例として、幌延で得られた地下水データを対象に、深部地下水におけるアンモニウムイオンの濃度を支配する反応を推定した。鉱物学的調査、地下水データを用いた熱力学的評価および電子線マイクロアナライザを用いた鉱物表面での窒素(N)分布調査により、地下水中のアンモニウムイオンは、カリウム(K)を含む粘土鉱物であるスメクタイト,イライト,イライト/スメクタイト混合層のカリウムと地下水中のアンモニウムイオンのイオン交換反応により濃度が支配されている可能性が示唆された。また、日本における地下水データセットからスクリーニングされた信頼性の高いデータと比較すると、幌延の地下水中のアンモニウムイオン濃度は、ガス田や油田地域の地下水に類似していることも明らかになった。

Ammonium is potentially an important constituent of deep groundwater under reducing condition. The retention of cesium by sorption in geological formations may have an important role ensuring the long-term safety of high-level radioactive waste. Cesium sorption will be affected by competing effects due to dissolve cation likely ammonium in groundwater, however. In the present study, a possible reaction to control of ammonium in deep groundwater was evaluated based on the data selected in the Horonobe as a test case in Japan. Results of investigation of mineralogy, thermodynamic evaluation of groundwaters and the Electron Probe Micro Analysis (EPMA) to identify nitrogen distribution on minerals suggest that the clay minerals bearing potassium, particularly smectite, illite and interstratified illite/smectite, appear to control the ammonium concentration in groundwaters by ion exchange reactions. Additionally, the selected groundwaters in the Horonobe seem to resemble to the gas and oil fields groundwater in the screened dataset in Japan in terms of ammonium distribution.