Assessment of the level of activity of advective transport through fractures and faults in marine deposits by comparison between stable isotope compositions of fracture and pore waters

亀裂水と間隙水の安定同位体比を用いた海成堆積岩中の亀裂および断層に沿った移流輸送の程度の評価

望月 陽人  ; 石井 英一   

Mochizuki, Akihito; Ishii, Eiichi

断層や割れ目を通じた移流の程度を評価することは、放射性廃棄物の地層処分を進めるうえで必要不可欠である。本研究では、幌延地域に掘削された4本のボーリング孔から取得された亀裂中の水と間隙水とで安定同位体比(D、O)を比較することにより、亀裂を通じた天水の移流が生じているか否かを評価した。2本のボーリング孔の浅い領域では、間隙水に比べて亀裂水のほうがより天水に近い同位体比を示した。一方、これらのボーリング孔のより深い領域と、残り2本のボーリング孔のすべての試料採取深度では、亀裂水と間隙水の同位体比は類似していた。これらの結果から、天水の移流は、天水による化石海水の希釈が進んでいる浅い領域でのみ生じていることが示唆される。この解釈は、同位体比の値やトリチウムの分布とも整合的であり、現在の天水の混入は移流が生じている浅い領域のみに限定される。浅い領域と深い領域とで移流の程度が異なるのは、海水準の変化に伴う氷期と間氷期での動水勾配の違いによるものと考えられる。割れ目の水理学的な連結性が高くても、海水準が大規模に低下し動水勾配が上昇するようなことがない限りは、割れ目を通じた移流は生じないままであることが示唆される。

Assessment of the level of activity of advective transport through faults and fractures is essential for guiding the geological disposal of radioactive waste. In this study, the advective flow (active, inactive) of meteoric water through fractures is assessed by comparing stable isotopes (D and O) between fracture and pore waters obtained from four boreholes in marine deposits in the Horonobe area, Japan. At 27-83-m depth in one borehole and 28-250 m in another, the isotopic compositions of pore and fracture water reflect mixing with meteoric water, with stronger meteoric-water signatures being observed in the fracture water than in pore water of the rock matrix. At greater depths in these boreholes and at all sampling depths in the other two studied boreholes, the isotopic compositions of fracture and pore waters are comparable. These results suggest that the advective flow of meteoric water is active at shallow depths where fossil seawater is highly diluted in the two boreholes. This interpretation is compatible with the occurrence of present or paleo meteoric waters and tritium, whereby present meteoric water and tritium are limited to those depths in the two boreholes. This difference in the level of activity of advective flow is probably because of the glacial-interglacial difference in hydraulic gradients resulting from sea-level change. Although fractures are hydraulically connected to the surface through the sedimentary rock, advective flow through them is inferred to remain inactive so long as sea level does not fall substantially.