堆積岩中のイオン交換反応の数値モデル化と天然への適用

Numerical modelling of ion exchange reactions in sedimentary rocks and its application to natural systems

阿部 健康  ; 石井 英一   

Abe, Takeyasu; Ishii, Eiichi

一般産業廃棄物・放射性廃棄物の処分、CO地下固定など、地下環境の工学的利用にあたり続成作用の理解が重要であり、われわれは堆積岩試料の反応輸送解析を進めている。ここでは北海道北部天北地域に産する幌延泥岩を対象とし、淡水による化石海水洗い出し過程における交換性陽イオン組成の順解析的定量化を目指してActive fraction modelによりイオン交換反応を数値モデル化した。イオン交換反応の平衡定数を土壌と同様の値として行った計算の結果、Na脱着とCa吸着が起こることが予想された。この結果は、先行研究で報告されているボーリングコアの化学組成において、浅部領域のデータに認められるNaO/AlOの相対的な低下とCaO/AlOの相対的な増加の傾向を定性的に支持するものである。今後モデルを改良して反応輸送解析を実施し、交換性陽イオン組成の変化に対するバルク化学組成の応答を定量的に調べ、観測結果に整合するイオン交換の平衡定数を見積もる。その結果から、幌延泥岩のイオン交換特性について定量的に議論すると共に、地下水質形成における堆積岩-水相互作用の役割を明らかにする。

Understanding of diagenesis is important for engineering use of underground environments for example industrial and radioactive waste management, CO storage, and so on. Authors have been developing numerical model of reactive transport in sedimentary rocks. In order to analyse ion exchange reactions during freshening process of fossil seawater in Horonobe mudstones, active fraction model was adopted. Exchangeable cationic composition was simulated under the assumption of static exchange reactions. Our calculation revealed that Na-desorption and Ca-adsorption will occur when exchange parameters of the rocks are assumed to be those of soils. This result is qualitatively consistent with observed depth profile of bulk composition. We try to calculate bulk compositional profiles by coupled modelling between ion exchange reactions and advective-dispersive transport of solutes, and will quantitatively discuss ion exchange parameters inherent in Horonobe mudstones.