Evolution of porewater in a Neogene sedimentary formation in the Horonobe area, Hokkaido, Japan: Modeling of burial diagenesis

北海道幌延に分布する新第三系堆積層における埋没続成作用を考慮した一次元数値解析モデルによる間隙水の水質進化

宮川 和也   ; 柏谷 公希*; 小村 悠人*; 中田 弘太郎*

Miyakawa, Kazuya; Kashiwaya, Koki*; Komura, Yuto*; Nakata, Kotaro*

厚い海成堆積層の深部には、地層の堆積時に取り込まれた海水が埋没続成過程で変質したと考えられる地下水(化石海水)が存在することがあり、このような場は、地層の隆起・侵食を経ても天水浸透の影響を受けず、地下水流動が緩慢であると判断される。続成過程ではケイ酸塩からの脱水などにより間隙水の塩濃度の低下などの変化が生じる。しかしながら、鉱物からの脱水反応のみでは水質変化を定量的に説明できず、水質進化の過程が明らかではない。本研究では、埋没過程におけるケイ酸塩からの脱水反応および圧密による間隙水の上方移動を考慮した解析モデルを構築し、埋没過程で生じ得る間隙水の水質進化について検討した。その結果、オパールAから石英に至る脱水反応の影響及び粘度鉱物からの脱水影響を強く受けた水質は、ボーリング調査による観測結果と近い値を示した。本解析結果は、地層の埋没続成過程において形成された化石海水の水質が地層の隆起以降現在まで保存されている可能性を示唆するものであり、化石海水が存在する場の地下水流動が緩慢であることを強く支持するものである。

In the thick marine sediments, groundwater altered from seawater during the burial diagenesis may exist. Such altered ancient seawater will be called fossil seawater. In such a field, groundwater flow is considered extremely slow because it is not affected by the seepage of meteoric water even after the uplift. During diagenesis, dehydration from silicates causes changes such as a decrease in the salinity of the porewater. However, dehydration reactions alone cannot quantitatively explain water chemistry changes. In this study, we developed an analytical model that considers the dehydration reaction from silicates during the burial process and the upward migration of porewater due to compaction and examined the possible evolution of porewater chemistry. The results showed that the water chemistry, which was strongly influenced by the dehydration reaction from opal-A to quartz and from smectite, was similar to the observations from boring surveys. The results suggest that the fossil seawater formed during the diagenesis may have been preserved since the uplift and strongly supports the slow groundwater flow in the area where the fossil seawater exists.