Constant-head step-injection tests using a conventional straddle-sliding-packer system for investigating the shear capabilities of minor faults

小断層のせん断コンプライアンスを調べるためのスライド式ダブルパッカーを用いた定圧段階注水試験

石井 英一   

Ishii, Eiichi

高レベル放射性廃棄物の地層処分において、処分場の母岩中に存在し得る小規模な断層のせん断コンプライアンスを調べることは、それらの断層が廃棄体の熱的影響によって弾性的にずれて廃棄体に損傷を与える可能性があることから重要である。本研究は、小規模な断層のせん断コンプライアンスを調べるための手法として、スライド式ダブルパッカーを用いた定圧段階注水試験の適用性を検討するために、本方法を珪質泥岩中の二つの隣接する小規模な断層に適用した(厚さ数センチの断層角礫を伴う断層Aと厚さ数ミリ以下の断層角礫を伴う断層B)。試験の結果、断層Aはせん断コンプライアンスが高いのに対し、断層Bは未固結な断層岩を伴うにもかかわらず低いせん断コンプライアンスを有することが分かった。断層Aは区間圧が4.1から4.3MPaまで上昇すると15-66mmの弾性的なせん断変位が発生し、せん断コンプライアンスは10mm/MPa以上であった。一方で、断層Bは粘着力を有しており、区間圧を4.0から6.0MPaまで増加させてもせん断変位が検出されず、せん断コンプライアンスは10mm/MPa以下であった。本研究で推定されたせん断コンプライアンスは既報の室内実験の結果と整合し、今回適用した手法が小規模な断層のせん断コンプライアンスを調べるのに利用できることが確認できた。

Low-permeability rock is suitable as a host rock of an underground repository for radioactive waste disposal, but small faults may develop there. Investigating the shear capabilities (= shear compliances) of those faults is crucial as they could elastically shear by the waste's thermal effect to damage to the waste's engineered barriers. The present study performed constant-head step injection tests combined with a recently developed packer-pressure-based extensometer method for assessing the applicability of this method as a method to investigate the shear capabilities of small faults. Two neighboring small faults (faults A and B) in a siliceous mudstone were tested. The results showed that the shear capability is high for fault A with centimeters-thick fault breccia but low for fault B with millimeters or less-thick faut breccia despite containing an incohesive fault rock. As for fault A, an elastic shear displacement occurred during injection and reached to 15-66 mm when the test-section pressure increased from 4.1 MPa to 4.3 MPa, where the shear capability was on the order of 10 mm/MPa or more. Fault B had a cohesion, and no shear displacement was detected even when the test-section pressure increased from 4.0 MPa to 6.0 MPa; the shear capability was on the order of 10 mm/MPa or less. The estimated shear capabilities were consistent with results from previous laboratory experiments, and the applied method is useful to investigate the shear capabilities of small faults.