Quantifying the porosity of crystalline rocks by in situ and laboratory injection methods

Mri, A.*; Mazurek, M.*; 太田 久仁雄; Siitari-Kauppi, M.*; Eichinger, F.*; Leuenberger, M.*

Minerals (Internet), 11(10), p.1072_1 - 1072_17, 2021/10

https://doi.org/10.3390/min11101072

The porosity and pore geometry of rock samples from a coherent granodioritic rock body at the Grimsel Test Site in Switzerland was characterised by different methods using injection techniques. Results from in situ and laboratory techniques are compared by applying in situ resin impregnation techniques as well as rock impregnation and mercury injection under laboratory conditions. In situ resin impregnation of the rock matrix shows an interconnected pore network throughout the rock body, providing an important reservoir for pore water and solutes, accessible by diffusion. Porosity and pore connectivity do not vary as a function of distance to brittle shear zones. In situ porosity is about half the porosity value that was determined on rock samples in the laboratory. This could be due to that such samples were affected by artefacts created since core recovery. The extrapolation of laboratory measurements to in situ conditions requires great care and may not be feasible in all cases.

Matrix diffusion and sorption of Cs, Na, I and HTO in granodiorite; Laboratory-scale results and their extrapolation to the in situ condition

舘 幸男; 蛯名 貴憲*; 武田 智津子*; 斎藤 登志彦*; 高橋 宏明*; 大内 祐司*; Martin, A. J.*

Journal of Contaminant Hydrology, 179, p.10 - 24, 2015/08

https://doi.org/10.1016/j.jconhyd.2015.05.003

結晶質岩中の核種移行評価においてマトリクス拡散と収着現象の理解は重要である。スイスのグリムゼル原位置試験場から採取した花崗閃緑岩試料を用いて、Cs, Na, IとHTO(トリチウム水)の拡散・収着挙動が、透過拡散試験とバッチ収着試験により調査された。得られた実効拡散係数(De)は、Cs, Na, HTO, Iの順となった。容量因子()と分配係数(Kd)も、同様の傾向を示した。Cs, Naに対する二重プロファイルは、試料表面部のKdの増加によって解釈され、表面分析によって試料表面部の擾乱を受けた黒雲母鉱物の高い間隙率と収着容量の増加に起因することが確認された。二重プロファイルから得られたKdは、バッチ収着試験で得られた粉砕試料のKdの粒径サイズ依存性と関連付られた。グリムゼル試験場で実施された原位置長期拡散試験で得られた試験結果は、室内実験結果とそれらの原位置条件への外挿によって推定された移行パラメータによって良好に解釈された。

Modeling of an in-situ diffusion experiment in granite at the Grimsel Test Site

Soler, J. M.*; Landa, J.*; Havlov, V.*; 舘 幸男; 蛯名 貴憲*; Sardini, P.*; Siitari-Kauppi, M.*; Martin, A. J.*

Materials Research Society Symposium Proceedings, Vol.1665, p.85 - 91, 2014/09

https://doi.org/10.1557/opl.2014.632

マトリクス拡散現象は結晶質岩中の核種移行遅延プロセスとして重要である。スイスのグリムゼル原位置試験場において花崗岩マトリクス中の原位置長期拡散(LTD)試験を行った。試験孔内にHTO, Na, Csを含むトレーサ溶液を循環させ、2年半の間、トレーサ濃度の減衰が観測された。拡散期間終了後に、オーバーコアリングによって、岩石中のトレーサ分布が分析された。岩石中の拡散深さは、HTOで20cm、Naで10cm、Csで1cm程度であった。これらのデータセットに対し、拡散・収着モデルによる解釈が、複数のチームによって、異なるコードを用いて実施され、実効拡散係数(De)と岩石容量因子()が導出された。複数のチームによる評価結果は、観測データをおおむね再現可能であり、掘削影響による表面部分のeとの値が、岩石マトリクス部に比べて大きいことを示唆した。一方で、HTOの結果は実験データと解析結果に大きな乖離が認められ、この点は今後の詳細な検討が必要である。

LTD experiment; Postmortem modelling of monopole I

Soler, J. M.*; Landa, J.*; Havlov, V.*; 舘 幸男; 蛯名 貴憲*; Sardini, P.*; Siitari-Kauppi, M.*; Martin, A.*

Nagra NAB 12-53, 80 Pages, 2013/02

スイスのグリムゼル原位置試験場において原位置長期拡散(LTD)試験が行われた。パッカーで区切られた試験孔内にHTO, Na, Csを含むトレーサ溶液を循環させ、2年半の間、トレーサ濃度の減衰が観測された。拡散期間終了後に、オーバーコアリングによって、岩石中のトレーサ分布が分析された。溶液中のトレーサ濃度変化はCsの減衰が顕著であった。また、濃度分布の進展深さは、HTOで20cm、Naで10cm、Csで1cm程度であった。これらのデータセットに対し、拡散・収着モデルによる解釈が、複数のチームによって、異なるコードを用いて実施され、実効拡散係数()と岩石容量因子()が導出された。複数のチームによる評価結果は、観測データをおおむね再現可能であり、掘削影響による表面部分のとの値が、岩石マトリクス部に比べて大きいことを示唆した。一方で、HTOの結果は実験データと解析結果に大きな乖離が認められ、この点は今後の詳細な検討が必要である。

A Comparative study of the modelling of cement hydration and cement-rock laboratory experiments

Savage, D.*; Soler, J. M.*; 山口 耕平; Walker, C.; 本田 明; 稲垣 学; Watson, C.*; Wilson, J.*; Benbow, S.*; Gaus, I.*; et al.

Applied Geochemistry, 26(7), p.1138 - 1152, 2011/07

https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2011.04.004

放射性廃棄物の地層処分施設で亀裂のグラウトやトンネルのシール材などとしてセメント系材料を使う場合には、化学的反応性に関する潜在的な問題が生起する。処分の長期安全性評価という点からは、セメントと岩盤などとの反応やその変化について定量的にモデル化することが求められる。LCS(Long-term Cement Studies)プロジェクトとして、NDA(UK), Posiva(Finland), 原子力機構のモデリングチーム間で、セメント水和反応及びセメント-岩反応についての室内実験に対するモデリング比較研究を行った。この結果、どちらの実験についても、詳細なパラメータ化の点で顕著な違いはあるものの、主要な反応経路についてはとてもよく理解できており、チーム間でも矛盾しないことが示された。今後、長期スケールにおける鉱物-水反応の評価に役立つような適切なナチュラルアナログやインダストリアルアナログなどの事例に着目したモデリング研究を行うことが望まれる。

Modelling performed using the PHREEQC and PHREEQC-TRANS codes

本田 明; 稲垣 学; 山口 耕平; Walker, C.

Nagra NAB 10-07, p.66 - 116, 2010/03

国際共同プロジェクトであるLCS(Long-term Cement Studies)プロジェクトの一環として本レポートが作成された。LCSプロジェクトの参加機関はNAGRA, NDA, POSIVA, JAEAである。本レポートにはLCSプロジェクトのフェーズ1で実施されたベンチマーク解析及びグリムゼルテストサイトで実施された原位置試験の一部が掲載された。セメント水和反応のベンチマーク解析では、3機関(Quintessa (funded by NDA), Josep M. Soler (funded by POSIVA)、及びJAEA)とも液相中の元素濃度の経時変化をよく再現し、また、水和反応の生成物や初生鉱物の量の変化についてもよく再現された。輸送を伴う環境での岩盤と高pH溶液の化学反応のベンチマーク解析では、3機関とも液相中の元素濃度の変化の傾向は比較的よく再現された。一方、実験で確認された透水性の減少の再現性は乏しく、実験で二次的な沈殿物が観察されなかったことや計算においても二次的な沈殿物の生成量は少ない点から、間隙の一部分の閉塞が全体の透水性を大きく低下させているのではないかと推測された。

Grimsel test site phase VI, LTD WP 1; Predictive modelling for LTD monopole experiment

Mri, A.*; Soler, P.*; 太田 久仁雄; Havlov, V.*

Nagra NAB 07-42, 31 Pages, 2007/12

グリムゼル原位置試験フェーズ6・LTD(放射性核種のマトリクス拡散)プロジェクトは、原位置におけるマトリクス拡散の評価を目的として、HYRL(フィンランド),JAEA及びAIST(日本),NRI/RAWRA(チェコ),Nagra(スイス)によって進めている国際共同研究プロジェクトである。LTDプロジェクトはWP1-WP4の四つのタスクに分かれており、WP1では、単孔式の原位置拡散試験の実施に先立ち予測解析を実施した。この解析結果は、原位置試験のレイアウトや計画の検討にフィードバックされるだけでなく、試験結果との比較を通じて、長期に渡る拡散現象にかかわるモデル化の信頼性の確認に寄与するものである。この報告書は、予測解析で用いた概念モデルや解析コードの概要、及びマトリクス中のトレーサー濃度プロファイルと溶液中のトレーサー濃度の変化に関する予測結果をまとめたものである。

Computation of amplification functions in the Wakkanai formation, Horonobe area (Document on Collaborative study)

Birkhaser, P.*; Lacave, C.*; 大原 英史; 新里 忠史

JNC TY5410 2005-001, 26 Pages, 2005/04

JNC-TY5410-2005-001.pdf:1.21MB

本研究の目的は、サイクル機構が幌延町内で掘削した試錐孔B-2に設置してある2つの地震計(地表と試錐孔底:深さ138m)の地震観測記録について、地表と孔底とで観測された地震波形の応答スペクトルの比を解析することにより、地震波形の周期に依存する増幅特性を求めることである。二次元効果の影響がないと推定されたので、一次元モデル(Cyber Quake)を用いて解析を行った。本モデルによる計算結果の妥当性の評価は、類似のプログラムであるSHAKE2000にて行い、両者の結果がほぼ一致することを確認した。解析に使用した入力加速度波形は、2つの近地地震(2003/7/20、(M:0.7)、8/18、(M:0.8))、および地震計から430450km離れた遠地地震の十勝沖地震(9/26、(M:8.0))とその余震(9/27、(M:6.2))である。これらのイベント波形は、小さな加速度によって特徴づけられる。これら増幅特性はマグニチュードに依存していた。観測された増幅特性関数は非常に変わりやすく、異なる地震を比較した場合、また単発地震の異なる2成分を比較した場合には、異なる関数形を示す。観測された地震動は、解析により求めた地震動に比べて、はるかに大きくなる傾向がある。解析結果と観測記録とが異なる原因として、(1)解析に用いたS波速度構造が誤っている、(2)地震計自体の不良、が考えられる。上記問題点を解決するために以下を提案する。・入力したS波速度構造データを確認すること。また、可能ならば、B-2試錐孔にて直接S波速度の測定を実施し、速度構造を求めること。・サイクル機構が幌延町内に建設する地下研究施設の立坑において、高品質の地震計設置を計画すること。原位置での観測により、地震加速度の減衰特性を把握するために必要な、より信頼できるデータセットが得られると考えられる。また、それらデータセットは、日本もしくは世界におけるサイト特性調査に関連したフィージビリティ・スタディにおいて、重要な論拠になると考えられる。

Natural analogues of cement; Overview of the unique systems in Jordan

亀井 玄人; Alexander, W. R.*; Clark, I. D.*; Degnan, P.*; Elie, M.*; Khoury, H.*; Mader, U.*; Milodowski, A. E.*; Pitty, A. F.*; Salameh, E.*; et al.

no journal, , 

The safety assessment implications of the novel data from the Jordan Natural Analogue Study, which looked into interaction of natural cementitious hyperalkaline leachates on repository host rocks and clays, are presented. For example, Maqarin site in northern Jordan represents repository host rocks with advective groundwater systems. Hydrogeological, hydrochemical and structural data collected on the fractured rock at the site has been used to assess the likely implications of hyperalkaine leachate interaction on the long-term flow conditions in similar repository host rocks.

Matrix diffusion and sorption of Cs, Na, I and HTO in granodiorite; Laboratory results and their extrapolation to the in-situ condition

舘 幸男; 蛯名 貴憲*; 高橋 宏明; 根本 一昭; 陶山 忠宏*; Martin, A.*

no journal, , 

放射性廃棄物の性能評価において、結晶質岩におけるマトリクス拡散と収着現象の理解は重要である。スイスのグリムゼル原位置試験場から採取した花崗閃緑岩試料を用いて、Cs, Na, I-とHTO(トリチウム水)の拡散・収着挙動が、室内での拡散と収着実験により調査された。得られた実効拡散係数(De)は、Cs, Na, HTO, Iの順となった。容量因子()と分配係数(Kd)も、同様の傾向を示した。グリムゼル試験場で実施された原位置長期拡散試験で得られた試験結果は、GoldSimコードと室内実験結果に基づく原位置での移行パラメータをもとに解釈された。その結果、HTOの解釈に課題があるものの、CsとNaの結果を良好な解釈結果が得られた。これらの室内と原位置での実験とモデル化の比較検討から得られた知見について議論を行った。