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報告書

地質環境の長期安定性に関する研究,年度計画書(令和元年度)

石丸 恒存; 尾方 伸久; 花室 孝広; 島田 顕臣; 國分 陽子; 浅森 浩一; 丹羽 正和; 島田 耕史; 渡邊 隆広; 末岡 茂; et al.

JAEA-Review 2019-010, 46 Pages, 2019/09

JAEA-Review-2019-010.pdf:2.45MB

本計画書は、高レベル放射性廃棄物の地層処分技術に関する研究開発のうち、深地層の科学的研究の一環として実施している地質環境の長期安定性に関する研究について、第3期中長期目標期間(平成27年度$$sim$$令和3年度)における令和元年度の研究開発計画である。本計画の策定にあたっては、「地質環境の長期安定性に関する研究」基本計画-第3期中長期計画に基づき、第2期中期目標期間(平成22年度$$sim$$平成26年度)における研究開発の成果、関係研究機関の動向や大学等で行われている最新の研究成果、実施主体や規制機関のニーズ等を考慮した。研究の実施にあたっては、最終処分事業の概要調査や安全審査基本指針等の検討・策定に研究成果を適時反映できるよう、(1)調査技術の開発・体系化、(2)長期予測・影響評価モデルの開発、(3)年代測定技術の開発の三つの枠組みで研究開発を推進していく。

論文

江若花崗岩の形成年代と冷却史

末岡 茂; 島田 耕史; 石丸 恒存; 檀原 徹*; 岩野 英樹*; 八木 公史*

地学雑誌, 127(6), p.795 - 803, 2018/12

江若花崗岩の敦賀岩体と江若岩体にて、ジルコンU-Pb年代測定、ジルコンフィッション・トラック(FT)解析、アパタイトFT解析を実施した。ジルコンU-Pb年代は、いずれの岩体でも69.2-68.0Maと高い再現性を示し、両岩体がほぼ同時期に形成されたことを示唆した。ジルコンFT年代は59.6-53.0Maとややばらついたが、FT長解析では急冷傾向が推定されること、概して岩体の中心部に向かって若い年代が得られることから、岩体定置後の冷却過程を反映していると考えられる。アパタイトFTは44.8-20.9Maと大きくばらついたが、FT長解析の結果を踏まえると、敦賀岩体は長期間の削剥、江若岩体は漸新世から中新世の火成活動による再加熱を被っている可能性がある。敦賀岩体中の玄武岩岩脈についてもK-Ar年代測定を実施したところ、既報値より約1Ma古い値を示し、同岩脈を形成した火成活動が100万年程度継続した可能性を示唆した。

論文

断層面の形態観察に基づく断層活動性評価手法の検討

田中 義浩*; 亀高 正男*; 岡崎 和彦*; 鈴木 一成*; 瀬下 和芳; 青木 和弘; 島田 耕史; 渡邊 貴央; 中山 一彦

応用地質, 59(1), p.13 - 27, 2018/04

上載地層法が適用できない断層の活動性評価に資するため、活断層と非活断層の断層露頭で断層面の形態観察を実施し、断層活動性評価の指標を検討した。活断層としては五助橋断層の五助ダム上流露頭と六甲断層の船坂西露頭を、非活断層として六甲蓬莱峡のK地点を対象に、断層面の「連続性」,「切断関係」,「平滑性」に着目した。連続性は「断面形状の連続区間率測定」、切断関係は「周辺構造の切断率測定」を行った。平滑性については「断面形状の平面区間率測定」、「粗さ/うねり形状の測定」及び「写真解析による算術平均粗さ測定」という3種類の測定を行い、合計5つの測定手法を検討した。本研究結果から、「断面形状の連続区間率測定」、「周辺構造の切断率測定」、「断面形状の平面区間率測定」について、活断層と非活断層を見分ける識別基準値を有する可能性が示された。なお、引き続き、識別基準値の明確化とその検証のために測定事例の追加・検討、議論が必要である。

報告書

敦賀半島北西部における花崗岩の割れ目系データベースの作成

照沢 秀司; 島田 耕史

JAEA-Data/Code 2017-017, 18 Pages, 2018/03

JAEA-Data-Code-2017-017.pdf:5.14MB
JAEA-Data-Code-2017-017-appendix(CD-ROM).zip:0.44MB

花崗岩中には、様々な要因によって形成された割れ目(節理、破砕帯等)が分布する。断層は、この先在する割れ目を弱面として活動する。また、割れ目の方向には定向性がある場合があり、直線的な谷などの地形として表れる。卓越する方向から広域的な応力場を推定する試みも行われている。本稿では、敦賀半島北西部に立地する高速増殖原型炉もんじゅ敷地内・敷地近傍にて実施された調査結果のうち、割れ目の特徴を示す走向傾斜データ5050点を取りまとめたデータベースを作成した。走向傾斜は、北北東$$sim$$北東走向高角東傾斜が卓越するが、場所ごとに異なる特徴を示しており、本データベースを用いた更なる解析が望まれる。

論文

Fission track dating of faulting events accommodating plastic deformation of biotites

末岡 茂; 島田 耕史; 石丸 恒存; 丹羽 正和; 安江 健一; 梅田 浩司*; 檀原 徹*; 岩野 英樹*

Journal of Geophysical Research; Solid Earth, 122(3), p.1848 - 1859, 2017/03

もんじゅ敷地内の破砕帯のうち、高温環境下で生じる黒雲母の塑性変形を伴うものについて、アパタイトフィッション・トラック(AFT)解析により、変形年代の制約を試みた。AFT年代は50-17Maを示し、最新活動面沿いでは相対的に若い年代が得られた。また全体としては、約19Maに貫入した玄武岩からの距離に応じて若返る傾向が見られた。FT長解析や、熱拡散シミュレーション等を合わせた検討に基づくと、破砕帯周辺が黒雲母の塑性変形温度に達したのは、68-50Maの花崗岩貫入後の急冷時と約19Maの玄武岩貫入時であり、破砕帯沿いの変形はこれらの時期に生じた可能性が高い。

論文

黒雲母の塑性変形を伴う破砕帯の活動年代; FT熱年代解析による制約

末岡 茂; 島田 耕史; 石丸 恒存; 丹羽 正和; 安江 健一; 梅田 浩司*; 檀原 徹*; 岩野 英樹*

フィッション・トラックニュースレター, (29), p.5 - 7, 2016/12

もんじゅ敷地内の破砕帯は、高温環境下で生じる黒雲母の塑性変形を伴う。これらについて、アパタイトフィッション・トラック(AFT)解析により、変形年代の制約を試みた。AFT年代は50-17Maを示し、最新活動面沿いでは相対的に若い年代を示す、全体としては約19Maに貫入した玄武岩からの距離に応じて若くなる、という傾向が見られた。これらのデータを基に検討を加えた結果、破砕帯周辺が黒雲母の塑性変形温度に達した時期は、68-50Maの花崗岩貫入後の急冷時と約19Maの玄武岩貫入時であり、破砕帯沿いの変形はこれらの時期に生じたと解釈できる。

報告書

花崗岩中に発達する粘土脈の観察・分析データ

植木 忠正; 田辺 裕明*; 丹羽 正和; 石丸 恒存; 島田 耕史

JAEA-Data/Code 2016-010, 292 Pages, 2016/09

JAEA-Data-Code-2016-010.pdf:76.12MB

本研究は、高レベル放射性廃棄物の地層処分技術に関する研究開発のうち、深地層の科学的研究の一環として実施している地質環境の長期安定性に関する研究の主要な研究課題の一つである、断層の活動性に係る調査技術の開発・体系化を目的としている。断層の活動性評価は、断層を被覆する上載地層のずれに基づいて行われることが多いが、基盤岩中のボーリングコアや地下坑道掘削中に遭遇した断層のように上載地層の変位が確認できない状況では、断層の最新活動時期の推定は難しい。今回、花崗岩中の粘土脈(粘土が充填した割れ目)を対象に、断層の活動性を評価する手法の開発に資することを目的として、露頭記載、薄片観察、研磨片の元素マッピング、X線回析分析、粒径分析、および石英粒子の分析(電子顕微鏡による表面構造観察および電子スピン共鳴信号測定)を実施した。本データ集は、これらの結果を取りまとめ、報告するものである。

論文

Microscopic features of quartz and clay particles from fault gouges and infilled fractures in granite; Discriminating between active and inactive faulting

丹羽 正和; 島田 耕史; 青木 和弘; 石丸 恒存

Engineering Geology, 210, p.180 - 196, 2016/08

 被引用回数:3 パーセンタイル:52.71(Engineering, Geological)

断層ガウジの活動性の評価に資するため、ガウジの粒径分析と、電子顕微鏡(SEMおよびTEM)を用いた微小粒子の観察を行った。ガウジの粒径分布は、大局的には繰り返し活動している活断層のガウジの方が細粒粒子の割合が増加する。石英粒子のSEM観察では、活断層のガウジの方が新鮮な結晶面を残す粒子が多く見られた。一方、ガウジ中の粘土鉱物のTEM観察では、活断層ガウジの粒子の方が摩耗または溶食により円摩されている傾向がある。このような傾向が生じるのは、繰り返しの断層活動により、相対的に弱い粘土鉱物が摩耗または溶食の影響を大きく受けるのに対し、花崗岩岩片の破砕、細粒化の進行により新鮮な結晶面を持つ石英粒子がガウジに多く供給されたためと考えられる。

論文

複数の熱年代学的手法に基づいた江若花崗岩敦賀岩体の冷却・削剥史

末岡 茂; 梅田 浩司; 安江 健一; 丹羽 正和; 島田 耕史; 石丸 恒存; 檀原 徹*; 岩野 英樹*; 八木 公史*

地学雑誌, 125(2), p.201 - 219, 2016/04

本研究では、敦賀半島に分布する江若花崗岩敦賀岩体を対象に、複数の熱年代学的手法を用いて、冷却史と削剥史の検討を行った。その結果、江若花崗岩敦賀岩体は、(1)約68Maに深度4-5kmの浅所に形成され、(2)その後の数100万年以内に、熱伝導によって約200$$^{circ}$$Cまで急冷され、(3)古第三紀初頭以降の数1000万年間にわたる準平原化作用による徐冷を経て現在の地表温度に至った、という冷却史・削剥史が推定された。上記のような冷却史・削剥史は、敦賀半島に分布する断層破砕帯が主に比較的低温で形成されるカタクレーサイトや断層ガウジからなること、敦賀半島の周辺地域でも熱年代学的手法によって新生代を通じた徐冷が推定されていること、侵食小起伏面の分布高度から推定される敦賀半島の最近数100万年間の削剥量が数100m以内であること、などと整合的である。

論文

Thermal constraints on clay growth in fault gouge and their relationship with fault-zone evolution and hydrothermal alteration; Case study of gouges in the Kojaku Granite, Central Japan

丹羽 正和; 島田 耕史; 田村 肇*; 柴田 健二*; 末岡 茂; 安江 健一; 石丸 恒存; 梅田 浩司*

Clays and Clay Minerals, 64(2), p.86 - 107, 2016/04

 被引用回数:3 パーセンタイル:65.67(Chemistry, Physical)

花崗岩中にしばしば発達する熱水変質起源の粘土鉱物脈は、断層活動や地すべりの際のすべり面となり得るので、粘土鉱物脈の性状や分布、発達過程を把握することは、花崗岩地域における原子力施設の耐震安全評価等において非常に重要である。本研究では、敦賀半島に分布する断層ガウジおよび粘土鉱物脈の鉱物分析、およびK-Ar年代測定を行い、粘土鉱物の発達過程について検討した。観察・分析の結果、これらの粘土鉱物は、花崗岩が貫入後、冷却していく過程で形成された地質学的に古いものであることが明らかとなった。

論文

地球科学の原子力安全への貢献,2; 破砕物質の鉱物・化学分析と断層の活動性評価

丹羽 正和; 石丸 恒存; 島田 耕史

日本原子力学会誌, 58(3), p.167 - 171, 2016/03

原子力施設の耐震安全性評価において最近、破砕帯の活動性評価が重要な議論となっている。本稿は、日本原子力研究開発機構が断層の活動性評価手法の一つとして開発として進めている、破砕帯構成物質の鉱物・化学的分析に関する現状について、日本原子力学会会員向けに広く紹介を行ったものである。

論文

走査型電子顕微鏡(SEM)用の断層中軸部小型定方位試料の作製法

島田 耕史; 亀高 正男*; 中山 一彦; 瀬下 和芳; 田中 義浩; 林 俊夫*; 田中 遊雲; 下釜 耕太*; 岡崎 和彦*

地質学雑誌, 119(11), p.727 - 731, 2013/11

脆弱で細粒かつ少量の断層中軸部の試料から、できるだけ多くの微細構造観察機会を得ると共に、化学分析等に供せられる試料量を確保する観点から、微小な試料の走査型電子顕微鏡(SEM)の利用は有効と考えられる。その際に課題となるのは、脆弱な試料の定方位情報を保持させたまま、SEMの試料室へ入れる方法の確立であり、実用上可能とされ得る迅速な試料採取方法の確立である。本稿では、ステープラー(ホチキス)の針を、互いに直角な小平面を持っている事を活かした定方位用の枠として用い、特殊な薬品や高度な備品類の使用を抑え、野外での迅速な定方位試料採取、貴重な試料からの採取を可能とする、SEM観察用定方位試料作製手法の手順を紹介する。

論文

The First (U-Th)/He thermochronology of pseudotachylyte from the Median Tectonic Line, southwest Japan

山田 国見; 花室 孝広; 田上 高広*; 島田 耕史; 高木 秀雄*; 山田 隆二*; 梅田 浩司

Journal of Asian Earth Sciences, 45(2), p.17 - 23, 2012/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:95.02(Geosciences, Multidisciplinary)

断層起源シュードタキライトは過去の地震活動によって生じた脈状岩石であり、その熱史は断層の活動性の時間変化を反映している。三重県多気地域から得られた領家花崗岩中のシュードタキライトの熱史を明らかにするため(U-Th)/He年代測定を行った結果、シュードタキライトと約10cm近傍の原岩からそれぞれ60.3$$pm$$2.7, 55.5$$pm$$4.5(1SE)Maを得た。これらは本地域の冷却史を示すとともに、既に得られたシュードタキライトのFT年代と一致することからシュードタキライト生成時の環境温度が180$$^{circ}$$C程度であったことが放射年代学的に明らかになった。この温度は鉱物学的に推定された値とも矛盾しない。これらの研究成果は熱年代学的アプローチによる断層岩の解析によりその活動性の評価が可能となることを示唆する。

論文

Identification of pathways for hydrogen gas migration in fault zones with a discontinuous, heterogeneous permeability structure and the relationship to particle size distribution of fault materials

丹羽 正和; 黒澤 英樹; 島田 耕史; 石丸 恒存; 小坂 英輝*

Pure and Applied Geophysics, 168(5), p.887 - 900, 2011/07

 被引用回数:2 パーセンタイル:85.78(Geochemistry & Geophysics)

地層処分の安全性を確保するためには、活断層からの適切な離間距離を設定することが重要な課題となる。断層破砕帯の力学的・水理学的影響を把握するための定量的な指標として、断層破砕帯から放出される水素ガスに着目し、これらの放出量と破砕物質の粒度組成の相関について検討した。その結果、水素ガス原位置測定結果は、粘土で充填された断層コアよりも、クラックの多いダメージゾーンの方が水素ガスの移行経路になりやすいことを示し、粒度分析の結果は、水素ガス濃度の高い花崗岩カタクレーサイトで細粒物質の割合が高くなることを示した。これらは、花崗岩カタクレーサイトでは粒子同士の粘着性が低く、細粒に分解されやすい、すなわち、流体の移行経路になるような微小割れ目・弱面が非常に多いことを示唆している。

報告書

断層ガス(水素・二酸化炭素・メタン)原位置測定による断層破砕帯調査手法の検討(データ集)

黒澤 英樹; 丹羽 正和; 石丸 恒存; 島田 耕史

JAEA-Data/Code 2010-036, 199 Pages, 2011/03

JAEA-Data-Code-2010-036.pdf:28.4MB
JAEA-Data-Code-2010-036-appendix(CD-ROM).zip:2.65MB

変動地形の明瞭でない活断層やこれらの活動性を調査・評価するための技術は、地層処分のサイト選定に際して不可欠な技術基盤となる。近年、断層から放出されるガス(以下、断層ガス)の化学組成や同位体組成に断層の活動性と相関があることが指摘されている。本研究では断層ガスに含まれる水素に着目し、断層のタイプや活動性との相関を検討するため、我が国の主要な逆断層と横ずれ断層を事例に水素濃度の観測を実施してきた。本報告は、観測のために開発した携帯型測定器を紹介するとともに、現地での調査手順,観測結果(測定データセット)等を示す。

報告書

水素ガス原位置測定による断層破砕帯調査手法の検討

黒澤 英樹; 石丸 恒存; 島田 耕史; 丹羽 正和; 小坂 英輝*; 斉藤 聡*; 二ノ宮 淳

JAEA-Research 2009-043, 144 Pages, 2010/01

JAEA-Research-2009-043-01.pdf:8.09MB
JAEA-Research-2009-043-02.pdf:46.22MB

地震・断層活動は、高レベル放射性廃棄物の地層処分における地質環境の長期安定性を考慮するうえで重要な自然現象の一つである。最近、断層の活動性評価や、断層活動に伴う破断,変形などの影響範囲の把握を目的とした地球化学的調査手法の一つとして、市販の携帯型水素ガス濃度検知器を使って測定する手法が考案された。本研究では、この手法の実用化を図るため、検知器の設置方法や、大気中の水蒸気や測定孔の掘削に伴う擾乱などが測定値に与える影響について検討した。さらに、断層破砕帯における事例研究として、山崎断層帯を対象に広域的な水素ガスの原位置測定を行った。その結果、山崎断層帯沿い及びその延長上にある微小地震密集域に位置する破砕帯や割れ目から高濃度の水素ガスの放出が検知され、一方で、それらから大きく離れた位置にある破砕帯や割れ目からは高濃度の水素ガスの継続的な放出は認められなかった。以上から、本研究で用いた水素ガスの濃度測定法は、地中から放出される水素ガス濃度の原位置測定を広範囲かつ短期間で実施するのに有効な手法であることが確認された。

報告書

地質環境の長期安定性に関する研究,年度報告書; 平成19年度

草野 友宏; 野原 壯; 梅田 浩司; 石丸 恒存; 花室 孝広; 齋藤 龍郎; 安江 健一; 丹羽 正和; 島田 耕史; 山田 国見; et al.

JAEA-Research 2009-022, 47 Pages, 2009/09

JAEA-Research-2009-022.pdf:48.94MB

我が国は変動帯に位置しており、安定大陸に位置する欧米諸国に比べて、地震や火山活動等が活発である。地層処分においては、まず安定な地質環境を選んだうえで、そこに適切な多重バリアシステムを構築することが、安全確保の基本的な考え方である。このため、地質環境の長期安定性に関する研究においては、地層処分の場としての地質環境に重要な変化をもたらす可能性のある地震・断層活動,火山活動,隆起・侵食,気候・海水準変動等の天然現象に着目して、それらの有無や程度が文献から明らかでない場合に適用する調査技術や、それらが地質環境に及ぼす影響を評価するための調査技術・解析手法にかかわる研究開発を進めている。平成19年度においては、我が国の地質環境において地層処分システムの成立性に重大な影響を及ぼす現象の存在や、過去の変動の履歴を確認するための調査技術として、以下の項目について調査・研究を行った。地震・断層活動については、破砕帯の分布,活動履歴,活動性の調査技術の整備を行った。火山活動については、熱履歴や地下深部のマグマ・高温流体などを調査する技術の開発を行った。隆起・侵食/気候・海水準変動については、河成段丘を用いた隆起速度を調査する技術,地形変化をモデル化する技術,地殻変動や気候変動を考慮した地下水流動解析手法などの開発を行った。

論文

圧縮性ステップにおける破砕帯の構造; 岐阜県飛騨市の跡津川断層西部の例

丹羽 正和; 島田 耕史; 黒澤 英樹; 三輪 敦志*

地質学雑誌, 114(10), p.495 - 515, 2008/10

断層のステップに伴う破砕帯の構造の変化を把握するため、岐阜県飛騨市の跡津川断層西部を事例対象とした地質調査を行った。まず、空中写真判読により、ステップが示唆される地域と、直線的に発達する断層が明瞭に追跡できる地域とを選定した。次に、詳細な露頭記載により、両地域の破砕帯の構造の比較を行ったところ、卓越する剪断面の姿勢と運動センス、及び断層ガウジの幅や粘土鉱物組成などに違いが見られることが明らかとなった。空中写真判読でステップが示唆された地域は、剪断面の姿勢などの特徴により、圧縮性ステップであると認定した。

論文

Helium isotope variations along the Niigata-Kobe Tectonic Zone, Central Japan

梅田 浩司; 二ノ宮 淳; 島田 耕史; 中島 淳一*

Lithosphere; Geochemistry, Geology and Geophysics, p.141 - 169, 2008/10

近年のGPS網の整備により新潟平野から神戸に至る幅約100km,長さ約500kmの領域は、その周辺の地域に比べて1桁以上、地殻歪速度が大きい顕著な変動帯であることが明らかになった(新潟-神戸歪集中帯)。その後の地震波速度構造や比抵抗構造等の解析からこの地域の下部地殻あるいは上部マントルには何らかの流体の存在が示唆された。今回、当該地域の温泉ガスのヘリウム同位体比の測定を行った結果、歪集中帯の北部は太平洋プレートの、南部はフィリピン海プレートの沈み込みに伴って脱水した流体が地殻内の不均質性に関与していることが明らかになった。また、一連の調査を通じて、温泉ガスのヘリウム同位体比は、未知の活断層を同定するための重要な化学的指標になり得ることが示唆された。

報告書

地質環境の長期安定性に関する研究,年度報告書; 平成18年度

野原 壯; 梅田 浩司; 笹尾 英嗣; 花室 孝広; 齋藤 龍郎; 安江 健一; 丹羽 正和; 眞島 英壽*; 島田 耕史; 山田 国見; et al.

JAEA-Research 2008-062, 61 Pages, 2008/07

JAEA-Research-2008-062.pdf:39.02MB

我が国は変動帯に位置しており、安定大陸にある欧米諸国に比べて、地震や火山活動等が活発である。地質環境の長期安定性に関する研究においては、地質環境に重要な変化をもたらす可能性のある天然現象に着目して、それらの特徴を明らかにするとともに、それらが地質環境に及ぼす影響を評価するための調査技術・手法にかかわる研究開発を進めている。平成18年度においては、地層処分システムの成立性に重大な影響を及ぼす現象の存在や、過去の変動の履歴をあらかじめ確認するための調査技術として、以下の項目について調査・研究を行った。活断層・地震活動については、活断層の分布と活動履歴(移動,伸張,変形帯の発達過程)の調査技術に関する既存情報の整備を行い、火山活動については、第四紀の火山・地熱活動(特に低温領域の熱履歴)や地下深部のマグマ・高温流体等の基礎的な探査技術の抽出を行った。隆起・侵食/気候・海水準変動については、地形変化モデルの概念モデルの作成等を行った。

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