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報告書

地質環境の長期安定性に関する研究,年度報告書; 平成29年度

石丸 恒存; 尾方 伸久; 島田 顕臣; 浅森 浩一; 國分 陽子; 丹羽 正和; 渡邊 隆広; 雑賀 敦; 末岡 茂; 小松 哲也; et al.

JAEA-Research 2018-015, 89 Pages, 2019/03

JAEA-Research-2018-015.pdf:14.43MB

本報は、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$$sim$$平成33年度)における平成29年度に実施した研究開発に係る成果を取りまとめたものである。第3期中長期目標期間における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宜反映できるよう、(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進めている。本報告では、それぞれの研究分野に係る科学的・技術的背景を解説するとともに、主な研究成果及び今後の課題等について述べる。

論文

Provenance identification based on EPMA analyses of heavy minerals; Case study of the Toki Sand and Gravel Formation, central Japan

清水 麻由子; 佐野 直美; 植木 忠正; 小松 哲也; 安江 健一*; 丹羽 正和

Island Arc, 28(2), p.e12295_1 - e12295_13, 2019/03

 パーセンタイル:100(Geosciences, Multidisciplinary)

重鉱物には風化に強いものがあり、なかでも固溶体を成す重鉱物は同種の鉱物であっても、化学組成として後背地の岩体の情報を保持していることがある。そのため、重鉱物の種類や存在比に加えて化学組成を知ることは、後背地の岩体と砕屑物を対比する手法として極めて有効である。しかし、偏光顕微鏡を用いた重鉱物の同定では、多量の鉱物粒子を対象とするには非常に手間を要する。本研究では、電子プローブマイクロアナライザ(EPMA)を用いて鉱物の化学組成を分析し、同時に鉱物種の同定や存在比の計測も実施できる手法を構築した。さらにこの手法の有用性を確認するため、既に後背地の検討が進められている岐阜県東濃地域の東海層群土岐砂礫層の試料と、その後背地岩体と推定される基盤岩の試料(苗木・上松花崗岩,濃飛流紋岩)の分析を行い、既往研究と整合的な結果が得られることを確認した。このことから、本手法は後背地解析の手法として有効であると考えられる。

報告書

中部日本東濃地域における珪長質火成岩類の記載岩石学データ

植木 忠正; 丹羽 正和

JAEA-Data/Code 2018-005, 94 Pages, 2018/08

JAEA-Data-Code-2018-005.pdf:15.6MB

山地の発達過程は、隆起量・侵食量に加え、動水勾配の変化に伴う地下水流動の長期的な変化にも影響を及ぼす要因となる。山地の隆起開始時期や発達過程を把握するための地質学的研究手法の一つとして、後背地解析がある。東濃地科学センターではこれまで、後背地を推定するための個別要素技術の整備を進めており、それらの適用性の確認として、中部日本東濃地域を対象とした事例研究を行ってきた。本報告書は、その事例研究の結果得られた基盤岩(珪長質火成岩類)の肉眼および顕微鏡下による岩石記載、および走査型X線分析顕微鏡による測定に基づく岩石表面の元素分布のデータを資料集として取りまとめたものである。

報告書

東濃地科学センターにおける電子プローブマイクロアナライザを用いた化学組成分析に基づき重鉱物組成を迅速に推定するための試料処理及び分析手順

代永 佑輔; 清水 麻由子; 佐野 直美; 植木 忠正; 吉川 清盛*; 丹羽 正和

JAEA-Testing 2018-001, 29 Pages, 2018/07

JAEA-Testing-2018-001.pdf:3.82MB
JAEA-Testing-2018-001-appendix(CD-ROM).zip:1.64MB

高レベル放射性廃棄物などの地層処分における地質環境の長期変動に係る評価のうち、地形や地層構造の変化の評価に関しては、隆起速度と浸食量分布を把握することが不可欠である。そのための有効な手法の一つとして、後背地解析技術がある。東濃地科学センターでは後背地解析に係る個別要素技術開発として、電子プローブマイクロアナライザ(EPMA; 日本電子株式会社製JXA-8530F)による化学組成分析に基づき砕屑物や基盤岩中に存在する重鉱物組成を迅速かつ効率よく推定するための「重鉱物スクリーニング」を実施している。本稿では、重鉱物スクリーニングにおける試料の前処理およびEPMA分析の手順を報告する。

論文

走査型X線分析顕微鏡と画像処理・解析ソフトウェアを用いたモード測定

植木 忠正; 丹羽 正和

地質学雑誌, 123(12), p.1061 - 1066, 2017/12

従来のポイントカウンティング法によるモード測定は時間がかかり、測定者の鉱物判別の技量や主観によって結果が左右されるという課題がある。本研究では、より容易で測定者の技量や主観によらない新たなモード測定の手法として、走査型X線分析顕微鏡と画像処理・解析ソフトウェアを用いた手法を紹介する。この手法によって薄片または研磨片の測定を行うことで、花崗岩質岩の鉱物分布図とモード組成を迅速かつ効率的に取得することが可能となった。

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。

口頭

花崗岩中に発達する断層や粘土脈に含まれる鉱物粒子の微細構造

丹羽 正和; 田辺 裕明; 石丸 恒存; 島田 耕史; 植木 忠正*

no journal, , 

断層の活動性の評価には、通常、断層を被覆する地層の変位から活動時期を推定する上載地層法が用いられている。しかし、ボーリングや坑道などの地下で遭遇した基盤岩中の断層や被覆する地層が存在しない地域の断層には、上載地層法を適用することが困難となる。このような断層の活動性を評価するためには、断層運動に伴って生じる破壊や化学反応、熱的なイベントなどを、断層岩や割れ目充填鉱物を対象とした物質科学的解析により明らかにすることが有効な手法となる可能性がある。本研究では、物質科学的解析に基づく断層の活動性評価に資するため、花崗岩中に発達する様々なタイプの断層や粘土脈を対象に、これらに普遍的に含まれる石英および粘土鉱物の電子顕微鏡観察などを行った。発表では、観察した試料ごとの、鉱物粒子の形状や表面構造などの違いについて報告する。

口頭

花崗岩中に発達する断層や粘土脈についての現地調査

田辺 裕明; 丹羽 正和; 石丸 恒存; 島田 耕史; 植木 忠正*

no journal, , 

断層の活動性評価では、上載地層法が有効な指標とされている。一方で、基盤岩中のボーリングコアや地下坑道のように上載地層が分布しない場所で確認された粘土脈については断層活動時期の判定は困難である。特に花崗岩のような一様な地質においては、活断層による破砕帯に伴う粘土脈であるか、地質断層、地すべり滑動、熱水変質を成因とする粘土脈であるかを区分することは困難である。このような条件下では、物質科学的な評価・判定手法の適用も期待されている。今回、花崗岩の粘土脈に注目して、過去の文献や既存の研究報告等から、活断層・地質断層・熱水変質脈の露頭が分布することが期待できる花崗岩体について、物質科学的な評価・判定手法の研究に供する現地試料採取を目的として現地調査を実施した。発表では、それらの露頭分布状況についての報告を行う。

口頭

X線分析顕微鏡および画像処理・解析ソフトウェアを用いたモード測定

植木 忠正; 丹羽 正和

no journal, , 

火成岩体の成因の考察に加え、山地の形成過程を復元するための後背地解析や、断層の発達過程を明らかにするための断層岩の構造解析などにおいては、岩石の鉱物組成を把握することがしばしば重要となる。岩石の構成鉱物の量比を示すモード組成は、現在でも偏光顕微鏡で観察しながら行う古典的なポイントカウンティング法による測定が一般的だが、これは測定者の鉱物判別能力によって結果が左右されてしまう。そこで、本発表では測定者の技量によらない簡便な手法として、X線分析顕微鏡および画像処理・解析ソフトウェアを用いたモード測定手法を実施した。その結果、本検討では各鉱物のモード組成はポイントカウンティング法(3000ポイント)と誤差1%以内という結果が得られた。

口頭

記載岩石学的手法に基づく後背地解析の研究事例

植木 忠正; 清水 麻由子; 丹羽 正和; 安江 健一

no journal, , 

岩石記載は地質技術者の基本的な技術であり、山地の形成過程の把握のための後背地解析においても、堆積物の供給源である岩体の詳細な岩石記載は不可欠である。本研究では、東濃地域の後背地解析技術開発の一環として、様々な分析を開始する前に岩石記載に基づく後背地の指標の検討を行った。主要造岩鉱物、副成分鉱物の組み合わせから伊奈川花崗岩と苗木-上松花崗岩の比較を行い、普通角閃岩, 褐れん石, スフェーンが前者には比較的多く含まれ、後者にはほとんど含まれないことが確認された。この結果から、東濃地域の後背地解析においては堆積物中のこれらの鉱物が後背地の指標となる可能性があるという結果が得られた。

口頭

EPMAを用いた重鉱物の存在比・化学組成分析による後背地解析の試み; 中部日本・屏風山断層の例

清水 麻由子; 佐野 直美; 植木 忠正; 安江 健一; 丹羽 正和; 鈴木 和博

no journal, , 

重鉱物の化学組成は、特に固溶体を作るものについては後背地の岩体ごとに変化していることが多いため、重鉱物の種類や存在比に加えて化学組成を知ることにより、より詳細な後背地解析が可能になる。本研究では、清水ほか(2016)のEPMAを利用した鉱物の定量分析法を、活断層とされる屏風山断層周辺の露頭から採取した堆積物試料に適用し、鉱物種の同定や存在比の計測を実施して後背地の推定を試みた。その結果、重鉱物の存在比からは堆積物の供給源に制約を与えることができなかったが、イルメナイトのMnO量およびジルコンのY$$_2$$O$$_3$$量から、露頭周辺に広く分布する伊奈川花崗岩ではなく濃飛流紋岩由来のものが支配的であることが示唆された。

口頭

山地の発達過程を把握するための後背地解析技術

丹羽 正和; 清水 麻由子; 安江 健一; 西村 周作; 雨宮 浩樹; 植木 忠正; 堀内 泰治

no journal, , 

山地の隆起や削剥は地下水の動水勾配や流向に影響を及ぼすので、高レベル放射性廃棄物の地層処分のように地下水流動の長期的な変化を理解することが求められる分野においては、山地の発達過程を把握するための技術も重要である。本研究では山地の発達過程を把握するための後背地解析技術として、重鉱物の高速定量分析や石英の電子スピン共鳴信号測定に基づく後背地岩石の推定、および細粒砂の帯磁率異方性測定による古流向の推定の後背地解析への有効性を提示することができた。

口頭

岩石・鉱物学的手法を用いた後背地解析指標の検討

植木 忠正; 清水 麻由子; 佐野 直美; 丹羽 正和

no journal, , 

後背地解析では、供給源と考えられる岩体と流域の砕屑物の地質情報を比較することが基本となる。本研究では岐阜県東濃地域を事例対象とし、山間部に分布する岩石に対し後背地解析の指標として有効な地質情報の検討を行った。記載岩石学的手法に基づく検討、ジルコンの化学組成分析に基づく検討、ジルコン中の包有物を用いた検討を行い、その結果、同岩種の岩石に対してもそれぞれの岩石固有の特徴があることを確認した。このような岩石のマグマプロセスの違いに基づく特徴は、後背地解析の指標として有効な情報となる可能性があると考えられる。

口頭

後背地解析を目的としたEPMAによる重鉱物の高速定量分析

清水 麻由子; 佐野 直美; 植木 忠正; 代永 佑輔; 丹羽 正和

no journal, , 

山地の下流域に分布する砕屑物の後背地解析は、山地の形成過程を把握するうえで特に有用な手法の一つである。放射性廃棄物の地層処分に係る地質環境の予測・評価において考慮すべき因子の一つである地下水流動は、十万年を超えるようなタイムスケールでは、山地の形成に伴う地形変化の影響を受ける可能性がある。そのため過去から現在に至るまでの山地の形成に関する情報は、長期にわたる将来の地質環境を予測する上で重要である。重鉱物には風化に強いものがあり、なかでも固溶体を成す重鉱物は同種の鉱物であっても、化学組成として後背地の岩体の情報を保持していることがある。そのため、重鉱物の種類や存在比に加えて化学組成を知ることは、後背地の岩体と砕屑物を対比する手法として極めて有効である。しかし、偏光顕微鏡を用いた重鉱物の同定では、多量の鉱物粒子を対象とするには非常に手間を要する。このような背景のもとに、東濃地科学センターではこれまでに電子プローブマイクロアナライザ(EPMA)を用いて鉱物の化学組成を分析し、同時に鉱物種の同定や存在比の計測も実施できる手法の開発を進めてきた。本発表では、本手法の前処理や分析の手順について詳しく紹介する。

口頭

Identification of provenance rocks based on EPMA analyses of heavy minerals

清水 麻由子; 佐野 直美; 植木 忠正; 代永 佑輔; 安江 健一*; 丹羽 正和

no journal, , 

Information about mountain formation is significant in the field of geological disposal of high-level radioactive waste, because this affects long-term fluctuation in groundwater flow system. Provenance analysis is one of effective approaches for understanding formation process of mountains. Chemical compositions of heavy minerals, as well as their chronological data, can be an index for identification of provenance rocks. The accurate identification requires the measurement of as many grains as possible. In order to achieve an efficient provenance analysis, we developed a method for quick identification of heavy minerals using an Electron Probe Micro Analyzer (EPMA). This method was applied to the sediments where provenance rocks had lithological variations but similar formation ages. Consequently, the provenance rocks were identified based on chemical compositions of heavy minerals resistant to weathering, such as zircon and ilmenite.

口頭

地質環境の長期安定性に関する研究, 後背地解析技術の開発,2; 岩石・鉱物学に基づく後背地解析指標の検討

植木 忠正; 清水 麻由子; 佐野 直美; 代永 佑輔

no journal, , 

後背地解析では、堆積物とその供給源と考えられる地質体を比較する指標が不可欠であるが、供給源に類似した種類の岩石が分布する地域では後背地の特定が容易ではない。そこで、既存研究で礫層の観察から検討が行われている岐阜県東濃地域を事例対象として、岩石を構成する鉱物種、鉱物の化学組成などの分析を行い、堆積物(東海層群土岐砂礫層)の後背地の指標となる岩石特有の特徴の検討を行った。その結果、礫の場合は岩石の肉眼$$sim$$顕微鏡観察によって得られる特徴、細粒な堆積物中では重鉱物の化学組成やジルコン中の包有物が指標として活用できるという結果が得られた。

口頭

東海層群中のテフラのジルコンU-Pb年代

植木 忠正; 丹羽 正和; 代永 佑輔

no journal, , 

テフラ層は異なる地点の地層の連続性や上下関係を知る鍵層として有用であり、噴出した年代の知られた広域テフラは堆積物の年代を決定するものとして重要である。しかし、新第三紀鮮新世のように古い時代のテフラは保存が悪く、火山ガラスや鉱物の変質などで同定が難しいため、年代軸を決定する鍵層として用いることが難しい場合が多い。本報告では、岐阜県東濃地域中津川市の東海層群中に狭在する鮮新世テフラのジルコンU-Pb年代測定を行い、テフラの同定とより詳細な年代決定を行った。その結果、3.6$$pm$$0.14Maという年代が得られ、既存文献の大田テフラと対比することができた。

口頭

東海層群大田テフラのジルコンU-Pb年代およびフィッション・トラック年代

植木 忠正; 丹羽 正和; 代永 佑輔; 岩野 英樹*; 檀原 徹*

no journal, , 

東海地方に広く分布する鮮新世東海層群には多くのテフラが挟在しており、大田テフラはこのうち代表的な広域テフラである。そのため、大田テフラの年代決定は東海層群の層序と編年の確立に加え、中部日本における同時期の地層の広域対比においても重要である。本研究では、大田テフラの年代をより明確にする目的で、大田テフラ相当とされている岐阜県東濃地域に分布する中津川I・II火山灰層の2層準を対象として、同一ジルコンを用いたU-Pb年代測定およびフィッション・トラック年代測定を行った。その結果、U-Pb年代は3.78$$pm$$0.1Ma、3.90$$pm$$0.11Maの年代が得られた。フィッション・トラック年代は3.74$$pm$$0.24Ma、4.11$$pm$$0.27Maの年代が得られた。これらの年代はテフラの噴出年代であると考えられ、先行研究でのFT年代値とも整合する。この結果は大田テフラの年代決定において先行研究を補完し、中部日本の鮮新統の広域層序と年代整理の上で重要な手がかりとなると考えられる。

口頭

EPMAによる重鉱物の迅速な定量分析を用いた後背地解析; 北海道幌延地域の事例について

代永 佑輔; 佐野 直美; 清水 麻由子; 雨宮 浩樹; 植木 忠正; 丹羽 正和

no journal, , 

後背地解析を実施する上で、限られた露頭やボーリングコアなどの試料から多量の重鉱物を取り出し、EPMAを用いた迅速な定量分析により、後背地の推定を行う手法が開発されてきた。本報告では北海道幌延地域を事例として、堆積岩や苦鉄質岩が後背地となる地域での手法の適用性を検証した。測定試料は、北海道天塩郡幌延町に分布する前期更新統の更別層とした。試料の前処理およびEPMA分析は清水ほかの文献に従い、重鉱物組成を求めた。結果は、問寒別地区東部は主に蛇紋石・クロム鉄鉱・酸化鉄から構成され、天塩山地を構成する蛇紋岩が供給源であることが推測される。一方で、問寒別地区西部及び上幌延地区は主に輝石・角閃石・イルメナイト・チタノマグネタイトから構成され、両地区の間に分布する宗谷丘陵を構成する新第三系の堆積岩が供給源であることが推測される。また、更別層の堆積年代から少なくとも1.0Ma頃には宗谷丘陵が隆起し、堆積物が供給されていたことが考えられる。これは、新里ほかの文献などで推測されている宗谷丘陵の隆起時期などと整合的である。以上のことから、本手法が堆積岩および苦鉄質岩が後背地となる地域においても適用可能であることが確認された。

口頭

北アルプス、仁科山地に分布する青木花崗岩のジルコンU-Pb年代

植木 忠正; 横山 立憲

no journal, , 

北アルプス北東部、仁科山地に分布する青木花崗岩は、高温で水に乏しい火成活動で形成された岩石である。白亜紀-古第三紀の珪長質火成活動の時空変遷は多くの研究から議論されているが、このような特異な火成活動を議論するには、活動年代の情報が不可欠である。本研究では、土岐地球年代学研究所におけるLA-ICP-MSを用いたU-Pb年代測定技術の整備の一環として、青木花崗岩のジルコンU-Pb年代測定を行った。その結果、ディスコーダント粒子を除いた26粒子の加重平均年代は65.7$$pm$$0.8Maとなった。高温のマグマから形成された青木花崗岩において、閉鎖温度の高いジルコンU-Pb年代は火成活動の年代を示すと考えられる。また、この年代値は周辺の火成岩類の既存研究での年代値とも矛盾しない。この結果は、白亜紀-古第三紀火成活動の時空変遷の議論において重要と考えられる。

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