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石井 英一
Engineering Geology, 294, p.106369_1 - 106369_12, 2021/12
被引用回数：0既存の水理力学連成モデルに基づくと、割れ目の透水量係数(T)は、割れ目のラフネス(
),初期開口幅(
),有効垂直応力、そして岩石の引張強度と関連付けることができ、はせん断膨張により増加し得る。先行研究により、国内外の6つのサイトのボーリング調査によりフローアノマリとして検出された断層帯中の割れ目のTが平均有効応力を岩石の引張強度で除した値(DI)と一様に相関することが示された。このTのDI依存性が同連成モデルに基づく割れ目の開閉現象で説明できれば、これらのTはあるDI条件下でせん断膨張により上昇し得るTの最大値を表すことになる。本研究はこの可能性を検証するため、上記の割れ目のTと岩石の引張強度、および想定されると有効垂直応力から割れ目のを推定した。そしてこのを基に、割れ目の有効垂直応力のみを変化させた場合のTの変化をシミュレートした。その結果、そのTの変化は上記のDI依存性をよく再現した。今回得られた結果は、断層帯の再活動や隆起を想定した場合、どの程度、断層の透水性が上昇し得るかを推定するのに役立つ。
酒井 利啓; 石井 英一
JAEA-Data/Code 2021-009, 13 Pages, 2021/08
JAEA-Data-Code-2021-009.pdf:1.9MB
JAEA-Data-Code-2021-009-appendix(CD-ROM).zip:42.79MB
国立研究開発法人日本原子力研究開発機構では、高レベル放射性廃棄物の地層処分のための技術基盤の整備と、深部地質環境に関する科学的知見を得ることを目的として、堆積岩を対象とした幌延深地層研究計画を北海道幌延町において進めている。本計画において2018年度までに構築された広域スケールの三次元地質構造モデルとその数値データは、2019年にJAEA-Data/Code 2019-007として取りまとめられた。本報告書では、その後に得られた地下施設周辺の稚内層浅部に関する知見を加え、幌延深地層研究センターを含む約6km四方の領域に対して地質構造モデルを更新した。
尾崎 裕介; 石井 英一; 菅原 健太郎*
Extanded abstract of International Conference on Coupled Processes in Fractured Geological Media; Observation, Modeling, and Application (CouFrac 2020) (Internet), 4 Pages, 2020/11
本研究では、幌延深地層研究センター周辺の地下深部に存在が推定されている低透水性領域の存在の検証を目的として、坑道掘削に伴うHDB-6号孔の水圧変動の再現解析を行った。地下深部では亀裂の水理的連結性が乏しいために健岩部相当の透水性が推定されている一方で、浅部においては水理学的亀裂の連結性が高いため透水性が健岩部よりも高い水理地質構造が推定されている。水理-力学連成挙動を考慮したシミュレーションを実施したところ、観測されている水圧データには水理-力学連成挙動の影響であるMandel-Cryer効果の影響を受けていること、この効果が数年単位で継続するためには深部の透水性が健岩部相当に低いことが必要であることが確認された。これらの結果より、数値シミュレーションにより、既往研究により存在が予測されていた地下深部における健岩部相当の低透水領域の存在が検証された。
石井 英一
Engineering Geology, 275, p.105748_1 - 105748_12, 2020/09
被引用回数：2 パーセンタイル：32.13(Engineering, Geological)従来のダブルパッカーシステムを用いて定圧段階注入試験を珪質泥岩中の正断層を対象に実施した。同試験は、注入中の孔内試験区間の軸変位をスライド式パッカー内の圧力と試験区間の圧力を計測することによりモニタリングする新たな方法を適用した。計測された圧力と軸変位、および注入流量レートから試験中の断層の水理開口幅, せん断変位, 垂直コンプライアンス, 垂直応力, せん断靭性および水理学的膨張角が見積もられた。注入により最大で13.3
49.5mm(推定誤差含む)の大きなせん断変位(正断層センス)を発生させることができ、特徴的なせん断すべりのイベントがあった後、2.810.4mmの残留せん断変位が残された。せん断中のせん断靭性は2.3
10
8.410 Pa m
(推定誤差を考慮)と見積もられ、この値は既往研究から経験的に推定される値と整合的である。残留せん断変位は何らかの水理開口幅の増加を残さなかったので、水理学的膨張角は実質的にゼロであったと推定された。本試験方法は特別な専用装置を必要とせず、地下の亀裂や帯水層の水理力学挙動の調査に有効と考えられる。
青木 智幸*; 谷 卓也*; 坂井 一雄*; 古賀 快尚*; 青柳 和平; 石井 英一
JAEA-Research 2020-002, 83 Pages, 2020/06
JAEA-Research-2020-002.pdf:8.25MBJAEA-Research-2020-002-appendix(CD-ROM).zip:6.63MB
日本原子力開発研究機構は、新第三紀堆積軟岩を対象とした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を目的として、北海道天塩郡幌延町において幌延深地層研究計画を進めている。幌延深地層研究所周辺の地質は、珪藻質泥岩の声問層や珪質泥岩の稚内層で構成され、どちらも珪藻化石を多量に含んでいる。これらの岩石は高い空隙率と低い透水性を示すことから、多孔質弾性論に基づく岩盤挙動の検討が重要であると考えられる。しかしながら、幌延深地層研究所周辺に特徴的な珪藻質泥岩や硬質頁岩については、低透水性であるという岩石の特徴や試験時の制御が容易ではないこと等を要因に、多孔質弾性パラメータの測定実績は多いと言えない状況である。そこで、珪質泥岩(稚内層)を対象として、多孔質弾性パラメータの測定実績を蓄積し、既往の研究で示唆されている拘束圧に対する依存性を確認することを目的として、多孔質弾性パラメータを取得するための岩石三軸試験を実施した。その結果、多孔質弾性パラメータのうち、排水体積弾性係数は拘束圧の増加に伴い大きくなる関係性が確認された。一方、Biot-Wills係数およびSkemptonの間隙水圧係数は、拘束圧の増加に伴い小さくなる傾向が確認された。また、岩石供試体の葉理方向によって拘束圧依存の程度が若干異なることが示唆された。
中山 雅; 雑賀 敦; 木村 駿; 望月 陽人; 青柳 和平; 大野 宏和; 宮川 和也; 武田 匡樹; 早野 明; 松岡 稔幸; et al.
JAEA-Research 2019-013, 276 Pages, 2020/03
JAEA-Research-2019-013.pdf:18.72MB
幌延深地層研究計画は、日本原子力研究開発機構(原子力機構)が堆積岩を対象に北海道幌延町で実施している地層処分技術に関する研究開発の計画である。幌延深地層研究計画は、「地上からの調査研究段階(第1段階)」、「坑道掘削(地下施設建設)時の調査研究段階(第2段階)」、「地下施設での調査研究段階(第3段階)」の3つの調査研究段階に分けて進めている。原子力機構の第3期中長期計画では、本計画について、「実際の地質環境における人工バリアの適用性確認、処分概念オプションの実証、地殻変動に対する堆積岩の緩衝能力の検証に重点的に取り組む。また、平成31年度末までに研究終了までの工程やその後の埋戻しについて決定する。」としている。本稿では、第3期中長期計画期間のうち、平成27年度から令和1年度までの地下施設での調査研究段階(第3段階)における調査研究のうち、原子力機構改革の中で必須の課題として抽出した(1)実際の地質環境における人工バリアの適用性確認、(2)処分概念オプションの実証、(3)地殻変動に対する堆積岩の緩衝能力の検証、の3つの研究開発課題について実施した調査研究の成果を取りまとめた。
青柳 和平; Chen, Y.*; 石井 英一; 櫻井 彰孝; 宮良 信勝; 石田 毅*
JAEA-Research 2019-011, 50 Pages, 2020/03
JAEA-Research-2019-011.pdf:3.48MB
本研究では、坑道掘削により周辺岩盤に形成された掘削損傷領域の割れ目の可視化を行うことを目的とした。幌延深地層研究センターの地下350mに掘削した直径4mの試験坑道を対象として、紫外線照射により発光する蛍光剤を添加した樹脂を坑道周辺の岩盤に注入し、掘削損傷領域の割れ目を固定した。これにより、割れ目を可視化して観察することに成功した。注入孔周辺で試料を採取し、紫外線照射下で観察を行い、割れ目の連結性や開口幅を分析した。結果として、割れ目の最大発達範囲は、孔口から約0.9m、すなわち坑道壁面岩盤から約0.75mの範囲であった。また、孔口から0.4mまでの範囲では割れ目密度が高く、0.4m以深では割れ目の間隔が広くなることがわかった。さらに、割れ目の開口幅を測定した結果、孔口から近いほど割れ目の開口幅も大きいことがわかった。特に、孔口から0.3mまでの範囲では、樹脂が浸透した割れ目が多く観察され、開口幅が最大で1.02mmであった。一方、孔口から0.3m以深は、樹脂が浸透した割れ目が少なく、開口幅は最大で0.19mmであった。
佐俣 洋一; 石井 英一
JAEA-Data/Code 2019-020, 69 Pages, 2020/03
JAEA-Data-Code-2019-020.pdf:4.0MBJAEA-Data-Code-2019-020-appendix1(DVD-ROM).zip:86.89MBJAEA-Data-Code-2019-020-appendix2(DVD-ROM).zip:232.04MBJAEA-Data-Code-2019-020-appendix3(DVD-ROM).zip:369.23MB
幌延深地層研究計画においては、坑道掘削が坑道周辺の水理特性に与える影響を把握することを目的として、掘削影響領域を対象とした透水試験を実施している。本報では、2016年4月から2019年3月までに実施した透水試験結果および透水試験実施期間以外の間隙水圧観測結果についてまとめた。
望月 陽人; 石井 英一; 宮川 和也; 笹本 広
Engineering Geology, 267, p.105496_1 - 105496_11, 2020/03
被引用回数：1 パーセンタイル：32.13(Engineering, Geological)高レベル放射性廃棄物の地層処分場の建設・操業時には、坑道内の大気が掘削損傷領域(EDZ)に侵入し、坑道周辺の岩盤や地下水が酸化状態に変化することが想定される。坑道掘削が岩盤や地下水の酸化還元状態に与える影響を評価するために、幌延深地層研究センターの調査坑道周辺において酸化還元状態に関する調査を実施した。調査坑道周辺に掘削されたボーリング孔において、地下水のEhは-150mVより低く、酸化の指標となるSO
濃度はおおむね1
mol L未満であった。ボーリング孔に設けられた区間の50%以上をガスが占め、その組成は主にCHとCO
からなり、NとOの割合はわずかであった。坑道から採取されたコア試料を分析した結果、黄鉄鉱の酸化溶解や硫酸カルシウムの沈殿は認められなかった。以上の結果から、今回調査したEDZにおいては酸化の顕著な兆候は認められず、その理由として、地下水圧の低下に伴い脱ガスしたCHやCOが岩盤中の割れ目を占め、大気の侵入が抑制された可能性が示唆された。
青柳 和平; Chen, Y.*; 石井 英一; 櫻井 彰孝; 石田 毅*
Proceedings of 5th ISRM Young Scholars' Symposium on Rock Mechanics and International Symposium on Rock Engineering for Innovative Future (YSRM 2019 and REIF 2019) (USB Flash Drive), 6 Pages, 2019/12
本研究では、幌延深地層研究センターの350m調査坑道を対象として、坑道掘削時の割れ目の性状を検討することを目的とした。検討に際し、坑道周辺に約1mのボーリング孔を掘削し、低粘性な樹脂を注入し、割れ目を固定した。その後、オーバーコアリング試料を採取し、試料の観察を行った。結果として、坑道掘削により形成されたと推定される割れ目は、壁面から0.8mの範囲まで発達していた。また、割れ目は壁面から0.25mの範囲において連結しあっており、開口幅は最大で約1.0mmであることがわかった。これらの観察結果は、坑道周辺の掘削影響領域の割れ目形成プロセスの理解のための基礎情報として有用であるといえる。
佐俣 洋一; 岩田 樹哉*; 石井 英一
JAEA-Data/Code 2019-008, 19 Pages, 2019/09
JAEA-Data-Code-2019-008.pdf:2.82MBJAEA-Data-Code-2019-008-appendix(CD-ROM).zip:1.38MB
幌延深地層研究計画においては、地下施設周辺のボーリング孔に設置した水圧モニタリング装置を用いて地下施設建設が水圧に及ぼす影響を観測している。PB-V01孔では、2008年10月から水圧観測を開始したが、現在では当時と比較して水圧が最大3MPa程度低下している。本報では、この水圧低下が岩盤の透水性に与える影響を評価するために、同孔内に設置された長期水圧モニタリング装置を用いた原位置透水試験を実施した結果を取りまとめた。
石井 英一
Engineering Geology, 259, p.105203_1 - 105203_9, 2019/09
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Engineering, Geological)スメクタイトを含むせん断帯はスメクタイトの独特な物理化学特性により地球科学, 地球工学の様々な分野で重要となっている。同せん断帯は海成粘土質/珪質堆積物中に広く挟在するが、その起源としてテフラ起源と母岩起源のものが考えられ、両者は潜在的にスメクタイト含有量, 拡がり, 形成時期の点で異なる。しかし、その起源を観察により特定することは困難である。本論はその特定手法として、粘土鉱物中のイライトに対するスメクタイト含有量と全岩化学組成のAlO
/TiO(wt%/wt%)を用いた手法を提案する。高いスメクタイト含有量はテフラ起源の証拠となり得るが、この値はせん断変形に伴う鉱物学的擾乱/変質により低下することがあり、識別が困難になる。先行研究に基づくと、母岩と異なるAlO/TiOもテフラ起源の証拠となり、その測定誤差もスメクタイトの含有量の誤差と比べれば非常に小さいが、例えそのせん断帯がテフラ起源であっても母岩と同じAlO/TiOを示すことがある。これらの指標を褶曲した北海道の珪質泥岩に適用した結果、両指標を組み合わせることにより、せん断帯の起源をより簡便に、より高精度で特定できることが確認できた。
吉野 浩光*; 佐俣 洋一; 丹生屋 純夫*; 石井 英一
JAEA-Data/Code 2018-015, 169 Pages, 2019/02
JAEA-Data-Code-2018-015.pdf:16.45MBJAEA-Data-Code-2018-015-appendix1(DVD-ROM).zip:115.02MBJAEA-Data-Code-2018-015-appendix2(DVD-ROM).zip:64.3MBJAEA-Data-Code-2018-015-appendix3(DVD-ROM).zip:27.77MBJAEA-Data-Code-2018-015-appendix4(DVD-ROM).zip:96.39MBJAEA-Data-Code-2018-015-appendix5(DVD-ROM).zip:104.89MB
幌延深地層研究計画においては、坑道掘削が坑道周辺の水理特性に与える影響を把握することを目的として、掘削影響領域を対象とした透水試験を実施している。本報では、350m試験坑道掘削前から掘削中および掘削終了後から2016年3月までに実施した透水試験結果および透水試験実施期間以外の間隙水圧観測結果についてまとめた。
青柳 和平; 石井 英一
Rock Mechanics and Rock Engineering, 52(2), p.385 - 401, 2019/02
被引用回数：4 パーセンタイル：52.58(Engineering, Geological)坑道掘削時には、応力再配分に伴い、割れ目が周辺に発生し、周辺岩盤の透水性が増大する。このような領域は、掘削損傷領域(EDZ)と呼ばれている。高レベル放射性廃棄物の地層処分においては、EDZが地下施設周辺の放射性核種の移行経路になりうる。そのため、本研究では、幌延深地層研究センターの坑道を対象としてEDZの潜在的な最大透水係数を予測する手法について検討した。原位置試験として、BTV観察、コア観察、透水試験を実施し、EDZの幅と透水係数を予想した。結果として、観測されたEDZの幅は、連成解析により求められたEDZの幅にほぼ一致する結果であった。また、平均有効応力を岩盤の引張応力で除したパラメータである、Mean stress index (MSIモデル)に基づく潜在的な最大透水係数の予測範囲は、原位置試験で求められた透水係数を内包するものであった。幌延深地層研究センターの地下施設のように、岩盤が均質であり、発破損傷等の人工的な損傷が無視しうる環境では、EDZの潜在的な最大透水係数を予測するうえでMSIモデルが適用可能であることが示された。
青柳 和平; 宮良 信勝; 石井 英一; 中山 雅; 木村 駿
Proceedings of 13th SEGJ International Symposium (USB Flash Drive), 5 Pages, 2018/11
本研究では、幌延深地層研究センターの人工バリア性能確認試験孔(ピット)を対象として、ピット周辺の掘削損傷領域の発達過程と、ピット中に設置した緩衝材への注水に伴う掘削損傷領域の経時変化を、弾性波トモグラフィ調査結果に基づき論じた。結果として、ピット周辺の弾性波速度はピット掘削後に顕著に低下するが、緩衝材への注水開始後は、徐々に弾性波速度が回復する傾向が見られた。ピット周辺の掘削損傷領域を対象とした透水試験と間隙水圧結果と比較したところ、掘削後の割れ目の発達と不飽和領域の発達が弾性波速度の低下の原因であると推定された。また、ピットへの注水に伴う周辺岩盤の間隙水圧の増大が見られたことから、掘削損傷領域内の飽和度の増加が、弾性波速度の回復の原因の一つであると推定された。
城 まゆみ*; 小野 誠*; 中山 雅; 朝野 英一*; 石井 智子*
Geological Society Special Publications, 482, 16 Pages, 2018/09
被引用回数：1 パーセンタイル：24.18The phenomena of "piping and erosion" are serious problems for the integrity of the buffer material as an element of engineered barrier systems in geological disposal for high-level radioactive waste. In this study, the outflow behavior and condition in buffer material has been investigated using a test pit drilled in host rock at Horonobe Underground Research Laboratory to acquire the knowledge to consider countermeasures to contain the outflow of the buffer material. The following are results. (1) The phenomena of "piping and erosion" occurred irrespective of injection flow rate. However, when the rate is small, it is considered that buffer material can be self-repairing and the erosion of buffer material can be suppressed. (2) When injection water contains a lot of electrolyte, the surface of buffer material peels off and precipitates, possibly suppressing waterproof performance. (3) It is considered that bentonite pellets are effective for countermeasures against buffering "piping and erosion".
武田 匡樹; 石井 英一; 大野 宏和; 川手 訓*
原子力バックエンド研究(CD-ROM), 25(1), p.3 - 14, 2018/06
泥岩中における断層帯および掘削影響領域(EDZ)に発達する割れ目は、主要な水みちとして機能することがあるため、これらの構造における物質移行特性を評価することは、高レベル放射性廃棄物の地層処分における安全評価において重要である。しかし、泥岩中の割れ目を対象とした原位置トレーサー試験の適用事例は国内外含めて非常に少ない。そこで、日本原子力研究開発機構では、稚内層と呼ばれる珪質泥岩中の割れ目を対象に、非収着性であるウラニンを用いた原位置トレーサー試験を実施した。トレーサー試験の結果から、注水流量を揚水流量より大きくした場合に脱ガスの影響を低減することができる一方で、同様の条件ではトレーサー回収率が低くなったことから、本稿で報告したトレーサー試験においては、注水流量を揚水流量よりもやや高く設定することが適切な試験条件であることが分かった。ガスが溶存した地下水を含む岩盤を対象に注水および揚水を伴う原位置トレーサー試験を実施する際は、注水と揚水の流量比が(1)脱ガスの発生に与える影響、(2)トレーサー回収率に与える影響の双方を評価することが、脱ガスを抑制しつつトレーサー回収率を高めるための適切な試験条件を見出すことに有効である。
石井 英一
Water Resources Research, 54(5), p.3335 - 3356, 2018/05
被引用回数：3 パーセンタイル：20.43(Environmental Sciences)地層処分において単孔ボーリング調査により亀裂の水理学的連結性を評価することは重要だが、亀裂の水理学的連結性を評価することは一般には容易ではない。本論文では断層・亀裂の発達する泥岩層(声問層・稚内層:北海道幌延; Palfris層:スイスWellenberg)の地質・水理・地下水化学・岩盤力学のデータセットを提示し、亀裂の水理学的連結性を評価するための新たな方法論を提案する。
青柳 和平; 宮良 信勝; 石井 英一; 松崎 嘉輝
資源・素材講演集(インターネット), 5(1), 7 Pages, 2018/03
幌延深地層研究センターでは、高レベル放射性廃棄物の地層処分技術の信頼性向上を目的として、深度350mの調査坑道において、人工バリア性能確認試験を実施している。当該試験では、処分孔竪置き方式を模擬したピットを坑道底盤に掘削し、ベントナイトを主成分とする緩衝材ブロック、模擬オーバーパック、ヒーターから構成される模擬人工バリアを設置し、坑道全体を埋め戻すことにより、実際の処分環境を模擬し、人工バリア材料および周辺岩盤の長期的な挙動をモニタリングしている。本研究では、ピット及び坑道を取り囲む二次元断面で実施した弾性波トモグラフィ調査に基づき、坑道およびピット周辺岩盤の長期的な挙動を検討した。調査の結果、ピット掘削後は、坑道の底盤およびピット周辺において、掘削時の岩盤のゆるみに起因すると思われる弾性波速度の顕著な低下を確認した。また、緩衝材ブロックへの注水を開始した後は、底盤部およびピット周辺部の弾性波速度が増大していく傾向を捉えた。これは、注水に伴う緩衝材ブロックの膨潤の影響でピットの内圧が増大したことにより、掘削影響領域の岩盤密度が回復した現象をとらえたものと考えられる。
早野 明; 石井 英一
資源・素材講演集(インターネット), 5(1), 9 Pages, 2018/03
亀裂性媒体の特徴を有する岩盤の地質構造モデルには、評価対象のスケールや不均質性の考慮の有無に応じて、岩盤中の個別の亀裂を確率論的に表現する亀裂ネットワークモデルが採用される。モデル化に必要な主な亀裂特性は、方位分布、3次元密度および半径分布である。方位分布と3次元密度については、ボーリング調査や坑道壁面の割れ目観察の取得データから設定することができるが、半径分布については、調査データから直接設定することは困難である。日本原子力研究開発機構の幌延深地層研究センターの地下施設周辺には、塊状かつ均質な珪質泥岩からなる新第三紀の稚内層が分布する。これまでの研究では、稚内層に分布する断層が水みちとして機能することが示唆されており、稚内層は多孔質媒体のみならず亀裂性媒体としての特性を有する。そのため、稚内層の断層を対象とした亀裂ネットワークモデルの構築を進めている。その際、坑道壁面の割れ目観察によって取得されたトレース長分布に基づき、それを再現できる半径分布を探し出すシミュレーションを実施しており、その結果について示す。
