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論文

A Proposed method to estimate in situ dissolved gas concentrations in gas-saturated groundwater

玉村 修司*; 宮川 和也; 荒巻 憲隆*; 五十嵐 敏文*; 金子 勝比古*

Groundwater, 56(1), p.118 - 130, 2018/01

地下の環境を調査する上で、二酸化炭素やメタン, 水素, ヘリウムなどの溶存ガス量を精確に把握することが重要である。幌延のような溶存ガスに飽和している環境では、掘削に伴う圧力の低下により溶存ガスの脱ガスが生じるため、掘削前の原位置の情報を得ることはとても困難である。このことは、地上からのボーリング孔を利用した調査でも避けることができず、また地下施設を利用した場合においても同じである。そこで本研究では、脱ガスした試料の溶存ガス分析結果と、脱ガス前の圧力情報を用いた定量的な解析手法を開発した。本研究では、各ガス種の物理的溶解に対してはヘンリーの法則を考慮し、二酸化炭素に対しては化学的溶解についても考慮することで、脱ガスによる溶存ガス濃度の変化を精度よく計算することが可能になった。このことにより、これまで得ることが困難であった掘削前の原位置の情報をより正確に推定することが可能になった。本結果は、ヘリウムガスを用いた地下水年代測定法や、地下水流動解析における飽和・不飽和の判定などに適用することができ、その波及効果は大きい。

論文

Estimation of three-dimensional stress distribution and elastic moduli in rock mass of the Tono area

奈良 禎太*; Cho, S. H.*; 吉崎 貴哉*; 金子 勝比古*; 佐藤 稔紀*; 中間 茂雄; 松井 裕哉

International Journal of the JCRM (Internet), 7(1), p.1 - 9, 2011/01

本研究は原位置における初期応力測定結果等から広域的な応力場及び岩盤の弾性係数を同時に評価するための3次元有限要素法による逆解析手法を示したものである。本研究では、3次元応力場の評価精度を向上させるため、弾性係数の異なる不均質な地層モデルを考慮し、東濃鉱山,正馬様用地及び瑞浪超深地層研究所用地を含む領域の広域的な応力場の逆解析に適用した。

報告書

3次元応力場同定手法の高度化に関する研究(委託研究)

水田 義明*; 金子 勝比古*; 松木 浩二*; 菅原 勝彦*; 須藤 茂昭*; 平野 享; 丹野 剛男; 松井 裕哉

JAEA-Research 2010-011, 35 Pages, 2010/06

JAEA-Research-2010-011.pdf:4.42MB

坑道掘削において3次元場における岩盤の初期応力を精度よく把握するには、広範囲の地質条件の不確定要素や不均一性などを扱わずに済む、坑道位置での調査が望ましい。しかしながら、地層処分の場合のように数平方kmスケールの地下構造物を建設するとなると、坑道位置での多数の調査を行うことは経済的に困難と考えられる。そこで、限られた数のボーリング孔の掘削による調査結果を用いて、任意地点の初期応力を予測する手法の開発が課題とされた。本報告書は、この課題の解決を目的として2004年度から2006年度まで、核燃料サイクル開発機構(現;日本原子力研究開発機構)が社団法人資源・素材学会に委託した「3次元応力場同定手法の高度化に関する研究」について成果をとりまとめたものである。本委託研究では初期応力評価の例題として東濃地域を取り上げた。はじめに数km$$times$$数kmの領域の数値モデルを作成し、その領域内で実施した初期応力測定結果を拘束条件とする逆解析を行った。逆解析により領域内の広域応力・広域ひずみが得られ、これを用いた順解析は同領域内の任意地点の初期応力の平均的状態をおおむね予測していることを確認した。

報告書

3次元応力場の同定手法に関する研究(その3)

水田 義明*; 金子 勝比古*; 松木 浩二*; 菅原 勝彦*; 須藤 茂韶*

JNC-TJ7400 2004-011, 125 Pages, 2004/02

JNC-TJ7400-2004-011.pdf:11.26MB

本委託研究の目的は、ある領域内の数箇所の試錐孔で得られた初期応力測定結果およびその領域の3次元地質構造に基づいて、3次元領域内の初期応力分布を評価し得る解析手法の確立を目的としている。この目的に到達すべく、平成13年度は研究対象領域および研究の進め方に関する方針など全体研究計画の検討を行い(水田、2002)、平成14年度は核燃料サイクル開発機構から提供される既存データの収集・整理に関する相互理解と各委員のモデルにそれらを取り組むためのすり合わせが行われた。また、平成14年度においては、以下に述べる具体的な研究成果についての報告がなされた(水田ほか、2003)。まず、不均質モデルの逆解析における問題点が明らかにされた。つぎに、東濃鉱山・正馬様用地およびその周辺を対象領域として、有限要素法および有限差分法を用いて、与えられた地質データを取り込んだ三種類のモデルが構築された。また、境界要素法を用いたモデルの構築に備えて、不均質モデルに対する3次元境界要素法解析コードの開発が行われた。本委託研究の最終年度である平成15年度は、平成15年度(2003年度)9月と11月および平成16年度(2004年)1月にそれぞれ1回ずつ研究委員会を開催し、第1回委員会においては、花崗岩とその上部堆積層との境界面など、既存データから得られるできる限りの高精度化と、それを取り込んだ各モデルの構築に関する打ち合わせが行われた。第2回委員会においては、各委員による研究成果の中間報告が行われ、第3回委員会において今年度の研究成果の概要について報告がなされた。また3次元モデルの今度の高精度化についての検討が行なわれた。平成14年度におけるモデルとの違いに注目して、各委員による研究内容を以下に要約する。有限要素法による小領域モデル解析においては、東濃鉱山だけでなく、正馬様および東濃鉱山・正馬様についても、3層モデルが構築され、それぞれのモデルに対する広域ひずみが解析された。また、実測データとのよい合致を得るために花崗岩を上部と下部に分けた修正モデルに対しても広域ひずみが求められた。・・・

報告書

3次元応力場の同定手法に関する研究(その2)

水田 義明*; 金子 勝比古*; 松木 浩二*; 菅原 勝彦*; 須藤 茂韶*

JNC-TJ7400 2003-004, 70 Pages, 2003/02

JNC-TJ7400-2003-004.pdf:3.29MB

平成13年(2001年)12月19日に発足した本委託研究の目的は、ある領域内の数箇所の試錐孔で得られた初期応力測定結果およびその領域の3次元地質構造に基づいて、3次元領域内の初期応力分布を評価し得る解析手法の確立を目的としており、平成13年度は平成14年度(2002年)1月と2月にそれぞれ1回づつ研究委員会を開催して、研究対象領域および研究の進め方に関する方針など全体研究計画の検討を行った(水田、2002)。平成14年度は、平成14年(2002年)9月と12月および平成15年(2003年)1月にそれぞれ1回づつ研究委員会を開催し、第1回委員会においては、核燃料サイクル開発機構から提供される既存データの収集・整理に関する相互理解と各委員のモデルにそれらを取り込むためのすり合わせが行われた。第2回委員会においては、各委員による研究成果の中間報告が行われ、第3回委員会において今年度の研究成果の概要について報告がなされた。3次元応力場の同定手法を構築するための数値解析の方法としては有限要素数だけではなく、有限差分法・境界要素法も用いることにしている。そこで、具体的には、まず、東濃鉱山・正馬様用地およびその周辺を対象領域として、各数値解析法に対するそれぞれのモデルが作成された。それらが核燃料サイクル開発機構に提供され、各モデルにおける各要素の中心座標がどの位置にあるかのデータが各委員に提供された。また、月吉断層の位置・幾何学形状については別途その座標データが各委員に提供された。つぎに、与えられた地質データを取り込んだ各モデルが構築された。また、不均質モデルにおける逆解析の問題点についての検討がなされた。境界要素法における影響係数の算出を数値積分ではなく解析積分により行えば、高精度の解が高速度に得られる。ところが、不均質モデルに対するそのような3次元境界要素法解析コードは存在しないので、新たにそれを開発した、そして、大領域を対象とした有限要素法による3次元応力場同定、小領域を対象とした有限要素法による3次元応力場同定および中領域を対象とした有限差分法による3次元応力場同定のための手法の例が示された。新しく開発された境界要素法解析コードを適用しての3次元応力場同定は今後の課題とし、今年度はモデル作成(地層境界が水平で月吉断層を含むモデル)だけが行われた。

論文

Processes of microcracking and faulting in granite

佐藤 稔紀; Chen, Y.*; 西山 孝*; 金子 勝比古*

31st International Geological Congress, 0 Pages, 2000/00

封圧5MPaで載荷した後の花崗岩から得た薄片中のマイクロクラックについて、蛍光観察法を用いて顕微鏡観察を行った。載荷によって新しく形成されたマイクロクラックは、黒雲母に接する鉱物、特に石英中に多く発生する。また、マイクロクラックの局所化や巨視的破断面の形成においては、黒雲母の塑性的な挙動が関与している。黒雲母の弾性係数は、花崗岩を構成する他の鉱物、石英や長石と比べて小さいと考えられ、粒子サイズでの弾性係数の不均質性が、花崗岩供試体の破壊過程に大きな影響を与えていることが明らかになった。

論文

温度履歴に伴う砂岩の間隙構造の変化

佐藤 稔紀; 辻上 博司*; Chen, Y.*; 西山 孝*; 金子 勝比古*

資源と素材, 116(8), p.656 - 661, 2000/00

白浜砂岩を加熱、冷却したときに起こる間隙、マイクロクラック、マトリックスを構成している物質の変化を蛍光観察法により識別し、物性値の変化と比較検討した。その結果、間隙やマイクロクラックは、温度の上昇とともに増加するが、特に石英が$$alpha$$型から$$beta$$型への転移に起因すると思われるマイクロクラックが粒界に発生し、漸次開口幅が増大する様子が観察された。一方、マトリックスの部分では、脱水、新しい鉱物の形成により、マトリックス中の間隙の増加、拡大が認められた。これらの間隙およびマイクロクラックの変化は、間隙率や弾性波速度などの物性値の変化とよく一致していることが判明した。

論文

亀裂情報データベースシステムの構築とその適用

野口 義文*; 岩崎 浩*; 金子 勝比古*; 小池 克明*

情報地質, 4(2), p.45 - 57, 1993/00

None

口頭

三次元応力場同定手法の高度化に関する研究の概要

中間 茂雄; 佐藤 稔紀; 金子 勝比古*; 松木 浩二*; 菅原 勝彦*; 水田 義明*

no journal, , 

自然状態の岩盤に作用している「初期応力」は、おもに岩盤の自重によって生じる重力起因の応力に加え、地形・地質構造・地殻変動などの影響によって生じる地殻構造的な応力が加わり、地域性のある複雑な三次元応力状態にある。一般に、初期応力はボーリング孔もしくはボーリングコアを用いた測定によりポイントデータとして得られるのが普通である。ここで、ある広がりをもった領域の三次元応力状態を求めるためには、複数のボーリング孔の数多くのポイントで初期応力測定を行うことが考えられるが、すべての知りたい地点で数多くの初期応力測定を行うことは現実的ではなく、いかに少ない測定データから広領域の三次元応力場を把握するかが課題となる。本研究は、この課題を解決するために、ある領域内の数箇所のボーリング孔で得られた初期応力測定結果及びその領域の三次元地質構造に基づいて、三次元領域内の初期応力分布を評価し得る解析手法を確立することを目的として実施した。

口頭

X線CT法による高アルカリ間隙水-ベントナイト相互作用の観察とその地球化学モデリング

中林 亮*; Elakneswaran, Y.*; 千野 大輔*; 佐藤 努*; 米田 哲朗*; 小田 治恵; 金子 勝比古*

no journal, , 

高アルカリ溶液による低圧縮ベントナイトへの通水溶解実験とX線CTによるその場観察を行った。その結果、撮影箇所における二次鉱物生成の経時変化を定量化することができた。また、一次元反応輸送コードを用いた地球化学モデルにより、実験中の鉱物の空間分布及び回収溶液中のSi, Al濃度の経時変化を再現した。

口頭

X線CT法による高アルカリ間隙水-ベントナイト相互作用の評価; 圧縮ベントナイト中のモンモリロナイトの溶解速度の検討

中林 亮*; Elakneswaran, Y.*; 千野 大輔*; 佐藤 努*; 米田 哲朗*; 小田 治恵; 金子 勝比古*

no journal, , 

セメント-ベントナイト相互作用を定量的に理解することを目的として、圧縮系にある精製ベントナイトへのアルカリ性溶液の通水溶解実験を行い、X線CT法を適用したその場観察、試験後の試料のX線回折を用い、これらを組合せて分析することで変質現象の定量化を試みた。また、本実験について、モンモリロナイトの反応速度論を考慮した地球化学モデルシミュレーションを行った。この結果、(1)圧縮系のモンモリロナイト(精製ベントナイトの主要鉱物)の溶解速度が粉末系のモンモリロナイトの溶解速度よりも遅延すること、(2)遅延した結果としてモンモリロナイト乾燥密度に変化が現れなかったことが実験結果と一致すること、(3)この遅延理由が圧縮によるモンモリロナイトの反応表面積の制限と間隙水中の飽和度の影響により説明可能であることが判明した。

口頭

X-ray CT observations and geochemical modeling of bentonite alteration by hyperalkaline fluids

中林 亮*; Elakneswaran, Y.*; 佐藤 努*; 小田 治恵; 米田 哲朗*; 金子 勝比古*

no journal, , 

本研究の目的は、ベントナイトと高アルカリ性水溶液との相互作用によって生じるベントナイト変質過程を調べるためにX線CTによる微小構造解析法を開発し、その結果を用いて変質過程の地球化学モデルの妥当性を確認することである。80$$^{circ}$$Cでの通水式ベントナイト変質実験(pH=13.5 at 25$$^{circ}$$C、実験期間180日)を行い、X線CTによるその場解析を実施した。また、地球化学反応輸送解析コードPHREEQCを用いて、実験シミュレーションを実施した。この結果、ベントナイト中に生成した二次鉱物(アナルサイム)を、経時的なX線CT観察で確認することができ、また、画像解析によって定量化することができた。地球化学反応輸送解析によって計算されたアナルサイムの生成量(体積)の時間依存性は、X線CTによって得られた結果をおおよそ再現できることがわかった。また、モデル計算により排水液中の溶存Si及びAl濃度を再現できた。

口頭

X-ray CT observations of altered bentonite by hyperalkaline-fluids; Dissolution kinetics of montmorillonite in compacted bentonite

中林 亮*; Elakneswaran, Y.*; 佐藤 努*; 大竹 翼*; 小田 治恵; 米田 哲朗*; 金子 勝比古*

no journal, , 

本研究の目的は、ベントナイトと高アルカリ性水溶液との相互作用を捉えるためのX線CTによる微小構造解析法を開発し、その結果を用いてモンモリロナイトの溶解速度に及ぼす圧密の影響を調べることである。そこで、80$$^{circ}$$Cで0.3M-NaOH水溶液を通水させたベントナイト変質実験(実験期間180日)を行い、X線CTによるその場解析を実施した。この結果、本実験条件ではモンモリロナイトの顕著な溶解は生ぜず、一方、二次鉱物が経時的に生成することをX線CT観察で確認した。また、画像解析によって二次鉱物生成量を定量化することができた。また、分散系で得られているモンモリロナイト溶解速度を用いた地球化学モデルでは、本実験結果を再現することができないが、有効反応表面積と飽和度影響を考慮することによって再現することができた。本研究は、分散系と圧密系とでは、モンモリロナイトの有効反応表面積や溶解速度に与える飽和度影響が異なることを示唆する。

口頭

陸域深部地下珪藻質泥岩層に生息する未培養Bacteroidetes門発酵性細菌の分離培養化と生理機能の解析

玉澤 聡*; 上野 晃生*; 玉木 秀幸*; 玉村 修司*; 村上 拓馬*; 木山 保*; 猪股 英紀*; 宮川 和也; 長沼 毅*; 金子 勝比古*

no journal, , 

嫌気的環境の一つである陸域地下珪藻質泥岩層は地球上に広く分布しており、北海道北部地域の天塩平野の地下には、新生代新第三紀中新世に形成された海成堆積物から成る珪藻質泥岩層が広がっている。これまで珪藻質泥岩層のボーリングコア試料または孔隙水の微生物群集構造解析やメタゲノム解析によって、発酵性細菌と推測される微生物群の存在は示唆されていたものの、現在まで分離培養されておらずその生理生態学的機能はほとんど明らかにされていなかった。本報告は、幌延深地層研究センターの深度250m調査坑道から採取した地下水から、新規Bacteroidetes門細菌HJ250株の純粋分離に成功したことを報告するものである。HJ250株は、15-37$$^{circ}$$C、pH6.0-9.0で生育可能な絶対嫌気性の発酵性細菌であり、メタン生成菌が利用可能な有機化合物を作り出す能力を持っていることが推測される。また、異なる深度の地下水試料から、HJ250株と100%の相同性を示すDNA配列が検出されたことから、HJ250株は原位置にただ存在するだけでなく、珪藻質泥岩層の特に比較的浅部域における嫌気的有機物分解反応に重要な役割を果たしている可能性が示唆された。

口頭

陸域深部地下珪藻質泥岩層から単離した鉄還元能を有する新規Bacteroidetes門発酵性細菌の機能解析

玉澤 聡*; 上野 晃生*; 玉木 秀幸*; 玉村 修司*; 村上 拓馬*; 木山 保*; 猪股 英紀*; 宮川 和也; 長沼 毅*; 金子 勝比古*

no journal, , 

これまでの研究により、北海道北部地域の地下に分布する新第三紀堆積岩中の地下水において、微生物による有機物の発酵分解とメタン生成反応が生じていることが報告され、発酵性細菌が嫌気的な有機物分解過程において重要な役割を担っていることが示唆されてきた。しかしながら、これらの発酵性細菌は分離培養されておらずその機能の大半は不明であった。本研究では、これらの発酵性細菌の分離培養化と機能解析を実施した。幌延深地層研究センターの地下250m調査坑道から採水した地下水から単離した新規発酵性細菌HJ250株は、少なくとも科レベルで新規な系統群に分類されることが分かった。生理性状解析の結果、HJ250株は15-37$$^{circ}$$C、pH6.0-9.0、NaCl 0-80g/Lで生育可能な糖資化性の絶対嫌気性発酵性細菌であることが分かった。さらに、HJ250株は、Bacteroidetes門細菌としては報告例の極めて少ない、鉄還元能を有することが明らかとなった。また、HJ250株と同様のDNAおよびRNAが、異なる深度の地下水からも検出されたことから、HJ250株が珪藻質泥岩層の比較的浅部域における炭素及び鉄循環に大きく寄与している可能性が示唆された。

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