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

代永 佑輔; 佐野 直美*; 雨宮 浩樹*; 小北 康弘; 丹羽 正和; 安江 健一*

応用地質, 62(1), p.2 - 12, 2021/04

電子プローブマイクロアナライザ(EPMA)を用いた手法(重鉱物スクリーニング)の適用可能性を検証するため、堆積岩や苦鉄質岩が後背地となる北海道天塩郡幌延地域に分布する更新統更別層を事例対象として後背地解析を実施した。分析は16元素を測定対象として行い、得られた化学組成に基づいて鉱物種を判定した。加えて、薄片観察や礫種組成分析を行い、結果を比較した。その結果、薄片観察・礫種組成分析と重鉱物スクリーニングの結果は整合であることが確認された。更別層の後背地は宗谷丘陵・天塩山地であり、少なくとも1.5Ma以降に宗谷丘陵が隆起したことが推測される。一方で、宗谷丘陵や天塩山地で見られなかった角閃石が更別層から確認され、天塩川による運搬などで本地域より離れた所から供給された可能性が考えられる。これにより、重鉱物スクリーニングを用いることで礫種組成だけでは分からない新しい情報が得られることが確認された。

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。

Interaction of rare earth elements and components of the Horonobe deep groundwater

桐島 陽*; 久野 温*; 雨宮 浩樹; 窪田 卓見*; 紀室 辰伍*; 天野 由記; 宮川 和也; 岩月 輝希; 水野 崇; 佐々木 隆之*; et al.

Chemosphere, 168, p.798 - 806, 2017/02

https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2016.10.133

高レベル放射性廃棄物地層処分における性能評価上重要な核種である3価マイナーアクチニド(MA(III))は、天然の地下水中に存在する懸濁粒子や溶存イオン、コロイドなどと吸着反応や錯形成反応などの相互作用を起こし、見かけ上の溶解度が増加する可能性が知られている。このため、これらの放射性核種と地下水中に含まれる物質との相互作用を理解しておくことは、地層中でのこれらの放射性核種の移行評価を行う上で重要である。本研究では、堆積岩地域である幌延地域の深部地下水を用いて、MA(III)のナチュラルアナログである希土類元素(REEs)を添加し、フィルターでろ過することにより、REEsの天然地下水中における挙動を調べた。その結果、イオン半径の小さいREEsほど地下水中に多く溶存している傾向が明らかになった。また、比較的大部分のREEsはリン酸塩として存在している可能性が強く示唆された。この結果は、高レベル放射性廃棄物の廃棄体から遠い将来に放出されると予想されているMA(III)の移行挙動を予測する上で、リン酸陰イオンが重要な役割を果たすことを示唆している。

Planktonic and attached microbes in deep subsurface

佐々木 祥人; 浅野 貴博*; 伊勢 孝太郎; 佐藤 智文; 村上 裕晃; 雨宮 浩樹; 天野 由記; 岩月 輝希; 吉川 英樹

no journal, , 

これまでにさまざまな地域で深部地下の微生物についての研究が進められ、微生物相や微生物活動に関する情報が蓄積されつつある。微生物は、地下水水中の化学状態に影響するひとつの因子である。岩石表面は地下水中に比べ、鉱物や有機物が多く存在しており微生物反応の場としては好適環境であると考えられる。しかしながら、これまでの多くの研究は帯水相における水中の微生物相に関する報告であり、亀裂表面における付着微生物に関する報告は少ない。われわれは岩石表面と地下水中の微生物相を調べ、堆積岩表面に付着する微生物と浮遊している微生物相の違いを明らかにした。

Interaction of rare earth elements and suspended matters contained in Horonobe deep groundwater

桐島 陽*; 久野 温*; 雨宮 浩樹; 村上 裕晃; 天野 由記; 岩月 輝希; 水野 崇; 窪田 卓見*; 佐々木 隆之*; 佐藤 修彰*

no journal, , 

深部地下水中における元素の存在形態とその移行挙動を理解することを目的として、原子力機構幌延深地層研究所の地下水に含まれる懸濁物と希土類元素との相互作用について検討を行った。嫌気状態を維持したまま採水した地下水にマイナーアクチノイド(MA)のアナログ元素として希土類元素を添加(10ppb)した。この地下水を、複数の限外ろ過膜を孔径の大きいものから順に4段階(0.2mから1kDa)セットした多連式ろ過システムを用いて限外ろ過した。各段階のフィルターを通過したろ液をICP-MSにて分析した。また、通水後のフィルター表面をSEM-EDXとTOF-SIMSによる元素マッピングにて分析し、フィルター上の捕集物を中性子放射化分析により定量分析した。その結果、希土類元素はリン酸塩粒子が溶解度制限固相となるとともに、リン酸塩粒子とならなかった希土類元素はフミン物質等の有機物と疑似コロイドを形成することがわかった。これらの結果は、MAのアナログとして参照可能であり、処分技術の信頼性向上に寄与する。

幌延URL地下水を用いたコロイドに関する研究,3; 深部地下水に含まれる懸濁物と希土類元素との相互作用

桐島 陽*; 久野 温*; 雨宮 浩樹; 村上 裕晃; 天野 由記; 岩月 輝希; 水野 崇; 窪田 卓見*; 佐々木 隆之*; 佐藤 修彰*

no journal, , 

幌延URLにて採取した深部地下水に希土類元素(REE)を添加した。これを各種のフィルターで分画し、各フラクションを分析することで地下水中に含まれる懸濁物等とREEがどのように相互作用するかを検討した。

Changes in microbial community composition and geochemistry during excavation shaft and galleries of the Horonobe Underground Research Laboratory

天野 由記; 佐々木 祥人; 南條 功*; 雨宮 浩樹; 水野 崇; 伊勢 孝太郎; 吉川 英樹

no journal, , 

地下環境における還元状態は、高レベル放射性廃棄物処分環境にとって非常に重要な条件である。しかしながら、地層処分のための地下施設建設時には、坑道周辺の酸化により鉱物と地下水の平衡状態が変化し、それに伴い微生物群集も影響を受けることが想定される。地下施設建設が周辺の地球化学状態変化に及ぼす影響を評価するための技術開発を目的として、地下施設建設過程における水理・地球化学・微生物学的特性についてモニタリングを実施した。その結果、周辺水圧の低下が確認されたが、塩分濃度についてはほとんど変化しないことが確認された。pHは時間の経過とともにわずかに上昇したが、酸化還元電位については還元状態のままほとんど変化が見られなかった。一方で、微生物群集組成については、初期には還元状態を好むFirmicutesおよびdelta-Proteobacteriaが優占していたが、時間の経過とともに比較的酸化還元ポテンシャルが高くても生息可能なbeta-Proteobacteriaが優占することが明らかになった。この結果は、坑道周辺が酸化の影響を受けているにもかかわらず、微生物の酸化還元反応により緩衝能力が機能し、還元状態が保持されていることを示唆している。

Estimation of palaeohydrochemical conditions using carbonate minerals

雨宮 浩樹; 水野 崇; 岩月 輝希; 湯口 貴史; 村上 裕晃; 國分 陽子

no journal, , 

放射性廃棄物の地層処分において、地下深部の長期的な地球化学環境の変遷を推定することは重要な課題となっている。長期的な地球化学特性の変遷の調査解析は、地下水の滞留時間の範囲内においては、地下水を分析することにより直接的に地球化学的特性を把握することが可能である。一方、地下水の滞留時間を超える時間スケールを対象とする場合においては、過去の地球化学特性を反映した地下水を直接採取することができないため、地下水から沈殿した二次鉱物を利用し地球化学的特性(温度、塩分濃度、pHおよび酸化還元電位)を推測することが有効な方法のひとつである。演者は炭酸塩鉱物を用いて過去の地下水の地球化学特性を推定し地下深部における地球化学的条件の把握を試みたこれまでの研究をレビューした。その結果、炭酸塩鉱物沈殿時の地下水の温度と塩分濃度は定量的に評価できる一方、pHおよび酸化還元電位は定性的な評価しかできていないが、炭酸塩鉱物中のマンガン,鉄,ウランなどの重金属や希土類元素の含有量を用いて酸化還元電位を定量的に推定できる可能性が示唆された。

地質環境長期安定性評価確証技術開発,6; 炭酸塩鉱物測定技術

渡邊 隆広; 國分 陽子; 村上 裕晃; 横山 立憲; 雨宮 浩樹; 水野 崇; 久保田 満; 岩月 輝希

no journal, , 

地質環境の長期安定性を評価するためには、過去の地質環境の変動幅を把握し、その結果に基づいて将来の変動幅を推定するといった手法の構築が必要である。このためには、過去の地下水の流動特性や化学的条件(酸化還元電位やpH)を把握することが必要である。これまでに地下水の化学組成に基づいて、地下水の滞留時間を評価する試みが行われてきたが、過去の地下水の化学的条件の変遷を連続的に把握することは困難であった。一方、地下水から沈殿した炭酸塩鉱物は、沈殿当時の年代と化学的状態を示す成分(例えば、ウラン, 鉛, 鉄や希土類元素の相対量など)を保持している可能性が高い。岩盤中の割れ目を充填する炭酸塩鉱物を古環境指標として活用するためには試料の局所領域を数十マイクロメートル以下で分析可能なレーザーアブレーション付き誘導結合プラズマ質量分析装置(LA-ICPMS)が有効である。本技術開発においては、日本原子力研究開発機構土岐地球年代学研究所に導入したLA-ICP質量分析計を用いて、炭酸塩鉱物の局所領域のU-Pb年代測定について技術基盤の構築を進めた。さらに、過去の化学的状態を復元するため、炭酸塩鉱物と地下水間の鉄の分配係数をもとにした酸化還元電位推定手法の適用性を検討した。

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。