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高井 静霞; 島田 太郎; 武田 聖司; 小池 克明*
Mathematical Geosciences, 56(2), p.333 - 360, 2024/02
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Geosciences, Multidisciplinary)事故に伴って生じた地下汚染を適切に除染するためには、汚染分布を精度良く推定することが必要である。汚染分布の推定には、汚染源と水理地質構造の両者の不確かさが伴い、特に汚染の放出時刻歴と透水量係数の不確かさの考慮が重要である。汚染の放出時刻歴は地球統計学的な手法によって推定できるが、従来の評価は水理地質構造を既知とするものであった。また地球統計学的手法では、異なるデータを組み合わせることで(地下水位およびトレーサー試験など)、不均質な透水量係数分布を推定することも可能である。しかし、汚染が生じている地盤での広範囲でのトレーサー試験の実施は、場を擾乱させてしまう。一方汚染濃度の経時データであれば、場を乱さずに広範囲に測定することが可能である。そこで本研究では、地下水位と汚染濃度の両者を用いた、地球統計学的な汚染分布と透水量係数分布の同時推定手法を開発した。本手法の適用可能性を、不均質な帯水層中の汚染(2次元)を想定した、2つの数値実験により確かめた。その結果、透水量係数分布の正確な推定には、汚染濃度を組み合わせることが重要であることが示された。汚染分布の将来予測の精度(真値と推定値の相関係数)は、地下水位のみから推定した場合には0.67程度だったが、汚染濃度を組み合わせた場合には両ケースとも0.97と高い再現性を示した。さらに、初期汚染分布と透水量係数分布の両者の不確かさを考慮することで(条件付き実現値)、汚染分布の将来予測の不確かさを定量的に評価できることを示した。
高井 静霞; 島田 太郎; 武田 聖司; 小池 克明*
Journal of Contaminant Hydrology, 251, p.104097_1 - 104097_12, 2022/12
被引用回数：3 パーセンタイル：24.47(Environmental Sciences)放射性核種や化学物質により汚染された地下環境に対し、リスクを評価し除染対策を立てるためには、測定データから汚染物質の濃度分布とその不確かさを正確に推定する必要がある。汚染の放出時刻歴が明らかでない場合でも、これを時間方向の相関を考慮して測定濃度から逆解析することで、既知の汚染源から放出された汚染分布とその不確かさを地下水流動を考慮した地球統計学的手法によって推定することができる。しかし、従来の手法には3つの課題があった:(1)実際の汚染事例に対する3次元的な検証例がない、(2)推定値に制限がないため、負値の発生及び不確かさの増大につながりうる、(3)複数の汚染物質を対象とした検証例が少ない。これらを解決するために、本研究では地下水流動を考慮した地球統計学的手法に、ギブスサンプリングによる非負の制限を導入した。そして本手法を、Gloucester処分場(カナダ、オタワ)における地下汚染事例に適用した。評価対象は、水に可溶な3つの汚染物質(1,4-ジオキサン,テトラヒドロフラン,ジエチルエーテル)とした。その結果、1982年の測定濃度(66点)から推定した汚染分布は、全ての汚染物質に対し測定値と高い相関(相関係数R
0.7)を示し、本手法の有効性が確認された。特に1,4-ジオキサンに対しては、1978年の実際の大規模投棄に応じた放出ピークが、最小エントロピー法による先行研究よりも正確に推定された。同様の放出ピークは他の汚染物質に対しても、有機炭素含有量からの遅延係数の推定範囲で概ね再現された。
高井 静霞; 島田 太郎; 武田 聖司; 小池 克明*
情報地質, 32(3), P. 95, 2021/09
GEOINFORUM-2021における発表「地下水流動を考慮した地球統計学的手法による汚染濃度分布の推定」が評価され、2021年度日本情報地質学会奨励賞を受賞した。今回の受賞に関する所感を同部会誌に寄稿する。
久保 大樹*; 松田 典大*; 柏谷 公希*; 小池 克明*; 石橋 正祐紀; 鶴田 忠彦; 松岡 稔幸; 笹尾 英嗣; Lanyon, G. W.*
Engineering Geology, 259, p.105163_1 - 105163_15, 2019/09
被引用回数：14 パーセンタイル：51.95(Engineering, Geological)花崗岩基質部の浸透率は主にマイクロクラックに規制される。本研究は土岐花崗岩を対象に、基質部の浸透率を支配する要因の特定を目指して、ボーリングコア試料の浸透率を、窒素ガス圧入式パーミアメータを用いて測定した。その結果、浸透率は断層帯や割れ目の多い場所で高く、弾性波速度と明瞭な相関が認められた。また、浸透率の特徴は、試料のマンガン/鉄比によって2つのグループに区分できることから、岩相が浸透率を規制する要因の一つであることが分かった。さらに、浸透率はケイ素と負の相関、カルシウムと正の相関があり、ケイ酸塩鉱物の溶解や炭酸塩鉱物の沈殿が浸透率に影響を及ぼしていることが明らかになった。このことから、断層活動に加えて、熱水活動が浸透率を規制する要因であると考えられた。
小池 克明*; 久保 大樹*; Liu, C.*; Masoud, A.*; 天野 健治; 栗原 新*; 松岡 稔幸; Lanyon, B.*
Tectonophysics, 660, p.1 - 16, 2015/10
被引用回数：28 パーセンタイル：65.65(Geochemistry & Geophysics)岩盤中の割れ目分布と透水性の関連性を把握することを目的に、東濃地域における深層ボーリング調査と立坑の壁面観察データを用いて、地球統計学的手法(GEOFRAC)による3次元割れ目分布モデルを構築するとともに、モデル化された割れ目分布と水理特性の関係について検討を行った。GEOFRACで構築した割れ目分布モデルは、使用した割れ目データの分布とよい一致を示した。また、モデル化された割れ目のうち、連続性のよい割れ目は既知の断層の近傍に分布している傾向にあることを把握した。さらに、GEOFRACで構築した割れ目分布モデルと透水係数分布モデルから、透水性に強い影響を及ぼす割れ目の規模や方向性を確認した。
久保 大樹*; 小池 克明*; Liu, C.*; 栗原 新*; 松岡 稔幸
地学雑誌, 122(1), p.139 - 158, 2013/03
広範囲の水理地質構造を明らかにするためには、調査によって得られた限られた情報を3次元的に拡張し、複数の情報を有機的に統合するための空間モデリング法が必要である。本研究では、地下水流動の支配要因である亀裂と透水係数の空間分布について、地球統計学を応用した推定手法を考案し、花崗岩体深部の水理構造の把握を試みた。作成した透水性分布モデルを用いた地下水流動シミュレーションの結果が、既往の調査結果と整合したことから、モデリング手法の妥当性が確認された。また同シミュレーションにより、対象地域において主要な地下水の流出域や、断層深部を通過する地下水の流れの存在が示唆されるなど、新たな知見を得ることができた。
鶴田 忠彦; 田上 雅彦; 天野 健治; 松岡 稔幸; 栗原 新; 山田 泰広*; 小池 克明*
地質学雑誌, 119(2), p.59 - 74, 2013/02
瑞浪超深地層研究所では、結晶質岩(花崗岩)を調査・研究において深地層の科学的研究を進めている。研究所で行っている地質学的調査では、特に結晶質岩中における地下水などの流体の主要な移行経路である割れ目や断層などの不連続構造の不均質性や特性に着目して、地表地質調査、反射法弾性波探査、ボーリング調査、研究坑道における地質調査などからなる現場調査と、それらの結果に基づく地質構造のモデル化を行っている。これまでの現場調査の結果、地下水の流動を規制する低透水性の断層が存在することと、多量の湧水を伴う割れ目帯が花崗岩上部に分布していることが明らかになっている。これらの地質構造については、スケールの異なる地質構造の規則性・関連性や地質構造の発達過程に着目したモデル化の整備を進めているところである。本報では、地質構造に関する現場調査と、地質構造モデルの構築に関する事例の紹介を通して、研究所における地質学的調査について報告する。
小出 馨; 小池 克明*
International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 19, p.88 - 103, 2012/10
被引用回数：7 パーセンタイル：25.92(Remote Sensing)本研究は、広域スケールにおける地質構造の水理学的特性評価にかかわる方法論の開発の一環として、従来困難とされてきたリモートセンシングによる温暖湿潤地域の森林地帯における高地下水面地区の抽出について、植生情報に基づく新たな検出方法を提案した。高地下水面によって引き起こされる植生状態の差異を検出するため、新しい植生指標(AgbNDVI)と対象エリアの地理学的特性に基づくセグメント解析を考案した。手法の妥当性を検証するため、岐阜県東濃地域の約5km四方の森林域の衛星データ(SPOT)を用いて本手法を適用した。その結果、抽出された高植生指標地点は、地下水流出が発生しやすい斜面傾斜変換点や地質境界付近、確認されている湧水点の近傍や地下水面の高い部分に分布していることが確認された。したがって、高植生指標地点は、地下水流出点や高地下水面地区の重要な指標となることから、本研究で提案した植生指標(AgbNDVI)及び高植生指標地点抽出手法は、温暖湿潤地域における地質構造の水理学的特性や地下水流出域の推定にとって有効な方法と考えられる。
小池 克明*; 内山 恭輔*; 小出 馨
情報地質, 23(2), p.68 - 69, 2012/06
熱水変質帯は、大雨によって地すべり等の地質災害を引き起こすとともに、金等の金属鉱床の成因とも関連しているため、防災や資源探査においてその分布形態の把握は重要である。本研究では、熱水変質帯に起因する土壌の化学的性質や土壌水分量の差異によって生じる植生異常部を抽出するため、植生の水ストレスに感度が高い可視域の緑色及び中間赤外域を用いた新規の植生指標VIGSを開発した。本植生指標の有効性を確認するため、LANDSAT TMデータを用いて地すべり地帯(八幡平)及び金鉱床地帯(菱刈鉱山)において、植生異常部の抽出を試みた。その結果、地すべり地形や金鉱化帯に関連する熱水変質帯に対応する植生異常地点の分布を捉えることができ、本植生指標の有効性を検証できた。
鐙 顕正*; 天野 健治; 小池 克明*; 鶴田 忠彦; 松岡 稔幸
情報地質, 22(4), p.171 - 188, 2011/12
岩盤中の破砕帯を伴うような断層は、岩盤の物性や力学的・化学的特性,透水性に強い影響を及ぼすことが多く、地下の地質環境や地盤の工学的性能を評価する際の重要な要素の一つと位置付けられている。しかしながら、ボーリング孔による調査ではさまざまな制約により、常に同じ品質や量のデータが確保できるとは限らない。また、地質条件、あるいは地質技術者の能力などの諸条件によって断層区間の評価結果が異なる可能性がある。このような評価結果の差異は深部地質環境を空間的に理解していく過程での不確実性の増大につながり、その後の調査計画立案時における適切な意思決定を難しくするだけでなく、直接的な施工のリスク要因にもなる。そのため本研究では、岐阜県瑞浪市の瑞浪超深地層研究所用地内における深層ボーリング調査データを用いて、使用する変数を明確な基準で選択したうえで、多変量解析(主成分分析及びクラスタリング)を適用した。その結果、客観的な基準により、岩盤を高精度で区分し、断層区間を適切に判定できるようになった。これにより、一つの調査項目のみに注目した従来の解析に比べ、多種情報を一度に扱う多変量解析は有効な手法であることが実証された。
久保 大樹*; 小池 克明*; 栗原 新*; 松岡 稔幸
平成23年度(2011年)資源・素材学会秋季大会講演集, p.369 - 370, 2011/09
広範囲の水理地質構造を明らかにするためには、調査によって得られた限られた情報を3次元的に拡張し、複数の情報を有機的に統合するための空間モデリング法が必要である。本研究では、地下水流動の支配要因である亀裂と透水係数の空間分布について、地球統計学を応用した推定手法を考案し、花崗岩体深部の水理構造の把握を試みた。作成した透水性分布モデルを用いた地下水流動シミュレーションの結果が、既往の調査結果と整合したことから、モデリング手法の妥当性が確認された。また同シミュレーションにより、対象地域において主要な地下水の流出域や、断層深部を通過する地下水の流れの存在が示唆されるなど、新たな知見を得ることができた。
小出 馨; 小池 克明*
Proceedings of International Symposium on Earth Science and Technology 2010, p.123 - 128, 2010/12
地形の不明瞭な古い地すべりや崩壊前の不安定斜面を抽出するため、不安定斜面に形成される水理地質構造による地下水滲出や斜面移動に伴う地盤変形によって生じる植生異常を衛星データを用いて捉える手法を考案した。本研究では植生状態の主要な影響因子である地形及び林相によって解析エリアを細分化し、同様な地理学的特徴を有する小領域ごとに植生状態を評価することにより、不安定斜面における地下水滲出や地盤変形に起因する植生異常の抽出を試みた。また、植生状態の指標として広く利用されている正規化植生指標(NDVI)の問題点を改良したAdded Green Band NDVI (AgNDVI)を考案した。SPOT衛星データを用いて代表的な地すべり地域である八幡平を解析エリアとして本手法を適用した結果、地下水滲出が生じやすい地すべりの滑落崖直下や末端部周辺には高植生指標異常地点が分布し、一方、滑落崖の外縁部,移動体主部の側方境界,移動体押し出し部のような亀裂や地盤の変形が生じている部分には低植生指標異常点が分布していることが示された。この結果から、不安定斜面の抽出に関する本手法の妥当性を確認した。
栗原 新; 天野 健治; Liu, C.*; 小池 克明*
Journal of MMIJ, 124(12), p.710 - 718, 2008/12
岩盤中の地下水の流動経路や物質の移動経路となる亀裂の空間分布を精度よく把握することは、地層処分システムの安全評価や地下施設の設計・施工の信頼性向上の観点から、特に重要な課題である。本研究では、瑞浪超深地層研究所のボーリング孔に分布する土岐花崗岩中の亀裂の密度に関して広域的な地質構造との空間的相関性に着目した統計学的な検討と応答曲面の作成を行い、データの得られていない地点における亀裂密度を補間できる可能性が明らかとなった。
高井 静霞; 島田 太郎; 武田 聖司; 小池 克明*
no journal, ,
放射性核種や化学物質による汚染が地下で発生した場合、適切かつ効率的な環境修復のため、汚染濃度分布の解明が必要となる。汚染が帯水層に移行している場合、限られた測定データの単なる内外挿ではなく地下水流動の影響を考慮する必要があるが、汚染の履歴(各時刻の放出量など)は明らかでない可能性がある。本研究では、地下水流動を考慮した地球統計学的な汚染分布評価手法を検討した。
Hによる仮想的な汚染分布(2次元)に対する評価の結果から、測定値の不確かさが小さく水理地質構造が既知である場合、限られた測定点数でも未知量である各時刻の放出量と濃度分布を精度良く評価できることを確認した。さらに実際のケースとして、茨城県神栖市におけるジフェニルアルシン酸(有機ヒ素化合物)による汚染事例を対象に本手法を適用した。評価の結果、濃度分布の推定結果は汚染源直下および井戸周辺での高い測定値の傾向を再現し、評価に用いた32点の測定値に対する絶対誤差平均は3.0mg-As/Lに抑えられた。一方地下水に放出した総ヒ素量は2.9kgと推定され、測定濃度と地下水体積の積としての推計値40.89kgからずれが生じる結果となった。評価精度の向上のためには、水理地質構造の不確かさ(境界条件,収着特性など)の考慮が必要である。
高井 静霞; 島田 太郎; 武田 聖司; 小池 克明*
no journal, ,
放射性核種や化学物質による汚染が地下で発生した場合、環境修復を適切かつ効率的に行うため、汚染濃度分布の解明が必要となる。しかし汚染が帯水層に移行している場合は地下水流動の影響を受けるため、限られた測定データの単なる空間モデリングでは正確な分布推定ができない可能性は高い。そこで本研究では、地下水流動を考慮した汚染分布の地球統計学的推定手法を検討した。さらにギブスサンプリングにより推定値に対する非負の制限を設け、仮想的なモデルおよび実際の汚染事例(Gloucester処分場、カナダ)に対し有用性を評価した。放出量の時間変化に2つのピークをもつHによる汚染を仮定した仮想的なモデルの評価では、地球統計学的手法(トレンド付きクリギング)では適切な2つのピークがある空間分布を推定できなかったが、本手法では絶対誤差平均2.8E-9でその空間分布を推定可能となった。Gloucester処分場(1,4-ジオキサンによる汚染)では、1982年に取得された69点の測定濃度を用いて3次元の帯水層中の汚染(300
30040m)を評価した。その結果最小エントロピー等による先行研究より、非負の制限と地下水流動解析を用いた本手法の方が1978年の大規模放出を高精度で再現でき、測定濃度に対する絶対誤差平均も2.8E-2と小さく抑えられ、本評価手法の有用性を確認できた。
小村 悠人*; 柏谷 公希*; 宮川 和也; 中田 弘太郎*; 小池 克明*
no journal, ,
高レベル放射性廃棄物の地層処分における安全性を確保するための一つの要件として、長期的に地下水流動が緩慢であることを示すためには、水理学的な指標のみではなく、化学的な指標から地下水水質の形成プロセスを把握し、それに基づいた地下水流動状態の理解が試みられている。北海道北部の幌延地域では、海成堆積岩が広く分布し、地下には海水が変質した化石海水が分布している。この化石海水の塩化物イオン濃度は海水の1/21/3まで低下し、水素酸素同位体比も海水の値から変化しており、どのような過程で水質進化が起きたか明らかとなっていない。本研究では、堆積、圧密排水による間隙水の移動や、続成過程で生じる水-岩石反応を考慮した一次元の堆積盆モデリングにより、堆積盆形成過程における地下水の塩化物イオン濃度や水素酸素同位体比、ヘリウム濃度の時空間変化を推定し、幌延地域に分布する化石海水の形成メカニズムを検討した。その結果、地層の圧密による上位層への排水により、下位層の間隙水が浅層まで上昇していることが確認され、幌延地域の化石海水の水質進化において、深部から上昇した間隙水の寄与が大きい可能性が明らかにされた。
鶴田 忠彦; 松岡 稔幸; 田上 雅彦; 栗原 新; 天野 健治; 山田 泰広*; 小池 克明*
no journal, ,
石油資源探査,放射性廃棄物の地層処分,CO
の地中貯留などの地下環境を対象とした事業では、高透水性の割れ目帯や、低透水性の断層などの地下水の流動を規制する地質構造の空間分布を把握することが重要である。一方で、そのような地質構造の分布を把握するためのボーリング調査や物理探査などの現場調査は、経費や実施場所などの制約により取得できる情報が限定されることから、地質構造の空間分布を現場調査の結果のみに基づいて理解することは極めて困難である。そのため、地質構造の空間分布を推定するモデリング技術の開発・適用が必要となってくる。以下に、日本原子力研究開発機構が岐阜県東濃地域の瑞浪超深地層研究所において進めている地質構造の空間分布を予測するためのモデリング技術の開発について、現状の取り組みを報告する。
小村 悠人*; 柏谷 公希*; 宮川 和也; 中田 弘太郎*; 小池 克明*
no journal, ,
高レベル放射性廃棄物の地層処分では、長期にわたる地下水流動や物質移行の予測が必要となる。地質学的な時間スケールを通して過去に生じた水理地質特性の変化や水質進化に関する理解は、現在の水理地質特性や水質の空間分布、さらには将来生じる地下水流動や物質移行の予測に役立つものと考えられる。北海道北部の幌延地域に分布する海成層の深部には化石海水が分布している。化石海水は推定された滞留時間から海成層堆積時に取り込まれたものと考えられているが、海水とは異なる水素酸素同位体比や塩化物イオン濃度を示し、海水から化石海水への水質変化の原因が明らかになっていない。そこで本研究では、化石海水の形成プロセスの理解を目的に、海底での継続的な地層の堆積を再現した一次元の堆積盆モデリングを行い、堆積・圧密に伴う上載圧および間隙水圧の時空間的な変化と間隙水の流動、続成過程で生じた水-岩石反応による水質の変化などについて推定した。
小池 克明*; Liu, C.*; Masoud, A.*; 天野 健治; 栗原 新
no journal, ,
本研究は、放射性廃棄物地層処分の研究開発に関連し、地質の不均質構造に対する離散的地質情報に基づくマルチスケール空間モデリング手法の開発を目的とするものである。特に、大小あらゆるスケールにおいても存在する亀裂の空間分布を対象とし、地質,物性,水理・水質情報の空間分布を有機的に統合することを試みた。岐阜県の東濃地域を事例に、亀裂と水理地質構造の3次元モデリングを実施したところ、透水係数が大きなゾーンと亀裂分布形態との関係,亀裂面の大きさと透水係数との関係,透水係数の異方性と活断層との関連などを明らかにできた。また、亀裂とリニアメント,マイクロクラックを統合した解析により、長さの頻度分布,密度分布に関するセミバリオグラムの形状の類似性を見いだし、これに基づくマルチスケールモデリング法を提案できた。
