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論文

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

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。

論文

Characterizing the permeability of drillhole core samples of Toki granite, central Japan to identify factors influencing rock-matrix permeability

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:5 パーセンタイル:57.99(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。

論文

3D geostatistical modeling of fracture system in a granitic massif to characterize hydraulic properties and fracture distribution

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:20 パーセンタイル:68.73(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。

論文

地球統計学的手法による亀裂性花崗岩体の3次元透水係数モデリングと広域地下水流動解析への応用

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。

論文

瑞浪超深地層研究所における深部地質環境のモデル化を目指した地質学的調査

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。

論文

Applying vegetation indices to detect high water table zones in humid warm-temperate regions using satellite remote sensing

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:6 パーセンタイル:27.04(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。

論文

地植物学的リモートセンシングによる潜在的熱水変質帯の分布形態の抽出

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。

論文

多変量解析を用いたボーリング孔での断層の区間判定と岩盤区分; 瑞浪超深地層研究所における深層ボーリング孔での事例

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。

論文

花崗岩体深部の透水性と地下水流動の地球統計学的解析

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。

論文

Identifying groundwater- and slope movement-induced vegetation conditions in a landslide prone area using remotely sensed data

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。

論文

花崗岩体上部に発達する低角度亀裂の空間分布特性と地質学的解釈; 瑞浪超深地層研究所周辺の土岐花崗岩からの知見

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。

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

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口頭

透水性構造抽出のための亀裂分布モデリング

小池 克明*; Liu, C.*; 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、地層中の透水性構造に規制される流体流動の高精度予測解析に寄与する目的のもと、透水性構造抽出のための三次元亀裂分布モデリング手法を開発するものである。解析領域を日本原子力研究開発機構が研究対象とする岐阜県東濃地域とし、地球統計学的手法に基づく亀裂分布解析コード(GEOFRAC)とボーリングデータを用いた三次元亀裂分布モデリングを実施した。解析領域における亀裂の三次元分布を充填鉱物・比抵抗・P波速度の三次元分布と重ね合わせることで、物性の急変部に調和的な東北東及び北北西方向に連続する亀裂が、透水性構造を形成している可能性の高いことがわかった。一方、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いたボーリングコア試料のマイクロクラックと解析領域の10m間隔DEMデータを用いたリニアメントを抽出した結果、これらスケールの異なる亀裂の方位分布に関する対応関係を見いだすことができた。

口頭

東濃地域を対象とした亀裂分布のマルチスケールモデリング技術の開発

小池 克明*; Liu, C.*; 天野 健治

no journal, , 

熊本大学と原子力機構は、従来困難であった亀裂分布のマルチスケールのモデル化技術の開発を共同研究として実施している。平成19年度までの本共同研究により、熊本大学が開発した亀裂シミュレーションプログラム(GEOFRAC)の三次元化に向けた改良と東濃地域のボーリングデータを用いた解析・モデル化を行い、ボーリング孔に分布する数m$$sim$$数kmオーダーの亀裂の三次元分布を表現することが可能となった。

口頭

地質調査結果と経験的解釈に基づく花崗岩体中の亀裂密度分布の推定; 瑞浪超深地層研究所のボーリングデータを用いた検討事例

栗原 新; 天野 健治; 小池 克明*; Liu, C.*

no journal, , 

花崗岩体中に発達する断層・節理等の不連続面(以下、亀裂)は、岩盤中の物性や透水性の不均質分布を生じさせる主な要因として、地下水流動や物質移動のほか、応力状態等さまざまな地質現象に影響を与えると考えられている。したがって、限られたデータから亀裂の三次元分布を高い精度でモデル化することは、資源探査・地下構造物建設・放射性廃棄物の地層処分等の工学的評価において、特に重要な技術的課題の一つである。本研究では、瑞浪超深地層研究所周辺のボーリング孔において確認した土岐花崗岩中の亀裂密度に関して、規模の大きな地質構造の分布との空間的相関構造に着目し、既存の地質調査結果と文献情報に基づく地質構造分布の経験的解釈から、データの得られていない領域の亀裂密度の分布傾向を推定できる可能性のあることが明らかとなった。

口頭

地質体での亀裂分布と透水性のマルチスケールモデリングに関する一試案

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。

口頭

地質構造の空間モデリング手法の開発; 瑞浪超深地層研究所における取り組み

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$$_{2}$$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。

口頭

花崗岩体の広域的水理構造のモデリングと亀裂分布からの考察

栗原 新; 小池 克明*; Liu, C.*; Masoud, A.*; 天野 健治

no journal, , 

本研究では、東濃地域の地質を対象とした既往研究によるマルチスケールモデリング手法を用いて、東西12km・南北8km,垂直方向に1.5kmの解析空間における透水係数分布モデルと水質分布モデルを構築した。これらのモデルと既往研究による亀裂分布モデルとの比較により、長さ2km以上のリニアメントのうちの一部は、透水性又は水質の境界に位置することがわかった。本研究に適用したマルチスケールモデリング手法は、岩盤中の不均質な水理構造を予測する手法としても応用することができる。

口頭

仮想水理地質モデルを用いた核種移行に関する断層のバリア機能評価

青木 月丸*; 柏谷 公希*; 渡辺 勇輔; 小池 克明*

no journal, , 

断層は、石油・ガスや地下水などの移動を抑制する地質構造として働く場合があることが知られている。このようなバリア機能を有する断層に囲まれたコンパートメント構造内の領域では、地下水流動や物質移行が抑制される可能性があるが、コンパートメント構造が有する物質移行の抑制効果に着目し、支配的な水理特性や物質移行特性などについて検討した例は限られる。そこで本研究では、コンパートメント構造を含む仮想的な水理地質モデルを用いて、地下水流動解析と断層における収着を考慮した反応輸送解析を行うことで、断層およびコンパートメント構造上部を水平に覆う難透水層の有無や、断層周辺に分布する鉱物の収着特性が、断層周辺の地下水流動および物質移行に及ぼす影響について検討した。その結果、低透水性のガウジを有する断層と水平な難透水層に囲まれた領域では物質移行が抑制され、断層における収着を期待できる場合にはその抑制の効果がさらに大きくなることが明らかとなった。

口頭

Improvement of contaminant plume estimation by a geostatistical method considering groundwater flow and non-negativity

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$$^{3}$$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$$times$$300$$times$$40m$$^{3}$$)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。

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