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論文

The Succession of bacterial community structure in groundwater from a 250-m gallery in the Horonobe Underground Research Laboratory

伊勢 孝太郎; 佐々木 祥人; 天野 由記; 岩月 輝希; 南條 功*; 浅野 貴博*; 吉川 英樹

Geomicrobiology Journal, 34(6), p.489 - 499, 2017/07

 被引用回数:3 パーセンタイル:16.83(Environmental Sciences)

幌延深地層研究センターの250m水平坑道に掘られた09-V250-M02 and 09-V250-M03ボアホール中における微生物群集変化について調査を行った。09-V250-M02において、掘削直後に採取したサンプルについてクローンライブラリー解析を行ったところ、$$varepsilon$$-Proteobacteriaが最も優占していた。$$varepsilon$$-Proteobacteriaは硫化物を硫黄に酸化して増殖する独立栄養細菌であることが知られている。4年経過後の微生物群集は大きく変化し、OP9やChloroflexiなどの深海底において検出されることが多い種が優占していた。これらのことから、掘削直後には空気による酸化の影響が大きく見られたが、時間経過とともに微生物群集は深海底などで検出される微生物群集と似た構造と変化することが示された。

論文

北海道幌延地域における深部地下水調査; 地上からの地球化学調査の妥当性評価と地下施設建設に伴う地球化学特性変化

天野 由記; 南條 功; 村上 裕晃; 藪内 聡; 横田 秀晴; 佐々木 祥人; 岩月 輝希

地下水学会誌, 54(4), p.207 - 228, 2012/11

北海道幌延町において、堆積岩を対象とした深地層の研究施設を利用して、地上からの地球化学調査技術の妥当性を検証した。また、地下施設建設が周辺の地球化学状態に及ぼす影響について考察した。地上からのボーリング調査数量と水質の深度分布の推定品質の関係を整理した結果、3本程度の基本ボーリング調査と断層・割れ目帯など高透水性の水理地質構造を対象とした追加ボーリング調査により、数キロメータースケールの調査解析断面の水質分布について不確実性も含めて評価できることが明らかになった。地下施設建設に伴う地下水の塩分濃度,pH,酸化還元状態の擾乱を観察した結果、一部の高透水性地質構造の周辺において、地下坑道への湧水により水圧や塩分濃度の変化が確認された。この変化量は事前の予測解析結果と整合的であった。これらの成果は、他の堆積岩地域における地上からのボーリング調査や地下施設建設時の地球化学調査の計画監理にも参照可能と考えられる。

報告書

幌延深地層研究計画; 平成23年度調査研究成果報告

中山 雅; 天野 健治; 常盤 哲也; 山本 陽一; 大山 卓也; 天野 由記; 村上 裕晃; 稲垣 大介; 津坂 仁和; 近藤 桂二; et al.

JAEA-Review 2012-035, 63 Pages, 2012/09

JAEA-Review-2012-035.pdf:12.23MB

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つの段階に分けて実施されている。平成23年度は、「幌延深地層研究計画平成23年度調査研究計画」に従って、調査研究及び地下施設の建設を継続した。研究開発は従来通り、「地層科学研究」と「地層処分研究開発」に区分して実施した。具体的には、「地層科学研究」では、地質環境調査技術開発、地質環境モニタリング技術開発、深地層における工学的技術の基礎の開発、地質環境の長期安定性に関する研究という研究課題を設定し、「地層処分研究開発」では、人工バリアなどの工学技術の検証、設計手法の適用性確認、安全評価モデルの高度化及び安全評価手法の適用性確認という研究課題を設定している。本報告書はそれらを取りまとめたものである。幌延深地層研究計画の成果は、原子力機構における他の研究開発拠点での成果と合わせて一連の地層処分技術として、処分事業や安全規制に適宜反映していく。

報告書

幌延深地層研究センター東立坑140m調査坑道における地下水の地球化学モニタリングに関する研究開発

南條 功; 天野 由記; 岩月 輝希; 國丸 貴紀; 村上 裕晃; 細谷 真一*; 森川 佳太

JAEA-Research 2011-048, 162 Pages, 2012/03

JAEA-Research-2011-048.pdf:8.53MB
JAEA-Research-2011-048-appendix(CD-ROM)-1.pdf:0.74MB
JAEA-Research-2011-048-appendix(CD-ROM)-2.pdf:7.55MB
JAEA-Research-2011-048-appendix(CD-ROM)-3.pdf:18.71MB
JAEA-Research-2011-048-appendix(CD-ROM)-4.pdf:0.11MB
JAEA-Research-2011-048-appendix(CD-ROM)-5.pdf:0.07MB
JAEA-Research-2011-048-appendix(CD-ROM)-6.pdf:0.68MB

北海道幌延地域のような低透水性の堆積岩においては、施設建設に伴う地下水の湧水とその水圧・水質変化の相関及びそれらの経時的な変化の観測例が少なく、その観測技術の開発が課題となっている。本研究では、地下施設の建設が周辺地質環境に与える影響を調査するための技術開発を目的として、施設建設過程及び建設後の地下水の間隙水圧と水質(pH,電気伝導度,溶存酸素,酸化還元電位,水温)の同時連続観測が可能なモニタリング装置を新たに製作・設置し、その適用試験を行った。その結果、低透水性並びに溶存ガスを含有する堆積岩環境において、間隙水圧のモニタリング及び原位置の圧力を維持した状態で物理化学パラメータを測定する技術を確立することができた。また、施設建設過程における間隙水圧/水質の変化について評価を行い、間隙水圧の低下が確認された区間においてもpH及び酸化還元状態はほとんど変化していないことが示された。

報告書

幌延深地層研究計画における地下水,河川水及び降水の水質データ; 2001$$sim$$2010年度

天野 由記; 山本 陽一; 南條 功; 村上 裕晃; 横田 秀晴; 山崎 雅則; 國丸 貴紀; 大山 隆弘*; 岩月 輝希

JAEA-Data/Code 2011-023, 312 Pages, 2012/02

JAEA-Data-Code-2011-023.pdf:5.46MB
JAEA-Data-Code-2011-023(errata).pdf:0.08MB

日本原子力研究開発機構幌延深地層研究センターでは、幌延深地層研究計画に基づきボーリング孔の掘削を伴う地上からの調査研究(第1段階)の一環として、平成13年度から表層水,地下水などの水質分析を行ってきた。分析の対象は、ボーリング孔から採取した地下水,掘削水,掘削リターン水,岩石コアからの抽出水,河川水及び雨水などである。また、平成18年度から幌延深地層研究計画における地下施設建設時の調査研究(第2段階)が進められており、立坑内の集水リング,立坑壁面湧水やボーリング孔などから地下水を採取し、水質分析を実施している。本報告書は、平成13年度から平成22年度までの水質分析データを取りまとめたものである。

口頭

坑道内地下水モニタリング装置の開発と適用試験

南條 功; 國丸 貴紀; 岩月 輝希; 細谷 真一*; 森川 佳太*

no journal, , 

本研究では、地下施設の建設が周辺環境に与える影響を調査するための機器の開発を目的として、施設建設過程及び建設後の地下水の間隙水圧と水質の同時連続観測が可能なモニタリング装置を新たに開発・設置し、その適用試験を行った。観測を行った結果、モニタリング装置内を地下水が循環している間はその区間の間隙水圧がわずかに低下するものの、循環を停止すると同時に間隙水圧は循環前の定常値とほぼ同じ値を示した。このことから、水質連続観測は水圧観測に大きな影響を与えることはなく、実際の調査試験に十分利用できることが確認できた。今後は、東立坑における深度140m以深の掘削に伴う地下水の水圧,水質の変化を立坑からの距離ごとに観測し、地下施設建設が周辺の地下水環境に与える影響を評価するためのデータの蓄積を行っていく。

口頭

岩盤が有する酸化還元緩衝能に関する原位置試験

天野 由記; 南條 功; 岩月 輝希; 佐々木 祥人; 浅野 貴博; 寺島 元基; 長岡 亨*; 中村 孝道*; 吉川 英樹; 青木 和弘

no journal, , 

幌延深地層研究所の深度140m調査坑道から掘削したボーリング孔を用いて、岩盤中の「水-岩石-微生物」システムが有する環境回復能力(酸化還元緩衝能力)を評価するために原位置試験を実施した。酸素を飽和させた地下水をボーリング孔に注入・循環し、酸素濃度,酸化還元電位の変化及びそれに伴う化学成分や微生物数・微生物群集組成の変化をモニタリングし、「水-岩石-微生物」システムにおける岩盤の酸化還元緩衝能力を評価した。その結果、溶存酸素濃度は循環開始後10時間以内に検出限界以下となった。Fe(II)イオン濃度も減少傾向を示したことから、注入した酸素は地下水中の溶存鉄により消費されたと考えられる。試験期間中の酸素消費速度は9.64mg/L/dayであった。また、酸化還元電位は循環を開始してから5日後に試験開始前とほぼ同等の約-208mVで安定状態となり、速やかに還元状態が回復することが示された。

口頭

幌延深地層研究所における地球化学特性調査; 地下施設建設に伴う周辺地下水の水圧・水質変化について

村上 裕晃; 天野 由記; 南條 功; 岩月 輝希

no journal, , 

高レベル放射性廃棄物の地層処分場のような大規模地下施設の建設は周辺の水理・地球化学特性にさまざまな影響を及ぼすため、それらの影響を評価する手法の開発が必要とされている。本研究では、地下施設の建設に伴い発生する湧水の水質分析と、地下施設周辺の水圧・水質の連続観測に基づき明らかになった地下水の擾乱プロセスについて報告する。現在、幌延深地層研究所では東立坑と換気立坑を約250mまで掘削しており、各立坑に深度約30mごとに設置された集水リングにおいて定期的に湧水量測定と水質分析を実施している。また、深度140mの水平坑道においてボーリング孔を掘削し、東立坑の深度140m以深を掘削する前の水質・水圧の初期値を把握した後、深度140m以深の立坑掘削前後の水圧の変化を把握した。その結果、立坑から少なくとも約80m以上の領域において、東立坑の掘削に伴い水圧が影響を受けることが示された。集水リングの地下水からは表層水や塩分濃度の高い地下水の流入と推察される水質の変化が観測された。

口頭

幌延の原位置微生物による酸化還元影響の評価,1; 調査坑道における原位置試験

天野 由記; 岩月 輝希; 南條 功; 佐々木 祥人; 浅野 貴博*; 吉川 英樹; 長岡 亨*; 中村 孝道*

no journal, , 

幌延深地層研究所の深度140m調査坑道にて、岩盤の酸化還元緩衝能力を評価するための原位置試験を実施し、「水-岩石-微生物」相互作用による還元環境回復プロセスを評価した。その結果、循環開始時の溶存酸素濃度は5.43mg L-1であったが、10時間以内に検出限界(0.01mg L-1)以下となった。また、ORPは循環を開始してから5日後に試験開始前とほぼ同等の約-427mVで安定状態となり、速やかに還元状態が回復することが示された。化学成分及び微生物群集分析の結果から、還元状態に回復する過程でFe2+イオンの酸化反応,微生物の好気呼吸反応が酸素消費に寄与し、微生物による硝酸還元・鉄還元等の還元反応が進んだことが示された。

口頭

幌延深地層研究所における水理・地球化学特性評価技術開発の現状

南條 功; 天野 由記; 岩月 輝希; 村上 裕晃; 佐々木 祥人; 吉川 英樹

no journal, , 

JAEA幌延深地層研究所では、地下施設の建設が周辺地質環境に与える影響を評価するための技術開発を目的として、地下坑道で地下水の採水と間隙水圧及び物理化学パラメーター(pH,電気伝導度,溶存酸素,酸化還元電位,水温)の同時連続観測が可能なモニタリング装置を製作・設置し、観測を行っている。設置したモニタリング装置による観測の結果、観測区間すべてにおいて立坑掘削の影響に伴う水圧低下の傾向が示され、立坑により近い区間において大きな水圧変化が確認された。また、地下水中の微生物群集について遺伝子解析を行った結果、深度が深くなるにつれてメタン生成菌が優占する群集組成であり、地下水の酸化還元状態を反映した微生物組成となっていることが示された。今後の連続観測により地下水湧水量と水圧・水質の変化量などの関係を整理していく。また、本装置の稼働にあたってガスの発生が原因と思われる水圧異常値が確認されていることから、ガスの発生に対応した水圧・水質モニタリング装置の改良を行い、観測技術を整備していく。

口頭

The Analysis of hydrochemical buffering process at Horonobe Underground Research Laboratory, Japan

岩月 輝希; 天野 由記; 村上 裕晃; 南條 功; 青木 和弘; 佐々木 祥人; 吉川 英樹

no journal, , 

地下施設建設時の周辺岩盤への水理化学的影響の調査評価方法を構築するため、幌延深地層研究所において周辺地下水の水圧変化,水質変化,酸化還元緩衝能力の観測と解析を行った。その結果、水圧の減少など水理的影響は地下施設から数百メーターの範囲に及んでおり、付随して地下水水質の変化も確認された。一方で、地下水の酸化還元電位には変化が認められず、水質や微生物相の解析から、鉄や硫黄の化学種を含む生物化学反応が岩盤中の酸化還元緩衝能力にかかわる主要な反応であることが明らかになった。

口頭

幌延深地層研究所における地下施設の建設に伴う深部地下水の地球化学特性変化

宮川 和也; 天野 由記; 南條 功; 村上 裕晃; 藪内 聡; 横田 秀晴; 岩月 輝希

no journal, , 

日本原子力研究開発機構の幌延深地層研究所では、高レベル放射性廃棄物の地層処分の安全性と実現性を提示するための地質環境調査・評価技術にかかわる研究開発を行っている。その一環として本研究所では、地下施設の建設が周辺の地質環境に与える影響の評価を目的として、地下坑道を利用した地質環境調査を実施している。本報告では、施設建設過程における深度250mまでの水理・地球化学特性の観測結果と、地上からのボーリング調査で把握した地球化学特性とを比較し、施設建設に伴う周辺の水理・地球化学環境の変化についての考察を報告する。施設建設開始後数年では、地下水の化学条件変化は坑道直近に限られることが示され、この理由として、割れ目などの連結性が乏しい低透水性層では地下水の湧出量が少ないことや、堆積岩中に含鉄鉱物や硫化物,微生物などが多く含まれており、岩盤自体に環境変化に対する十分な緩衝能力があることが考えられる。

口頭

Microbial structure change in the groundwater samples from two boreholes at depths of -250m in Horonobe Underground Research Laboratory

伊勢 孝太郎; 南條 功; 雨宮 浩樹; 天野 由記; 岩月 輝希; 浅野 貴博*; 景山 幸二*; 佐々木 祥人; 吉川 英樹

no journal, , 

幌延深地層研究センター250m水平坑道の2本の井戸の掘削後における微生物群集と地下水の解析を行った。微生物群集解析は250m水平坑道で水平方向に掘った井戸V250-M02(以下M02)と垂直方向に掘ったV250-M03(以下M03)の2箇所において行った。M02ではおもに${it $beta$-Proteobacteria}$,${it $gamma$-Proteobacteria}$、M03では${it $delta$-Proteobacteria}$${it Firmicutes}$, ${it Bacteroidetes}$により構成されており、明らかに異なる菌相であった。同じ井戸において4か月後にはM02では${it $beta$-Proteobacteria}$の割合が減少し、偏性嫌気性細菌である${it Clostridium}$などの${it Firmicutes}$の割合が増加した。M03においても${it Desulfosarcina}$ spp.などの硫酸還元細菌が減少し、${it JS-1}$${it Chloroflexi}$などの割合が増加した。これらのことから、原位置において還元的環境へとシフトする際には微生物群集が変化し、その変化は時間的にも空間的にも依存することが示された。

口頭

坑道内地下水モニタリング装置の開発・改良および適用試験

南條 功; 水野 崇; 村上 裕晃; 天野 由記; 細谷 真一*; 若濱 洋*; 山下 理代*

no journal, , 

本研究では、地下施設の建設が周辺の地質環境に与える影響を調査するための技術開発を目的として、幌延深地層研究計画において140m調査坑道に設置したモニタリング装置の観測結果に基づき課題を抽出した。さらに、品質を確保しつつより効率的に地下水の間隙水圧と水質(pH, 酸化還元電位,電気伝導度,溶存酸素,水温)の同時連続観測が可能なモニタリング装置を350m調査坑道に設置し、適用試験を行った。新たなモニタリング装置では、溶存ガスを多く含む幌延の地下水への対応や水質センサーのメンテナンス性の向上、継続したデータの取得、観測データの一元管理を実現した。その結果、主な課題に対応した改良が適切になされ、連続的なモニタリングが実施できることを確認した。

口頭

幌延深地層研究所における地球化学研究

水野 崇; 南條 功; 山本 信幸; 宮川 和也; 村上 拓馬

no journal, , 

北海道幌延地域を対象として、地球化学トレーサーに基づいた地下水の水質形成プロセスの把握を試みた。その結果、ガスハイドレートの分解や上位層(勇知層)から下位層(声問層,稚内層)への間隙水の浸透により水質が形成されている可能性を示した。

口頭

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。

口頭

幌延深部地下水中のフミン酸のプロトン化反応機構について

紀室 辰伍*; 桐島 陽*; 秋山 大輔*; 佐藤 修彰*; 水野 崇; 天野 由記; 南條 功*

no journal, , 

高レベル放射性廃棄物から溶出した放射性核種が、地下水中の天然有機物の一種であるフミン物質と錯生成することで移行が促進される可能性が指摘されており、フミン物質と金属イオンの錯生成を定量的に記述する試みがなされてきた。フミン物質は組成不均質性をもつ高分子電解質であり、その性質は起源や履歴によって大きく異なる。しかしながら、実際に深部地下水中に溶存しているフミン物質を用いた研究は限られている。そこで本研究では、北海道幌延町の深度350m地下水中に溶存しているフミン物質を抽出し、プロトン化反応における熱力学量を求めることから表層のフミン酸と反応機構の比較を行った。その結果、幌延フミン酸は、プロトン化反応および酸解離反応ともに標準物質であるIHSSの表層フミン酸とは異なる反応機構を有し、これは単純有機酸に近いことが分かった。これはフミン酸の起源による影響が大きいことに因ると考えられる。

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