GISを用いた火山体の地形解析によるマグマ供給系の推定方法(受託研究)

西山 成哲; 後藤 翠*; 塚原 柚子; 川村 淳; 梅田 浩司*; 丹羽 正和

JAEA-Testing 2022-003, 51 Pages, 2022/09

JAEA-Testing-2022-003.pdf:5.24MB
JAEA-Testing-2022-003-appendix(CD-ROM).zip:1.12MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分における地質環境の長期安定性に係る評価のうち、火山・火成活動に関する技術的課題の一つとして、マグマ活動範囲の評価技術の高度化は必要不可欠である。そのための有効な手法として、火山体の地形解析による岩脈の分布範囲の把握が期待される。近年では、手作業では作業量が膨大で困難であった作業が、コンピュータによる地形解析技術の発達により、多くの作業量を簡易的に行えるようになった。本報告では、GISソフトウェアを用いた火山体を形作る等高線の形状解析手法について記述する。

キャビティーリングダウン法による携帯型装置の車載測定に基づくメタン漏出の効率的な検出手法の検討

丹羽 正和; 下茂 道人*; 島田 耕史; 後藤 翠

JAEA-Research 2022-004, 38 Pages, 2022/06

JAEA-Research-2022-004.pdf:2.86MB
JAEA-Research-2022-004-appendix(CD-ROM).zip:0.41MB

地下貯留層の天然ガスは、断層や割れ目に沿った移流によって地表に到達するので、天然ガス資源探査の初期段階においては、地表でのメタンの漏出を検出するための調査がしばしば行われる。一方、沈み込み帯に沿ったスラブの脱水に由来する流体も溶存ガスとしてメタンを豊富に含むことが多いが、これらはしばしば高温、かつ塩分に富むなど特徴的な化学的特徴を有することから、放射性廃棄物の地層処分における重要な評価対象として指摘されている。本研究では、高精度(ppbレベル)かつ短い測定間隔(約1秒)でメタンガス濃度が測定できる波長スキャンキャビティーリングダウン分光法(CRDS法)による携帯型分析装置を採用し、スラブ脱水起源の深部流体の湧出を検出するための車載測定の適用性について検討した。事例対象とした紀伊半島南東部の本宮地域での車載測定では、メタン含有温泉である川湯温泉および湯の峰温泉において、バックグラウンド濃度を超える明らかなメタンアノマリ(2ppm)が検出された。ガウスプルームモデルに基づく大気中のメタン拡散の推定結果は、車載測定の結果と調和的である。本研究で適用したCRDS法による車載測定は、資源探査などにおいて、地表でのメタン漏出を迅速かつ容易に特定するのに有効な手法となる可能性がある。本報告書では、車載測定の実施事例に加え、測定装置の使用方法についても併せて取りまとめた。

東濃地科学センターにおけるポータブル蛍光エックス線分析装置を用いた岩石試料等の主要元素及び微量元素の定量分析; エックス線照射径3mmでの全岩化学分析手法

山本 悠介; 渡邊 隆広; 丹羽 正和; 島田 耕史

JAEA-Testing 2021-003, 58 Pages, 2022/01

JAEA-Testing-2021-003.pdf:6.82MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分事業や国の安全規制において必要となる、将来の自然現象に伴う地質環境の変化の予測・評価は、一般に自然現象に関する過去の記録や現在の状況に関する調査結果に基づき行われる。岩石や堆積物の全岩化学組成は、こうした自然現象に関する過去の記録や現在の状況を明らかにする上での重要な基礎データの一つとなる。東濃地科学センター土岐地球年代学研究所では、この全岩化学組成を迅速に把握する手法として、屋外で使用可能な可搬型の蛍光エックス線分析装置(ポータブルXRF)による非破壊での全岩化学分析手法を整備した。特に、少量試料への適用を想定し、ポータブルXRFのスモールスポット測定機能を用いた3mm径(標準仕様は8mm径)での試験測定を実施した。本稿では、スモールスポット測定による全岩化学組成の分析手法として、標準試料を用いた検量線の作成方法、主要元素(SiO, TiO, AlO, FeO, CaO, KO)と微量元素(Rb,Sr,Zr)の定量分析方法について示すとともに、本手法を用いた標準試料の繰返し測定による分析精度評価の結果及び既往研究により全岩化学組成データが知られている天然試料への適用性評価結果も示す。

和歌山県田辺市本宮町川湯温泉周辺の露頭の赤外線画像

島田 耕史; 後藤 翠; 丹羽 正和; 下茂 道人*

地質学雑誌(インターネット), 127(10), p.I - II, 2021/10

https://doi.org/10.5575/geosoc.2021.0021

地下からの高温流体(液体・気体)の継続的な滲出地点は、赤外線画像により簡便に把握できるであろう。このことを、川沿いに自然湧出する川湯温泉の露頭において、赤外線画像と可視光画像が同時に得られるFLIR社製、C5カメラにより確かめた画像を紹介する。川岸や川底から湧出する温泉による露頭や水面の温度上昇、温泉とともに高濃度メタンを含む気体が滲出する割れ目周辺の岩の温度上昇、冬季に川をせき止めて作られる仙人風呂の土手造成により、この割れ目が流体通路として機能しなくなった様子が一目で確認できる。赤外線画像は、地下からの高温流体の滲出地点の迅速把握に有効な場合がある。

断層ガウジの化学組成に基づく活断層と非活断層の判別; 線形判別分析による試み

立石 良*; 島田 耕史; 清水 麻由子; 植木 忠正*; 丹羽 正和; 末岡 茂; 石丸 恒存

応用地質, 62(2), p.104 - 112, 2021/06

https://doi.org/10.5110/jjseg.62.104

本研究では、国内における活断層と非活断層の断層ガウジの化学組成データを用いた線形判別分析による両者の判別を試み、両者の違いを表す元素と、より良い判別式について検討した。その結果、得られた複数の判別式が両者を高確率で判別できることが分かった。また、判別式の汎用性に関する検討を行い、未知試料に対する判別能力が高いと予想される判別式を提示した。さらに、これらの判別式に共通する元素の組合せから、活断層と非活断層の違いを表す元素を6つに絞り込むとともに、うち4つの元素が2組のセットとなっていること、両者の判別に最も寄与する元素はTiOとSrであることを示した。本研究で採用した方法は、岩盤中に分布する断層において普遍的に存在する断層岩の化学分析により活断層を判別できる画期的なものである。今後、様々な地質や断層タイプのデータを増やすことで、より高い精度と汎用性を持つ判別式が得られるものと期待される。また本研究の成果は、断層活動による元素の移動メカニズムの解明に大きく貢献する。

大気環境中のメタンと二酸化炭素濃度変化の関係に着目した地下起源ガスの判別

宮川 和也; 下茂 道人*; 丹羽 正和; 天野 健治; 徳永 朋祥*; 戸野倉 賢一*

深田地質研究所年報, (22), p.139 - 153, 2021/00

深田地質研究所と東京大学,原子力機構は、共同研究の一環として、地下深部で生成したガス(地下ガス)が断層を通じて地表へ放出されることに着目し、キャビティーリングダウン分光法を用いた可搬型分析装置による大気環境中のメタンや二酸化炭素濃度の時空間変化を迅速に捉えることで、断層の地表分布の調査手法の開発に取り組んでいる。大気環境中のガス濃度の微小変化には、地下ガスのみでなく、動植物や自動車などの複数の放出源の影響が含まれており、測定結果から地下ガス以外による影響を取り除くことで(スクリーニング)、断層の地表分布の推定精度の向上および調査の効率化が期待される。本稿では、各起源ガスの影響調査とスクリーニングの試行例を報告する。自動車の排ガスや人の呼気の影響については、そのほとんどを除外できたが、微生物発酵ガスの影響については、地下ガスとの区別が困難な場合があることが分かった。本共同研究で得られた断層の情報は、令和2年度以降の幌延深地層研究計画において日本原子力研究開発機構(原子力機構)が取り組んでいる課題「地下水の流れが非常に遅い領域を調査・評価する技術の高度化」において地質環境モデルを検討する際に活用できるものである。

Rapid identification of water-conducting fractures using a trace methane gas measurement

丹羽 正和; 天野 健治; 竹内 竜史; 島田 耕史

Groundwater Monitoring & Remediation, 41(3), p.41 - 50, 2021/00

https://doi.org/10.1111/gwmr.12428

結晶質岩を対象とした地層処分のサイト選定や安全評価にあたっては、透水性の高い水みち割れ目の分布を把握することが非常に重要である。本研究では、キャビティーリングダウン方式による高精度の可搬型メタンガス測定装置を用いて、水みち割れ目の検出を迅速に行う手法について検討を行った。瑞浪超深地層研究所の地下坑道を事例対象とした検討の結果、高濃度のメタンが測定される位置と、坑道掘削時に把握されている水みち割れ目の位置とがおおむね一致し、本装置を用いた測定が、水みち割れ目の大局的な分布を迅速・簡便に検出する上で有用であることが示された。

地質環境の長期安定性に関する研究 年度報告書(令和元年度)

石丸 恒存; 尾方 伸久; 國分 陽子; 島田 耕史; 花室 孝広; 島田 顕臣; 丹羽 正和; 浅森 浩一; 渡邊 隆広; 末岡 茂; et al.

JAEA-Research 2020-011, 67 Pages, 2020/10

JAEA-Research-2020-011.pdf:3.87MB

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年度令和3年度)における令和元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、主な研究成果等について述べる。

岐阜県高山市高根地域に分布する安山岩質平行岩脈群のK-Ar年代

丹羽 正和; 植木 忠正*; 星 博幸*; 杉崎 雄一*; 八木 公史*; 斗澤 皓正

地質学雑誌, 126(9), p.543 - 548, 2020/09

https://doi.org/10.5575/geosoc.2020.0021

火山岩の形成年代の情報を得ることは、地層処分のサイト特性調査や安全評価などにおいて火山活動の影響を把握する上でも重要となる。K-Ar法は火山岩の形成年代を知るための代表的な放射年代測定法であるが、火山岩が変質していると、確度の高い年代値を得ることはしばしば困難となる。本研究では、中新世の西南日本の時計回り回転に係る重要な古地磁気学的情報を有している安山岩岩脈について、詳細な偏光顕微鏡観察と鉱物・化学分析により、著しい変質を被っておらず、岩脈貫入前のマグマ中で晶出したものと判断される鉱物を選定した。本論文は、それらの鉱物に対してK-Ar年代を実施し、岩脈の形成年代を推定した内容について報告したものである。

変質した火山岩の年代測定のための岩石記載・化学組成・前処理に関する検討

丹羽 正和; 植木 忠正*; 星 博幸*; 杉崎 雄一*

JAEA-Research 2020-003, 33 Pages, 2020/07

JAEA-Research-2020-003.pdf:5.69MB

火山岩の形成年代の情報を得ることは、地層処分のサイト特性調査や安全評価などにおいて火山活動の影響を把握する上でも重要となる。本報告書では、変質した火山岩から正確なK-Ar年代値を得るための測定対象を適切に選定するために実施した、火山岩の偏光顕微鏡記載および鉱物・化学分析の結果をデータとして取りまとめた。また、火山岩の主要な斑晶鉱物の一つである斜長石の新鮮な鉱物を高純度で集めるための、凍結融解処理や塩酸処理などの手法についても報告書に取りまとめた。