地質環境の長期安定性に関する研究 年度報告書(令和5年度)

丹羽 正和; 島田 耕史; 末岡 茂; 石原 隆仙; 箱岩 寛晶; 浅森 浩一; 村上 理; 福田 将眞; 小北 康弘; 鏡味 沙耶; et al.

JAEA-Research 2024-013, 65 Pages, 2024/11

JAEA-Research-2024-013.pdf:4.22MB

本報告書では、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4期中長期目標期間(令和4年度令和10年度)における令和5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4期中長期目標期間における研究の実施にあたっては、地層処分事業における概要・精密調査や国の安全規制に対し研究成果を適時反映できるよう、(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研究開発を進めている。本報告書では、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取りまとめた。

OSL dating of marine isotope stage 5e marine terrace deposits on southeastern Kii Peninsula, southwestern Japan

小形 学; 小松 哲也; 中西 利典*

Earth, Planets and Space (Internet), 76, p.123_1 - 123_11, 2024/09

https://doi.org/10.1186/s40623-024-02073-w

紀伊半島南部は後期更新世の海成段丘がよく発達する地域であるが、地形の年代を決める直接的な資料に乏しく、広域テフラも発見されていないため、段丘とその堆積物の地形層序学的な年代の推定に留まっている。本研究では、本地域の段丘編年の信頼性の向上を目的に、地形層序学的にMIS5eに対比される海成段丘の長石OSL年代測定を行った。

地質環境の長期安定性に関する研究 年度報告書(令和4年度)

丹羽 正和; 島田 耕史; 末岡 茂; 石原 隆仙; 小川 大輝; 箱岩 寛晶; 渡部 豪; 西山 成哲; 横山 立憲; 小形 学; et al.

JAEA-Research 2023-005, 78 Pages, 2023/10

JAEA-Research-2023-005.pdf:6.51MB

本報告書では、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4期中長期目標期間(令和4年度令和10年度)における令和4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4期中長期目標期間における研究の実施にあたっては、地層処分事業における概要・精密調査や国の安全規制に対し研究成果を適時反映できるよう、(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研究開発を進めている。本報告書では、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取りまとめた。

熊野川中流部における環流旧河谷の堆積過程の検討

中西 利典*; 小松 哲也; 小形 学; 川村 淳; 安江 健一*

月刊地球「基礎データから考える第四紀学の新展開-I」号外No.71, p.148 - 155, 2022/02

熊野川中流部の穿入蛇行跡において採取したボーリングコア試料を観察・解析して同段丘地形の形成過程を検討した。古い段丘地形ほど現在の河床面よりも高い位置に分布すると想定したが、環流旧河谷の地下には支流成の土石流堆積物が厚く分布する場合があるため、同地表面を隆起・侵食の指標とする際には注意が必要である。

長石光ルミネッセンス(OSL)年代測定法を用いた穿入蛇行河川堆積物の年代推定; 紀伊山地十津川の事例

小形 学; 小松 哲也; 中西 利典

第四紀研究, 60(2), p.27 - 41, 2021/06

https://doi.org/10.4116/jaqua.2007

紀伊山地十津川において125ka以前に離水したと考えられている環流旧河谷の流路堆積物に長石の光ルミネッセンス(OSL)年代測定を適用し、堆積年代の推定を試みた。線量応答曲線の定量限界値を飽和線量(飽和年代)とみなし、等価線量(OSL年代)の飽和率を求めたところ、測定試料の大半がOSL年代の飽和を示した。加えて、不完全ブリーチに起因するOSL年代の過大評価が疑われたため、堆積年代の決定はできなかった。一方で、OSL年代が飽和に達していない測定試料の飽和年代から、堆積年代は少なくとも280kaより若いと考えられた。流路堆積物の堆積年代を280-125kaとして算出した下刻速度は0.39-0.87mm/yrとなり、紀伊山地の削剥速度からみて矛盾のない値であった。このことは、不完全ブリーチの影響によって堆積年代の決定が困難な場合であっても、OSL年代測定により堆積年代の最大値を制約できる可能性があることを示す。

Will ESR thermochronometry reveal the timing of Rhne valley incision?

King, G. E.*; Wen, X.*; Bartz, M.*; Anderson, L.*; Bossin, L.*; 塚本 すみ子*; Li, Y.*; Herman, F.*; 小形 学; 末岡 茂

no journal, , 

To determine a rock cooling history using ESR thermochronometry, signal accumulation and signal thermal loss must be robustly determined within the laboratory. We have collected a series of geological samples including rocks from boreholes that have known isothermal histories to investigate the potential of this technique. Our objective is to use the latter rocks to confirm the validity of our laboratory measurements and data-fitting/numerical models. Specifically, we have investigated known-thermal history samples from the MIZ1 borehole (Japan) and the KTB borehole (Germany) as well as samples from Sion in the Western European Alps. Preliminary data reveal that the ESR dose response and thermal decay of different quartz samples is highly variable. Whereas the Al-centre of some samples exhibits linear dose response to laboratory irradiation up to 15 kGy, the Al-centre of other samples exhibits exponential, or double exponential growth and saturates at doses of 3-4 kGy. The Ti-centre of most samples is well described by a single saturating exponential function, however samples from the MIZ1 borehole exhibit pronounced sub-linearity in the low-dose response region. Furthermore, whereas for some samples the Al-centre is less thermally stable than the Ti-centre, for other samples the inverse is observed. These observations suggest that a uniform measurement protocol and data-fitting approach may not be appropriate for quartz ESR data. Inversion of two KTB samples yielded temperatures within uncertainty of borehole temperature, however results for the MIZ1 borehole are more variable and can only recover temperature at best within c.a. 10%. Investigations into the cause of the poor results for the MIZ1 borehole are ongoing (i.e. measurement protocol, data-fitting/numerical model) and will be discussed. Preliminary data from Sion are promising and reveal consistent cooling rates.

旧流路堆積物に対する長石OSL年代測定法の適用による下刻・隆起速度の推定; 大井川の事例

小形 学; 塚原 柚子; 西山 成哲; 小松 哲也; 内田 真緒; 川村 淳; 石原 隆仙; 中西 利典*

no journal, , 

日本列島の山地における10万年スケールの隆起速度は、主としてTerrace to Terrace法(TT法)に基づき推定されているが、気候段丘の分布の乏しい地域ではTT法を適用することができない。TT法の代替手法としては、環流旧河谷などの旧流路地形・堆積物の分布高度と離水年代に基づいた方法が提案されている。この手法は、旧流路堆積物と現河床の比高を旧流路堆積物の離水時期で除することで河川の下刻速度を算出する方法である。対象とする河川が下刻速度と隆起速度が釣り合っている平衡河川であれば、下刻速度を隆起速度に読み替えることができる。これまでに赤石山脈を流れる大井川流域を事例として、本手法の適用性に関する研究開発を行ってきた。本発表では、これまでの長石OSL年代測定による離水年代の推定結果、及び下刻・隆起速度の推定結果について報告する。

ESR-thermochronometry of the MIZ1 borehole, Tono, Japan

King, G. E.*; Bossin, L.*; Kranz-Bartz, M.*; Wen, X.*; Schmidt, C.*; Herman, F.*; 小形 学; 末岡 茂

no journal, , 

Electron spin resonance (ESR) dating of quartz minerals offers a significant advantage over luminescence dating because of its later signal saturation. Whereas the luminescence thermochronometry system is limited to areas experiencing very rapid rock cooling (exhumation) of tens of mm/yr, recent studies have shown that ESR thermochronometry can resolve rates of <1 mm/yr over Quaternary timescales. However, the method has not yet been validated against samples with known thermal histories. To this end, we have investigated six known-thermal history samples from the MIZ1 borehole, Tono, Japan. The natural trapped-charge concentration of the different samples was constrained using a single-aliquot regenerative dose measurement protocol. As the samples had similar properties, we constructed a standardised growth curve to alleviate measurement times. Signal saturation of the Al-centre occurred at ~60 kGy and at ~7 kGy for the Ti-centre. Whereas the Al-centre exhibited single-saturating exponential growth, the Ti-centre exhibited significant sub-linearity in the low dose region, within which the natural trapped-charge concentrations were interpolated. The thermal stability of the different samples was measured using an isothermal holding experiment, whereby samples were dosed in the laboratory before being held at four fixed temperatures for durations ranging from 0 min to 10 h. As the thermal signal loss of the different samples was similar, we were able to fit all samples to derive a single set of thermal kinetic parameters. Finally, the data were inverted for borehole temperature using a Monte-Carlo approach. Whereas the Al-centre of all samples recovered borehole temperature within 1 sigma, the Ti-centre data failed to recover temperature, yielding temperatures ~20-30 deg. C above borehole temperature. The cause is likely related to the observed sub-linearity of the dose response curves which may be indicative of sensitivity change throughout analysis.

大井川流域の環流旧河谷で掘削したボーリングコアの堆積物の特徴

内田 真緒; 西山 成哲; 小形 学; 小松 哲也; 塚原 柚子; 石原 隆仙; 川村 淳; 中西 利典*; 寺田 龍矢*; 細矢 卓志*

no journal, , 

日本の内陸部における数万から数十万年スケールの隆起速度推定法の一つに、穿入蛇行跡(環流旧河谷)に残る河川流路堆積物の離水年代と現河床との比高を用いる手法がある。この手法は比高を離水年代で除することで下刻速度を求め、それを隆起速度に読み替えるものである。本手法の適用事例は少ないため、我々は環流旧河谷が多く分布する大井川流域を対象に事例研究を進めている。同流域において新たに3地点を対象に環流旧河谷の離水面の標高と年代の把握を目的としたボーリング掘削を実施した。本発表では、そのコアの堆積物の岩相と堆積構造から推定した堆積環境を示し、解釈した各地点の離水面と現河床との比高について報告する。

Multi-OSL熱年代法による土岐花崗岩体の10万年スケールの熱履歴推定

小形 学; King, G.*; Herman, F.*; 末岡 茂

no journal, , 

Multi-OSL熱年代法は、過去10-20万年の低温領域の熱履歴を推定できる方法として近年提唱されている。対象鉱物となる長石は地殻浅部の多くの岩石に普遍的に含まれるため、岩種による制約も少なく、10万年スケールの侵食史の復元に有効だと期待できる。OSL熱年代法の適用は、ルミネッセンス信号が数十万年で飽和するため、露頭試料においては侵食速度の速い地域に制限される。そのため、先行研究のほとんどは、侵食速度が数mm/yearを超える地域で行われている。しかし、大深度ボーリングコアを用い、ルミネッセンス信号が飽和していない地下深部の試料を利用することで、侵食速度の遅い地域にも適用できる可能性がある。本研究では、ボーリングコアを用い、比較的侵食速度が遅い地域に対してMulti-OSL熱年代法を適用し、利用可能性を評価した。試料には、美濃高原で掘削されたボーリングコアを用いた。全ての試料で、約10万年前から現在までほぼ温度が変化しないというOSL熱年代結果が得られ、この地域の予想侵食速度と整合的となった。本研究により、大深度ボーリングコアを用いることで、侵食速度が遅い地域にもOSL熱年代が適用できる可能性が示された。