Physicochemical characterization of the youngest active domain in major fault zones using the weathering index and X-ray computed tomography

岩森 暁如*; 小北 康弘; 島田 耕史; 立石 良*; 高木 秀雄*; 太田 亨*; Cho, T.*; 工藤 俊祐*; 野尻 慶介*; 重光 泰宗*; et al.

Engineering Geology, 344, p.107821_1 - 107821_20, 2025/01

https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2024.107821

断層岩の物理的・化学的特徴を明らかにすることは、断層の活動史や変形機構を理解するだけではなく、原子力発電所、放射性廃棄物処分場、石油備蓄基地などの重要施設の立地条件の評価の観点からも重要である。本論では、若狭湾周辺に分布する活断層である白木丹生断層(花崗岩)、敦賀断層(花崗岩と緑色岩の地質境界)、山田断層(アダメロ岩)の断層岩と、それぞれの母岩(堅岩)に化学的風化指標(W値)を適用し、X線コンピューター断層撮影から得られる岩石密度と相関する値(CT値)と変質強度(AI値)との関係に基づいて、脆性断層岩の最新活動領域の物理化学的特徴について検討した。その結果、断層岩のW値は5060パーセント程度までは主として熱水変質の影響、60パーセント超では主として風化の影響に伴うNaOとCaOの変動を反映し、花崗岩では斜長石と方解石、緑色岩では単斜輝石と角閃石、アダメロ岩では斜長石が減少するとW値が増加することがわかった。一方、断層岩のCT値は、最新活動領域に対応する断層ガウジで最も低く、最低密度領域として認定された。また、今回対象とした活断層の最新活動領域では、新鮮な斜長石のフラグメントが挟在されることが共通の特徴として認められた。脆性断層岩へのW値の適用は、断層岩における熱水変質および風化に伴う鉱物の変動傾向の把握を可能とするとともに、CT値と組み合わせることにより断層岩の物理的・化学的特徴を踏まえた最新活動領域の認定精度の向上に有効である。

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。

Analysis of the stress field around concealed active fault from minor faults-slip data collected by geological survey; An Example in the 1984 Western Nagano Earthquake region

西山 成哲; 中嶋 徹; 後藤 翠*; 箱岩 寛晶; 長田 充弘; 島田 耕史; 丹羽 正和

Earth and Space Science (Internet), 11(6), p.e2023EA003360_1 - e2023EA003360_15, 2024/06

https://doi.org/10.1029/2023EA003360

活断層が確認されていない様々なテクトニックセッティングの地域において、マグニチュード67クラスの地震が発生することがある。地震被害の低減のためには、そのような地震を発生させる伏在断層を把握することが重要であるが、それを把握するための手がかりとなる証拠は少ない。1984年に発生した長野県西部地震は、Mj 6.8、震源の深さが2kmと浅部で発生した規模の大きい地震である。本地域は固結した基盤が露出する地域であるにも関わらず、地表地震断層や地震後の地形変状は確認されておらず、震源断層は地下に伏在していることが知られている。本研究では、1984年長野県西部地震の震源地域において、地表踏査により割れ目に認められる条線のデータを集め、その条線形成に影響を与えた応力を、収集したデータを用いた多重逆解法で推定した。その結果、既知の伏在断層周辺の小断層において、本地域にはたらく現在の広域応力と同様の応力が検出された。この小断層の中には、第四紀の火山岩中に認められたものもあり、小断層がごく最近に活動したことを裏付ける。このことは、これらの小断層が伏在断層周辺に発達するダメージゾーンの一部である可能性を示しており、伏在断層を把握するための手がかりとなることが期待される。

JAEA-AMS-TONOの現状(令和5年度)

藤田 奈津子; 三宅 正恭; 松原 章浩*; 石井 正博*; 高橋 悠人*; 渡邊 隆広; 神野 智史; 西尾 智博*; 小川 由美; 木村 健二; et al.

第25回AMSシンポジウム報告集(インターネット), 3 Pages, 2024/03

日本原子力研究開発機構東濃地科学センター土岐地球年代学研究所には加速器質量分析装置(AMS)が3台あり、2台のAMSで実試料の年代測定を行い、さらにAMSの小型化に向けた試験装置1台で技術開発を行っている。2台の実試料測定用AMSでは炭素-14、ベリリウム-10、アルミニウム-26、ヨウ素-129の4核種を測定している。小型化に向けた試験装置は、イオンチャネリングを利用したAMSの同質量分子の分別を実施するための装置であり、現在炭素-14測定を目指して実証試験中である。発表ではそれぞれの研究開発状況を報告する。

東濃地科学センターにおける熱分解型元素分析装置/安定同位体比質量分析装置を用いた岩石試料等の水素と酸素の安定同位体比測定

山本 悠介*; 渡邊 隆広; 丹羽 正和; 島田 耕史

JAEA-Testing 2023-003, 67 Pages, 2024/02

JAEA-Testing-2023-003.pdf:4.63MB

東濃地科学センター土岐地球年代学研究所では、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一環として、地質環境の長期安定性に関する研究を進めている。一般に将来の自然現象に伴う地質環境の変化の予測・評価は、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。岩石試料等の水素及び酸素の安定同位体比(D、O)は試料に含まれる水の供給源や混合過程等に関する情報が得られるため、過去に発生した自然現象を明らかにする上で重要な基礎データの一つとなる。東濃地科学センターでは、岩石試料等のD及びOを把握するため熱分解型元素分析装置(TC-EA)及び安定同位体比質量分析装置(IRMS)を組み合わせたTC-EA/IRMSによる分析手法を整備した。本稿ではTC-EA/IRMSを用いた岩石試料等のD及びOの分析手法を作業手順書として示すとともに、標準試料を用いた補正式の評価、標準試料の繰り返し測定による分析精度の評価及び岩石試料等を用いた試験測定結果の一例について報告する。

九州前弧域におけるS波偏向異方性の推定

小川 大輝; 平塚 晋也; 浅森 浩一; 島田 耕史; 丹羽 正和

物理探査, 77, p.15 - 23, 2024/00

https://doi.org/10.3124/segj.77.15

高レベル放射性廃棄物の地層処分において、火山性熱水や非火山性のスラブ起源水の移動経路を地表からの調査を通じて把握することは、処分システムの閉じ込め機能喪失の回避に資する。九州地方の前弧域に位置する宮崎平野及びその周辺には長大な活断層等がほとんど分布せず地下水の顕著な湧出も知られていない。一方で、地震波速度構造や比抵抗構造から、フィリピン海スラブの脱水に起因する流体が上昇することで形成された流体賦存域の存在が地殻内において示唆される。また一部の地下水には、地下深部から上昇するスラブ起源水との関連性が報告されている。こうした九州前弧域の地殻内流体の流入経路となり得る地殻内のクラックの存在や性状について検討するため、当該地域の観測点で取得された震源の深さが20km以浅の地震の波形に対し、S波スプリッティング解析を適用した。九州前孤域のうち内陸部においては、速いS波の振動方向が震源メカニズム解に基づく最大水平圧縮応力軸の方向と整合的であることから、S波偏向異方性が地殻応力場にしたがって配向したクラックの存在に主に起因していることが示唆される。一方で日向灘沿岸域では、地殻応力の方向とは異なる北北東-南南西北東-南西方向または北北西-南南東北西-南東方向に卓越する。また、各震源と観測点間の平均的な異方性強度も算出した。その結果、霧島火山東方の観測点TAKAZAで取得された地震データからは5.67.0%の大きな異方性強度を示す地震波線が少数認められ、それらが火山性熱水の流入経路を反映している可能性が挙げられる。しかし日向灘沿岸域については、各観測点により取得された異方性強度は全て5%を下回ることから、震源から観測点まで連続した流体移動経路を示唆する波線は得られていないと判断される。

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。

ベリリウム-10/アルミニウム-26測定用石英の抽出; 細胞分離装置セルハンドラーの適用

國分 陽子; 内海 芳宣*; 伊藤 三郎*; 島田 耕史

第23回AMSシンポジウム報告集, p.60 - 63, 2022/12

地表面の侵食速度等をベリリウム-10やアルミニウム-26で測定する場合、その測定試料として岩石や堆積物に含まれる石英を用いる。本報告では、その石英を抽出するために、フッ化水素酸を用いた化学処理を行わず、細胞分離装置であるセルハンドラーを用いた例を紹介する。セルハンドラーによる鉱物試料への光の当て方及びカメラの露光時間を最適化したところ、石英と長石などのそれ以外の鉱物を画像認識にて識別できることがわかった。また、この条件で岩石試料を用いた試験を試みたところ、装置内蔵の画像認識ソフトで石英を識別しピッキングを行う全自動による石英のみの抽出に成功した。

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。

TEM observation and MD simulation of frank partial dislocation climbing in Al-Cu alloy

Chen, J.*; 吉田 健太*; 鈴土 知明; 嶋田 雄介*; 井上 耕治*; 今野 豊彦*; 永井 康介*

Materials Transactions, 63(4), p.468 - 474, 2022/04

https://doi.org/10.2320/matertrans.MT-M2021233

高分解能透過型電子顕微鏡(HRTEM)を用いてその場電子照射により、アルミニウム-銅(Al-Cu)合金のフランクループの発達を0.12nmの原子スケールの空間分解能で視覚化した。FCC-Al格子の[110]方向に沿ったその場HRTEM観察では、固有の積層欠陥の境界となるフランク部分転位は、純Al参照サンプルの場合とは異なり、112方向に沿って非対称の上昇を示した。この時の弾き出し損傷率は0.055-0.120dpa/sであった。分子動力学シミュレーションによって、この部分転位の非対称上昇はギニア-プレストンゾーン(GPゾーン)でのCu-Cu結合によるピン止め効果として説明された。