地質環境の長期安定性に関する研究 年度計画書(令和7年度)

浅森 浩一; 末岡 茂; 小松 哲也; 小形 学; 内田 真緒; 西山 成哲; 田中 桐葉; 小林 智晴; 三ツ口 丈裕; 村上 理; et al.

JAEA-Review 2025-035, 29 Pages, 2025/10

JAEA-Review-2025-035.pdf:1.12MB

本計画書では、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7年度の研究開発計画を取りまとめた。本計画の策定にあたっては、これまでの研究開発成果や大学等で行われている最新の研究成果に加え、地層処分事業実施主体や規制機関等の動向を考慮した。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推進する。

地質環境の長期安定性に関する研究 年度計画書(令和6年度)

丹羽 正和; 島田 顕臣; 浅森 浩一; 末岡 茂; 小松 哲也; 中嶋 徹; 小形 学; 内田 真緒; 西山 成哲; 田中 桐葉; et al.

JAEA-Review 2024-035, 29 Pages, 2024/09

JAEA-Review-2024-035.pdf:1.24MB

本計画書では、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6年度の研究開発計画を取りまとめた。本計画の策定にあたっては、これまでの研究開発成果や大学等で行われている最新の研究成果に加え、地層処分事業実施主体や規制機関等の動向を考慮した。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推進する。

電子スピン共鳴(ESR)法を用いた断層年代推定法

田中 桐葉*; 武藤 潤*; 長濱 裕幸*; 岡 壽崇

放射線化学(インターネット), (110), p.21 - 30, 2020/10

電子スピン共鳴(ESR)法を用いた断層年代推定法は、断層内物質に含まれる鉱物中の欠陥に捕獲された不対電子数をESR信号強度として検出し、地震前後でのESR信号強度の量的変化に基づいて断層活動年代を推定する手法である。しかし、この手法には、地震時の断層運動によりESR信号強度が0になるゼロセットと呼ばれる現象が前提としてある。これまでに、ESR信号強度のゼロセットを理解・実証するために、天然の断層破砕物の解析や断層運動を模擬した室内実験等が行われている。本稿では、断層運動によるESR信号のゼロセットに関する過去の研究をまとめ、現状と今後の課題について述べる。

Measurement of thick target neutron yields at 0 bombarded with 140, 250 and 350 MeV protons

岩元 洋介; 谷口 真吾*; 中尾 徳晶*; 糸賀 俊朗*; 八島 浩*; 中村 尚司*; 佐藤 大樹; 中根 佳弘; 中島 宏; 桐原 陽一*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 593(3), p.298 - 306, 2008/08

https://doi.org/10.1016/j.nima.2008.05.013

陽子がフルストップする厚さのグラファイト,アルミニウム,鉄及び鉛に140, 250及び350MeVの陽子が入射したときに0度方向に放出される中性子のエネルギースペクトルを大阪大学核物理研究センターRCNPの中性子TOF室で測定を行った。中性子エネルギーは飛行時間法により導出し、10MeVから陽子入射エネルギーまでのスペクトルデータを得た。実験結果との比較のために、評価済み核データJENDL-HEとLA150,核内カスケードモデルISOBAR,LAHETを用いたモンテカルロ計算コードPHITS, MCNPXでシミュレーション計算を行った。250, 350MeV陽子入射のグラファイトターゲットの場合を除いて、すべての計算結果は実験データを全体的によく再現することがわかった。

ESR法を用いた断層年代測定法に係る基礎研究; 高速摩擦実験から読み解く断層すべりに伴う捕獲電子の挙動

田中 桐葉

no journal, , 

地層処分場のサイト選定・設計において、断層活動に対する地質環境の長期安定性を評価することは重要である。本講演では、現在開発段階にある断層活動性評価手法の1つである、電子スピン共鳴(ESR)法を用いた断層年代測定法の原理および経済産業省資源エネルギー庁から受託した「令和5年度高レベル放射性廃棄物等の地層処分に関する技術開発事業(地質環境長期安定性総合評価技術開発)」で実施された本年代測定法に係る基礎研究の成果について報告する。

木津川断層帯伊賀断層における地表調査およびボーリング調査

和田 純一; 島田 耕史; 田中 桐葉

no journal, , 

断層の活動性評価技術の開発のため断層破砕物質の採取を目的としたボーリング調査および地表調査を伊賀断層において実施した。伊賀断層は、信楽花崗岩類と古琵琶湖層群との境界をなす右横ずれの変位を伴う活断層であり、その最新活動時期は、伊賀上野地震を引き起こした1854年である。ボーリング調査は伊賀市東高倉で実施し、コア採取、孔壁画像の撮影を行った。地表調査では、既知の伊賀断層の東端延長部で断層露頭を発見し、ブロック試料を採取した。ボーリング調査では伊賀断層と考えられる花崗岩-古琵琶湖層群の岩相境界を確認し、孔壁画像解析により確認した断層の姿勢は、既報の伊賀断層の姿勢と概ね調和的であった。コア試料の薄片観察の結果、伊賀上野地震と調和的な逆断層成分を含む右横ずれの断層運動を示す複合面構造が確認された。地表露頭でも、花崗岩と古琵琶湖層群の岩相境界を確認した。採取試料の薄片観察の結果、右横ずれセンスを示す複合面構造と左横ずれセンスを示す複合面構造の両方が認められた。以上の結果から地表露頭周辺の伊賀断層東部では、ボーリング調査地点周辺と異なるセンスの活動をした可能性が考えられる。

Preliminary results of ESR dating for the Quaternary fault in the Toikanbetsu fault zone, Hokkaido, Japan

田中 桐葉; 田村 友識

no journal, , 

最近の研究にて、北海道パンケルペシュペ川西岸付近で、問寒別断層帯に泥炭層と砂層を剪断する逆断層が新たに発見された。泥炭の放射性炭素年代測定の結果、最も新しいものは約45 kaに堆積したことが示され、断層が50 ka以降に活動していた可能性があることが示唆された。しかし、この値は年代測定法の検出限界に近い値であった。そこで、第四紀に活動した断層の活動年代を推定することができると期待されているESR年代測定の適用を試みている。泥炭層と砂層の境界付近に発達した4つの断層ガウジから採取された試料を粒径 m、51-120 m、120-250 mに分級し、室温と77K下でのESR測定を実施した。これらの試料のESRスペクトルからは、石英(E'中心とアルミニウム中心)と泥炭(有機ラジカル)に由来すると思われる複数のESR信号が検出された。本発表では、問寒別断層帯で発達した断層ガウジから検出されたESR信号について議論する。さらに、ESR年代測定を適用した予備的な結果についても示す予定である。

Thermochronology of mountains in the Japanese Islands; Understanding mountain building mechanisms in volcanic arcs and developing new methodologies

末岡 茂; 福田 将眞; 小形 学; 田中 桐葉; 南 沙樹; 梶田 侑弥; 田上 高広*

no journal, , 

The authors have conducted thermochronological studies focusing on the mountains of the Japanese Islands. The Japanese Islands are composed of island arcs formed along the subduction zones of the Pacific Plate and the Philippine Sea Plate, and is characterized by active crustal deformation and magmatic activity. Moreover, much of its present topographic relief has been formed during the late Pliocene to Quaternary, making it a relatively young orogenic system. These characteristics make the region well suited for elucidating mountain building mechanisms in volcanic arcs and understanding the processes governing the early stages of mountain building. At the same time, however, the region presents challenges for thermochronology. It requires careful evaluation of thermal disturbances associated with magmatic and hydrothermal activity, as well as detection of subtle signals of exhumation and cooling that occurred within the past few million years. In this presentation, we will introduce new insights into mountain building mechanisms in volcanic arcs gained through the researches of the authors and the collaborators. We will also discuss new approaches developed to address the challenges described above, including the use of geobarometry, thermo-kinematic modeling, and ultra-low temperature thermochronology.

Effect of high-velocity friction on ESR signal in quartz

田中 桐葉*; 武藤 潤*; 高橋 美紀*; 岡 壽崇; 長濱 裕幸*

no journal, , 

電子スピン共鳴法(ESR)による断層年代測定は、最後に地震が発生した断層活動の年代を推定する方法である。この方法では、自然放射線によって生成した欠陥にトラップされた電子に由来するESRシグナルが、断層すべりによって消滅(ゼロ化)することを利用しており、高速摩擦試験によってこの現象を模擬可能である。しかし、今までの模擬実験で使用していたチタン合金が実験中に破損して混入すると、チタン合金が高誘電率のためにESR感度を低下させ、見かけ上のゼロ化が起きる可能性があることがわかった。そこで、低誘電率なアルミナ-シリカ化合物を利用することでこの問題を解決し、模擬実験により地表付近の地震性断層すべりによるゼロ化を検討した。石英のラジカルは断層すべり量が増加すると熱摩擦によって減少すると予想していたが、地表付近の地震性断層すべりによる結晶粒破壊によってラジカル量が増える可能性があることが初めてわかった。

Behavior of a trapped charge at the E' center to seismic fault slips with various frictional power densities

田中 桐葉; 大橋 聖和*; 武藤 潤*; 岡 壽崇

no journal, , 

ESR断層年代測定法は、断層破砕物中の石英に含まれる捕獲電子が、最新の地震性断層すべりによって解放された(ESR信号のゼロイング)と仮定して最新活動年代を推定する手法である。しかしながら、ゼロイングの物理条件とそのメカニズムは不明なままである。我々は、単位面積あたりの摩擦仕事率(FPD)がとなる高速摩擦実験をセラミックス製変形治具を用いて行った結果、E'中心の捕獲電子はゼロイングには至らないことを示した。そこで、より大きな摩擦仕事率での高速摩擦実験を試みたが、実験中に変形治具が破損してしまい、摩擦実験自体が成功しなかった。本研究では、模擬石英ガウジに対して、すべり速度、変位量、垂直応力の高速摩擦実験を、破損しにくいチタン合金製変形治具を用いて実施した。実験中、断層すべりに伴う摩擦発熱の影響を評価するため、摩擦面近傍の温度を熱電対を用いて計測した。E'中心の捕獲電子数の変化を調べるため、摩擦実験前後にガウジに対してESR測定を行った。これらの実験・分析の結果、E'中心の捕獲電子のESR信号強度は、FPDがの範囲では、FPDとともに大きくなり、の範囲ではFPDが増大するにつれて小さくなった。摩擦面近傍の最高到達温度は、FPDがの範囲では、FPDとともに約からまで上昇し、でもFPDとともに増大し、最大でまで到達した。先行研究の結果も考慮すると、E'中心の捕獲電子数は、FPDがでは粒子破砕により増加し、では、次第に大きくなった摩擦発熱により減少したと考えられる。本研究ではゼロイングを実証することはできなかった。しかし、FPDを用いることで最新の地震性断層すべりによる捕獲電子数の変化量を定量化することができ、不完全なゼロイングを前提とした最新活動年代の推定は可能であることが示唆された。