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論文

Effects of fine-scale surface alterations on tracer retention in a fractured crystalline rock from the Grimsel Test Site

舘 幸男; 伊藤 剛志*; 赤木 洋介*; 佐藤 久夫*; Martin, A. J.*

Water Resources Research, 54(11), p.9287 - 9305, 2018/11

 パーセンタイル:100(Environmental Sciences)

亀裂性結晶質岩中の放射性核種移行に対する割れ目表面の変質層の影響が、スイスのグリムゼル試験場の単一亀裂を有する花崗閃緑岩試料を用いた室内移行試験、表面分析、モデル化を組み合わせた包括的なアプローチによって調査された。5種類のトレーサーを用いた透過拡散試験,バッチ収着試験,通液試験を含む室内試験によって、移行遅延の程度はHDO, Se, Cs, Ni, Euの順に大きくなること、割れ目表面近傍に拡散に対する抵抗層が存在すること、拡散において陽イオン加速と陰イオン排除の効果が重要であることが確認された。X線CT及びEPMAによる観察から、割れ目周辺の鉱物分布の微視的な不均質性が把握された。これらの知見に基づき、風化したバーミキュライト層、配向した雲母層、マトリクス部から構成される3層モデルを構築し、それぞれの層の間隙率、収着・拡散パラメータを与えることで、通液試験で得られた全てのトレーサーの破過曲線と割れ目近傍のトレーサー濃度分布を良好に解釈することができた。

論文

Assessment of hydraulic connectivity of fractures in mudstones by single-borehole investigations

石井 英一

Water Resources Research, 54(5), p.3335 - 3356, 2018/05

 パーセンタイル:100(Environmental Sciences)

地層処分において単孔ボーリング調査により亀裂の水理学的連結性を評価することは重要だが、亀裂の水理学的連結性を評価することは一般には容易ではない。本論文では断層・亀裂の発達する泥岩層(声問層・稚内層:北海道幌延; Palfris層:スイスWellenberg)の地質・水理・地下水化学・岩盤力学のデータセットを提示し、亀裂の水理学的連結性を評価するための新たな方法論を提案する。

論文

Hydraulic tomography in fractured granite; The Mizunami Underground Research Site, Japan

Illman, W.*; Liu, X.*; 竹内 真司; Yeh, J.*; 安藤 賢一*; 三枝 博光

Water Resources Research, 45, p.W01406_1 - W01406_18, 2009/00

 被引用回数:102 パーセンタイル:18.03(Environmental Sciences)

瑞浪超深地層研究所周辺に分布する深層ボーリング孔を用いて、異なる2回の大規模孔間試験を実施した。その結果に基づいて、非定常水圧トモグラフィ(THT)の解析を実施し、透水係数($$K$$)と比貯留係数($$S$$$$_{s}$$)を不確実性の空間分布とともに求めた。さらに等価な$$K$$$$S$$$$_{s}$$を求め、三次元逆解析モデルへの初期パラメータとして使用した。その結果、顕著に高い$$K$$と低い$$S$$$$_{s}$$のゾーンが数百メートルにわたって連続することがわかった。さらに、低い$$K$$を示すゾーンが認識された。これは事前に遮水性と予測されたNNW断層に相当するゾーンである。以上の結果は、(1)水位変化,(2)予測されている断層の分布,(3)揚水に伴う最大水位低下量,(4)揚水に伴う水位変動の応答時間、そして(5)複数の大規模地震に同期した水位変動と整合的である。

論文

Application of direct-fitting, mass integral, and multirate methods to analysis of flowing fluid electric conductivity logs from Horonobe, Japan

Doughty, C.*; Tsang, C.-F.*; 畑中 耕一郎; 藪内 聡; 操上 広志

Water Resources Research, 44(8), p.W08403_1 - W08403_11, 2008/08

流体電気伝導度検層を幌延の深層ボーリング孔において適用した。その結果、幌延に存在する塩水系地下水に対しては、淡水系の井戸水で孔内水を置換することにより、水理特性の解析に有効なデータが取得できることがわかった。

論文

Simple model representations of transport in a complex fracture and their effects on long-term predictions

Tsang, C.-F.*; Doughty, C.*; 内田 雅大

Water Resources Research, 44(8), p.W08445_1 - W08445_13, 2008/08

亀裂中の開口幅の不均質性,亀裂内の小亀裂,断層ガウジ,小亀裂に囲まれたブロック,健岩部などの要素を考慮したモデルを「現実的モデル」として構築し、粒子追跡法を用いて核種移行計算を行い、短期間の原位置トレーサー試験と自然の動水勾配(0.001)下での長期のトレーサーの破過曲線をモデル化し、得られた破過曲線を「真」と仮定した。通常性能評価で用いられる平行平板モデル(単一開口幅で、単一のマトリクスを考慮)と開口幅の不均質性追加したモデルで、自然の動水勾配下でのトレーサーの長期挙動について以下の2つのシミュレーションを行い、「真」の結果と比較した。(1)原位置トレーサー試験の破過曲線に対するフィッティングを行ったモデル,(2)室内実験で得られたパラメータを用いたモデル。その結果、(1)のモデルは「真」の破過曲線に対してピーク時間が10-100倍遅くピーク濃度を1/50-1/300過少評価し非保守的結果が得られた。また、(2)のモデルは「真」の破過曲線に対してピーク時間が1/50早く、ピーク濃度が50倍過大評価され保守的な結果が得られた。これらから、亀裂の内部構造を適切に考慮する必要があることが明らかとなった。

論文

Comment on "Diffusion processes in composite porous media and their numerical integration by random walks: Generalized stochastic differential equations with discontinuous coefficients" by E. M. LaBolle, J. Quastel, G. E. Fogg, and J. Gravner

Lim, D. H.

Water Resources Research, 42(2), p.W02601_1 - W02601_3, 2006/02

異なる物質の境界面の周辺部に形成される局所的な質量保存誤差を考慮した拡張型ランダムウォークリフレクションのスキームを異なった空隙率、すなわち異なった拡散係数を持つ複合多孔質メディアにおける分子拡散について開発した。このような局所的な質量保存誤差は、境界面の周辺部に形成される質量集中であるが、物理学的には起こりえない現象であり、ランダムウォークリフレクションにおいて、空隙率や拡散係数といった水理または移行特性の不連続性を考慮しない場合に引き起こされる。ランダムウォークリフレクションにおいて、境界部での質量を保存するために、ひとたび粒子が境界部に到達すれば、それ以降のタイムステップにおいて、粒子が境界部で跳ね返されるか、境界部を越えて移動するかは移動確率に基づいて決定される。本研究では、移動確率を複合メディアにおける拡散の分析結果より導き出し、この移動確率を組み込む拡張型ランダムウォークリフレクションスキームを開発し、分析結果と比較した。さらに、選択された従来の研究(一般化されたSDE(確率的な微分方程式)スキーム)と分析結果との比較も行った。現在の研究結果は以下の通りである。i)新しく開発した拡張型ランダムウォークシミュレーションスキームは、異なる空隙率・拡散係数を持つ複合メディアにおける分析結果と良い整合性を持っている。これに対し、一般化されたSDEスキームによる数値解析結果と分析結果の整合性は、同じ空隙率あるいは空隙率の比率が1未満の複合メディアにおいて良い整合性を持っている。ii)局所的な質量保存誤差を完全に解決することのできないランダムウォークスキームは、例えば最大質量開放率の過大評価といったような数値誤差の原因となる。

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