Development of modeling methodology for hydrogeological heterogeneity of the deep fractured granite in Japan

尾上 博則; 石橋 正祐紀*; 尾崎 裕介; 岩月 輝希

International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 144, p.104737_1 - 104737_14, 2021/08

https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2021.104737

本研究ではMIUの深度500mの坑道を事例として亀裂性岩盤のモデリングの方法論について検討した。その結果、割れ目のトレース長分布の再現性に基づいて、割れ目の地質学的パラメータだけでなく水理学的パラメータも推定することができる割れ目のモデル化手法を開発した。本モデル化手法を適用することで、岩盤が有する割れ目の統計的な特性を精度よく再現できるDiscrete Fracture Network (DFN)モデルを構築することが可能となった。また、割れ目の分布位置や透水性を調査データに基づき修正するコンディショニング手法を適用することで、特定の場所のローカルな割れ目特性の評価が可能であることを実証した。さらに、亀裂性岩盤の水理学的な不均質性をモデル化するために必要な原位置調査と調査データとの関係を明らかにするとともに、日本の地層処分事業に資する有益な知見として、DFNモデルを用いた地下施設建設段階の現場調査とモデリング,処分パネル設計の考え方を提案した。

新第三紀塊状珪質泥岩に分布する断層を対象とした亀裂ネットワークモデル

早野 明; 石井 英一

資源・素材講演集(インターネット), 5(1), 9 Pages, 2018/03

亀裂性媒体の特徴を有する岩盤の地質構造モデルには、評価対象のスケールや不均質性の考慮の有無に応じて、岩盤中の個別の亀裂を確率論的に表現する亀裂ネットワークモデルが採用される。モデル化に必要な主な亀裂特性は、方位分布、3次元密度および半径分布である。方位分布と3次元密度については、ボーリング調査や坑道壁面の割れ目観察の取得データから設定することができるが、半径分布については、調査データから直接設定することは困難である。日本原子力研究開発機構の幌延深地層研究センターの地下施設周辺には、塊状かつ均質な珪質泥岩からなる新第三紀の稚内層が分布する。これまでの研究では、稚内層に分布する断層が水みちとして機能することが示唆されており、稚内層は多孔質媒体のみならず亀裂性媒体としての特性を有する。そのため、稚内層の断層を対象とした亀裂ネットワークモデルの構築を進めている。その際、坑道壁面の割れ目観察によって取得されたトレース長分布に基づき、それを再現できる半径分布を探し出すシミュレーションを実施しており、その結果について示す。

幌延深地層研究センターにおける人工バリア性能確認試験孔周辺の岩盤損傷の検討

青柳 和平; 石井 英一; 中山 雅; 藤田 朝雄

日本材料学会第65期通常総会・学術講演会論文集(USB Flash Drive), p.19 - 20, 2016/05

日本原子力研究開発機構は、堆積軟岩を対象とする幌延深地層研究センターの深度350m調査坑道において、高レベル放射性廃棄物の地層処分に関して、処分技術の信頼性の向上を目的として、人工バリア性能確認試験を実施している。本試験では、試験坑道の底盤下に掘削した直径2.4m、高さ4.2mの試験孔に、ヒーターを挿入した模擬オーバーパックと緩衝材ブロックを設置し、さらに坑道全体を埋め戻したときの、人工バリアおよび周辺岩盤の熱-水-力学-化学連成挙動に係るデータを取得している。本件では、試験孔周辺で実施したBTV観察、透水試験等の原位置試験結果を基に、試験孔周辺岩盤の水理・力学特性の変化について検討した。結果として、試験孔から少なくとも12mの範囲で、試験孔の掘削により形成されたとみられる割れ目が発達しており、さらに透水係数も、割れ目のない部分と比較して4オーダー程度増大することを確認した。

割れ目分布に起因した水理特性の不均質性を考慮した水理地質構造のマルチスケールモデル化手法開発に関わる検討

三枝 博光; 尾上 博則; 石橋 正祐紀; 田中 達也*; 鐙 顕正*; 橋本 秀爾*; Bruines, P.*

JAEA-Research 2015-011, 59 Pages, 2015/10

JAEA-Research-2015-011.pdf:49.44MB

割れ目系岩盤を対象とした高レベル放射性廃棄物の地層処分における地下水移行シナリオに基づく安全評価にあたっては、地下水流動特性の評価が重要であり、そのためには、地下水流動の卓越経路となる割れ目やその水理特性の空間分布を推定する必要がある。このことから、岩盤中の割れ目分布に起因した水理特性の不均質性を考慮した水理地質構造のマルチスケールモデル化手法を構築することを目的に、割れ目ネットワークモデルを適用した数十m四方程度の領域における三次元地質構造モデルおよび水理地質構造モデルを構築した。さらには、構築した割れ目ネットワークモデルに基づき、水理特性の空間的不均質性を考慮した連続体モデルを用いた数km四方程度の領域における水理地質構造モデルを構築した。これらの検討を通じて、調査データの種類や量に応じた割れ目ネットワークモデルを適用した地質構造モデルや水理地質構造モデルを構築するための方法論や、水理特性の空間的不均質性を考慮した連続体モデルによる水理地質構造モデルを構築するための方法論を提示した。

地下水流動調査研究 -地下水流動の総合調査・解析システムの開発-

渡辺 邦夫*; 三枝 博光

JNC TY7400 2000-004, 62 Pages, 2000/05

JNC-TY7400-2000-004.pdf:1.45MB

地下水流動機構把握のための調査・解析手法の開発と精度の向上、それらの体系化を目的に、地下水流動特性評価プロセスの構築に向けた研究を実施した。本研究は、主に 1)地下水が流れる「場」の性質を的確に捉えることを目的とした研究、2)地下水流れのメカニズムを把握することを目的とした研究、3)調査計測・評価技術の開発を目的とした研究、から構成されている。1)割れ目系岩盤の地下水流動を評価するために、割れ目系のモデル化・解析手法の開発に関する研究を実施した。その結果、原位置調査から地下水流動を支配する割れ目系の規則性を抽出・把握するとともに、その調査結果に基づく、水理地質構造のモデル化手法や地下水流動解析手法を構築した。2)地下水流動解析における重要な因子の一つである不飽和特性に関する研究を実施し、逆解析法による地盤の不飽和特性の評価方法を構築した。3)難透水性岩盤における水理学的特性を評価するための蒸発量測定装置の開発に関する研究を実施し、低蒸発性岩盤(低透水性岩盤)における蒸発量測定精度を向上させるための試験方法を示した。また、広範囲な領域を対象とした水収支を把握することを目的に、地下水モニタリングシステムの構築に関する基礎的研究を実施した。その結果、広範囲な領域を対象とした水収支の把握やモニタリングデータの相互関係を評価する上で、ニューラル・ネットワークモデルによる解析手法が有効であることを示した。

弾性波トモグラフィーデータの解析作業

新沼 岩保*; 相澤 隆生*; 伊東 俊一郎*

JNC TJ7420 2000-006, 54 Pages, 2000/03

JNC-TJ7420-2000-006.pdf:16.6MB

本業務は弾性波トモグラフィ調査技術開発の一環として、サイクル機構所有のスパーカー振源を用いて取得した弾性波トモグラフィデータの解析を行ったものである。本業務の目的は、花崗岩中に存在する透水性割れ目の分布や断層の広がりを調査する手法としての弾性波トモグラフィ調査の有効性を把握することである。本報告書は、これらの業務内容についてまとめたものである。岐阜県瑞浪市明世町月吉にある核燃料サイクル開発機構東濃地科学センターの正馬様洞鉱業用地におけるMIU-1号孔及びMIU-2号孔を利用して、弾性波トモグラフィデータの取得作業が行われた。MIU-2号孔にハイドロホン型受振器を展開し、MIU-1号孔においてスパーカー振源を設置し、弾性波トモグラフィデータとして3つのデータセットが取得されている。解析では、データセットについて、P波速度層解析を行った。観測波形データからの初動読み取りは、解析精度に影響を及ぼすノイズ等の除去作業を行った後、AIC算出による自動読み取りを適用し、客観的判断基準に基づいて走時データを作成した。弾性波トモグラフィ解析は、初期モデルを作成しインバージョン計算を行い、最適モデルに収束させる方法を用いた。Annealing法による解析を行い、両者を比較検討した。また最終解析断面について検層データとの対比を行い、透水性割れ目および断層分布の連続性の検討を行った。また透水性割れ目に起因するチューブウェーブの抽出も行った。

Porosity and Density of Fractured Zone at the Kamaishi Mine

佐藤 治夫

JNC TN8400 99-061, 9 Pages, 1999/10

JNC-TN8400-99-061.pdf:1.43MB

高レベル放射性廃棄物地層処分の性能評価における天然バリア中での核種移行解析のための入力パラメータとして、釜石鉱山の割れ目破砕帯(割れ目タイプC: 花崗閃緑岩健岩部、変質部、割れ目充填鉱物部より構成)より採取した岩石に対する間隙率および密度を水中飽和法により測定した。その結果、平均して8.60.43%とこれまでに同鉱山から採取された単一割れ目を伴う岩石(割れ目タイプB:花崗閃緑岩健岩部2.3%、変質部3.2%、割れ目充填鉱物部5.6%)と比較して大きい間隙率であった。一方、密度は平均して2.430.0089Mg/mであり、割れ目タイプBを構成する各岩石のどの密度よりも小さい値であった。このことから、放射性核種は割れ目破砕帯で最も移行しやすいことが予想される。

ハイドロフォンVSP調査法の評価のための水理試験

藪内 聡; 小出 馨

PNC TN7410 97-041, 86 Pages, 1997/12

PNC-TN7410-97-041.pdf:3.83MB

本水理試験は、平成6年度から地質調査所との共同研究として進めているハイドロフォンVSP調査技術開発の一環として、ハイドロフォンVSP調査により推定される割れ目の透水係数の信頼性を検討することを目的として実施した。試験は岐阜県瑞浪市にある事業団用地内で実施し、花崗岩内に掘削された試錐孔を用い、平成9年の3月から4月にかけて、約300mまでの深度で5点の間隙水圧測定と7点(参考測定を含む)の透水試験を実施した。単一割れ目を対象とした水理試験の結果、ハイドロフォンVSP調査から透水性割れ目として検出できた区間の透水係数は1.5410cm/secであったのに対し、透水性割れ目として検出できなかった区間の透水係数は610cm/sec以下であった。また、水理試験で得られた透水係数(1.5410cm/sec: 試験区間長2.5cm)を単一割れ目(開口幅: 1mm)の透水係数に換算した結果(3.810cm/sec)は、ハイドロフォンVSP調査から推定された透水係数と同程度のオーダーであった。このことから、試錐孔と交差する透水性割れ目の位置及びおおよその透水係数を把握する上で、ハイドロフォンVSP調査が有効であることが確認できた。

Diffusion Behaviour of Nuclides Considering Pathways in Fractured Crystalline Rocks

佐藤 治夫; 澁谷 朝紀; 舘 幸男; 太田 久仁雄*; 天野 健治*; 油井 三和

PNC TN8410 97-127, 57 Pages, 1997/08

PNC-TN8410-97-127.pdf:1.51MB

高レベル放射性廃棄物地層処分の性能評価研究において,核種の移行遅延特性を定量的に調べモデル化することは重要な課題の1つとして挙げられている。筆者らは,結晶質岩中における核種の遅延の程度を定量化するため,割れ目から岩石マトリックス方向への核種の拡散,岩石への核種の収着および間隙特性の変化について調べている。本研究では,釜石原位置試験場の花崗閃緑岩割れ目周辺に見られる割れ目充填鉱物部および変質部の内,地下水が接触している割れ目を対象に核種の移行遅延特性を調べた。イオン電荷をパラメーターにNa,Cs,HTO,Cl,Seについて2225の範囲で見掛けの拡散係数および実効拡散係数を取得した。透過拡散法により,割れ目充填鉱物部,変質部,花崗閃緑岩に対して取得すると共に,Cs,Sr,Se,238Uおよび239Puのバッチ法による収着実験を同岩石について行い,分配係数を取得した。酸化還元条件に鋭敏な元素の内,SeについてのみN2雰囲気のグローブボックス(O21ppm)内で行い,他の元素は大気雰囲気で行った。岩石試料と同じ場所から採取した地下水(pH8.79.5)を実験では用いた。岩石試料の間隙率および密度を水中飽和法および水銀圧入法により,また,細孔径分布や比表面積を水銀圧入法により測定した。間隙率は,割れ目充填鉱物部(5.6%)変質部(3.2%)花崗閃緑岩(2.3%)の順で小さくなり,割れ目からマトリックス方向に対して小さくなることが分かった。花崗閃緑岩および変質部の細孔径分布は10nm0.2mmの範囲にわたっており,割れ目充填鉱物部は50nm0.2mmの範囲であった。しかしながら,割れ目充填鉱物部における多くの細孔径は100nmと0.2mm付近で見られた。全てのイオン(Na+,Cs+,HTO,Cl-,SeO32-)の実効拡散係数は間隙率に依存し,割れ目充填鉱物部変質部花崗閃緑岩の順に小さくなった。細孔径分布の測定結果から間隙径がイオン径に比べて大きく,岩石表面とイオンとの静電的相互作用の効果はそれほど大きくないものと考えられることから,岩石マトリックス中のイオンの実効拡散係数を間隙率や屈曲度などの間隙構造因子および自由水中のイオンの拡散係数を用いて予測した。その結果,予測値は実測値とほぼ一致し,形状因子に基づいたモデルの適用性が確認された。また,岩石に対

AN-1号孔における指向性レーダーを用いたシングルホール調査

橋本 憲和*; 長田 和洋*; 松岡 清幸*

PNC TJ7586 97-001, 59 Pages, 1997/06

PNC-TJ7586-97-001.pdf:4.72MB

本報告書は、ハイドロフォンVSP調査法技術開発に一環として、ハイドロフォンVSPデータから推定された透水性割れ目の深度と走向の値の検証データを得ることを目的として、AN-1号孔において指向性レーダーを用いたシングルホール調査を実施した結果をまとめたものである。指向性レーダーに解析結果は総数60箇所に反射面の解析が可能であった。そのうち25箇所が反射面の方位・傾斜角度が決定出来た。反射面の走向はN20Wに卓越し、その傾斜は5080度に分布している。また、反射面の拡がりで最長のものは102mである。VSPハイドロフォンチューブウェーブ発生深度と指向性レーダの反射面深度は15箇所で一致した。そのうち反射面の方位が対比可能なものは8箇所である。