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。

超深地層研究所計画の研究坑道の掘削を伴う研究段階における地下水流動のモデル化・解析

尾上 博則; 三枝 博光; 竹内 竜史

土木学会論文集,C(地圏工学)(インターネット), 72(1), p.13 - 26, 2016/01

AA2015-0210.pdf:4.75MB

http://doi.org/10.2208/jscejge.72.13

日本原子力研究開発機構は、岐阜県瑞浪市において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超深地層研究所計画を実施している。本研究では研究坑道の掘削に伴い実施した地下水流動のモデル化・解析に関する研究成果を体系的に整理するとともに、断層などによる水理学的な不均質性が高い結晶質岩地域での地下施設の建設に伴う地下水流動のモデル化・解析に有効となる調査データやモデル化・解析のアプローチについての技術的知見を示した。また、地下水流動のモデル化・解析結果の妥当性を確認するにあたっては、地下施設の建設に伴う地下水水質の変化を用いた比較検討が有効であり、水理学分野と地球化学分野間にわたる評価の重要性を示した。

Compilation of Kinetic Data for Geochemical Calculations

Arthur, R. C,*; Savage, D.*; 笹本 広; 柴田 雅博; 油井 三和

JNC TN8400 2000-005, 61 Pages, 2000/01

JNC-TN8400-2000-005.pdf:2.83MB

本報告書では、長石、層状珪酸塩、沸石、酸化物、輝石、角閃石に対する34種類の水和反応を対象に速度定数、反応次数、活性化エネルギーを含む速度論データを収集・整理した。また、同様に方解石と黄鉄鉱に対する速度論データも収集・整理した。これらのデータは、地球化学コードであるEQ3/6やGWBで用いられている表面反応支配・遷移状態理論に則した速度則に適合する。上述した水和反応の速度論データは、厳密には、平衡状態からかけ離れた非平衡状態における遷移状態速度則に適合するものである。これらのデータは、平衡状態からかけ離れた非平衡状態および平衡状態に近い状態における速度則にも概念的には適合するものであるが、その妥当性は、元文献の実験結果の解析を通じて可能な限り確認されるべきである。鉱物-水反応に関する速度論データの適用性の限界を考慮し、地下水水質形成の地球化学モデルの評価を単純化する上で、可能な場合、部分平衡を仮定することは有効な方法である。部分平衡の仮定が妥当であるかどうか評価するため、部分平衡の空間的、時間的スケールを評価するために用いられる水理および水-岩石反応を結合したモデル化手法について記述した。この様なモデル化手法は、釜石原位置試験場における割れ目中での地下水流れを含む条件に対して適用され、また、酸化性の地表水が結晶質岩における高レベル放射性廃棄物の処分深度にまで達するのに要する時間を評価するためにも用いられた。部分平衡が妥当な仮定であるかどうかといった疑問に対しては、適切なモデル化手法をもとに検討されるべきである。上述したモデル化手法を用いて、釜石サイトでの条件に適用するためには、割れ目充填部は多孔質媒体に近似でき、地下水の流れは単なる移流のみであり、母岩マトリクス方向への拡散は生じないことになる。さらに、平衡状態に達するまでの距離と同じか、それよりも長い距離に渡って、割れ目の鉱物学的特性や物理学的特性が均一でなければならない。もしこの様な条件下において、以下の状態であるならば、釜石サイトにおける地下水水質形成モデルにおいて部分平衡を仮定することが妥当であると推測される。・方解石、濁沸石(その溶解・沈殿挙動が輝沸石に類似すると仮定)、濁沸石、葡萄石、(石英は含まない)・ダルシー流速は比較的小さい(たとえば、約0.1myr-1)・平衡状態に関する不確実性として、飽和指数で+-0.4を誤差 ...

DH-4号孔における調査研究報告書

長谷川 健

JNC TN7400 2000-004, 21 Pages, 1999/12

JNC-TN7400-2000-004.pdf:0.54MB

東濃地科学センターでは、地層処分研究開発の基盤である地層科学研究の一環として、広域地下水流動研究を平成4年度から実施している。広域地下水流動研究は、東濃鉱山を中心とした約10km10kmの地域(図1参照)を対象に、地下水の流れを明らかにするための研究のみならず、地質・地質構造、地下水の地球化学などの分野の研究を包含した総合的な地質環境を把握するための調査研究である。この研究においては、地下深部のデータを直接取得できる試錐孔を用いた調査研究が非常に重要であり、地下深部の地質や地質構造に関する調査研究、地下水の流れに関する調査研究、地下水の水質に関する研究など1本の試錐孔を用いて多角的に実施されている。本報告書は、広域地下水流動研究のため試錐孔として4番目に掘削されたDH-4号孔で行われた試錐掘削ならびに各種調査研究の結果の概要をまとめたものである。DH-4号孔では泉町河合地内に掘削され、掘削深度は約550mである。詳細な位置については、図1を参照されたい。

正馬様洞用地における試錐調査(MIU-2号孔)報告書

石川 清*; 目崎 吉彦*; 鈴木 英雄*; 甲斐 昌宣*; 渡部 俶*; 藤盛 誠二*; 石川 潤一*

JNC TJ7420 99-016, 878 Pages, 1999/06

JNC-TJ7420-99-016.pdf:40.87MB

岐阜県瑞浪市明世町正馬様用地内において、超深地層研究所計画地点の地質環境を把握することを目的として孔長1,012mのMIU-2号孔が掘削された。本報告書は、地表から地下深部までの地質構造、地球物理学的・水理学的特性を把握するためMIU-2号孔で実施された調査の結果をまとめたものである。実施した主な調査項目は次の通りである。1.岩芯の採取・記載、2.岩芯室内試験、3.物理検層(一般検層項目、フローメータ検層、レーダー法シングルホール測定)4.ボアホールテレビ計測、5.水理試験(非定常透水試験(透水試験)、定常透水試験(揚水試験))これらの調査の結果、以下のことが明らかとなった。・MIU-2号の地質は、孔口から深度88.60mまでが砂岩、凝灰岩、シルト岩などからなる瑞浪層群、深度88.60m孔底までが土岐花崗岩類に属する中粒粗粒の黒雲母花崗岩からなる。土岐花崗岩は深度845.7m付近で岩質的に中粗粒の黒雲母花崗岩と優白質の黒雲花崗岩に大きく2つに分けられ、両者は化学組成上も相違が認められる。・深度223.8m付近に開口亀裂を伴う逸水箇所があり、掘削水はこの区間で全量逸水した。深度889.95915.25m間には月吉断層に相当すると考えられる断層破砕帯が存在する。この断層は、遮水帯を形成し、この断層を貫いた深度950m付近から被圧された湧水が発生した。フローメータ検層結果によると、地層水の流入は深度889m付近より認められるが、特に深度945m以深で多く、深度945984m間で全体流入量の80%近くを占めている。揚水試験時に測定した湧水箇所からの湧水量は16 1/min、圧力は1 .38kg/cm sup2であり、フローメータ検層で求められた22.21/ minの流入量とほぼ一致する。・深度119以深の20ヶ所で実施された透水試験結果によると、花崗岩における透水係数の最大値は深度220.90227.40m間の6.66E-06m/secであり、この区間は掘削中 の 透水帯と対応している。また、深度950m以深の湧水箇所に対応する深度932.50959.00m、960.30966.80m、976.70983.20m間の透水係数も、7.86E-073.66E-06m/secと大きな値を示した。その他の区間は、逸水箇所、湧水箇所の近傍を除けば6.60

試錐調査による表層の水理地質構造の把握(その3)

久田 司*; 三輪 章*; 今井 弘*; 平川 清純*

PNC TJ7409 98-002, 91 Pages, 1998/03

PNC-TJ7409-98-002.pdf:3.16MB

本報告書は、動力炉・核燃料開発事業団東濃地科学センターが実施している広域地下水流動調査の一環として、東濃地域における表層地質の分布や構造および表層部における地下水の水理特性を把握することを目的とし、岐阜県御嵩町押山地区において、地表踏査、試錐掘削、電気検層、および揚水試験・水位回復試験を実施し、表層の水理地質構造を調査した成果報告書である。地表踏査、試錐掘削および電気検層の結果より、本調査地域における表層地質の分布が明らかとなった。揚水試験・水位回復試験では各孔の帯水層について透水係数が算出され、瀬戸層群では210-5cm/sec、試験区間が瀬戸層群と基盤にまたがる試錐孔では110-6110-5cm/secの透水係数が求められた。また、水質分析の結果、本調査の対象となった地下水の水質は、花崗岩を基盤とする試錐孔の地下水はNa-HCO3型に区分され、中・古生層を基盤とする地下水はCa-HCO3型に区分されることが明らかとなった。

地震に関する調査研究(XIV)(総合報告書)

山内 睦文*

PNC TJ1552 98-002, 773 Pages, 1998/03

PNC-TJ1552-98-002.pdf:28.07MB

昭和59年(1984年)から発足した「地震に関する調査研究委員会」の研究活動は、本年第14年目をもって大方終了した。当初の4年間は宮城県細倉鉱山で地震観測を実施したが、同鉱山の閉山により岩手県釜石鉱山へ観測システムを移設した。それから既に10年を経過したが、この間地震計を逐次増設しながら、観測の重点を地震観測から次第に、地震発生時における地下水理現象の変化を把握することへと移行し、それに必要な水圧、水量、水質等の地下水理観測機器等の増設を行った。特に平成8年度には、水圧変化と地震動の関係を解析するための岩盤歪みを測定する歪計を、安定した高性能が実証されている石英管型に改良するなど、観測データの充実に努力して来た。観測データの解析には主に電力中央研究所が当って来たが、委員会の中に地下水理解析および地震動と地下室間の安定性を解析する2つの専門的ワーキンググループを編成し、夫々の解析結果について検討を重ね、本委員会に計ると云う形で調査研究を進めて来た。93%程度の高い湿度と鉱山特有の粉塵の多い坑内環境で、多種多様な精密観測機器の点検保守には多大の努力が必要であったが、現場観測業務は平成10年3月末で終了することになった。本報告書は、主として釜石鉱山における10年間の調査研究業務を総合報告書として取り纏めたもので、その内容は14年間に亘る本委員会の調査研究活動を概括的に述べた第1章を始めとし、観測現場となった釜石鉱山の地形・地質から観測装置の諸元、観測結果および解析考察結果について出来るだけ詳細に記述したものである。また、この間に発生した東北地方の大型地震を始めとする貴重な観測データが蓄積されているので、それ等の諸データを、地震と地下水理に分けたデーター集としてCD-ROMに収録したものを付録として添付した。これらのデータは今後の地層科学研究に有用な資料となることが期待される。

移動調査システムの第1回現場適用試験

豊島 賢治*; 和久田 孝雄*; 中野 勝志

PNC TN7410 98-001, 37 Pages, 1998/02

PNC-TN7410-98-001.pdf:2.39MB

動力炉・核燃料開発事業団(以下、動燃事業団と略す)では、深部岩盤中の地下水の流れや地球化学的性質を把握するために、試錐孔において深度1,000mまで調査できる機器と、その調査機器を用いた現場調査を効率的に進めるための支援調査機器の開発が進められている。これらの調査機器開発の一環として平成8年度に、調査機器本体の試錐孔内への挿入や回収、および落雷や降雨などからの保護などの役割を備えた支援調査機器(移動調査システム)を設計・製作した。本システムは、1)計測・管理ユニット、2)メンテナンスユニット、3)昇降ユニット、4)ケーブルドラム搭載ユニットタイプ1(採水試験用)、5)ケーブルドラム搭載ユニットタイプ2(水理試験用)の5つのユニットから構成されており、以下に示す特長を有する。・試験装置を試錐孔内で昇降するための櫓や試錐機が不要である。・車内に計測室、居住設備などが備わっているため、計測小屋などの付帯設備が不要である。・フィールドで試験装置の調整・修理などの保守作業が可能である。・コンピュータ、電源・制御ユニット、ケーブルドラム等が車内に格納されているため、高温多湿、凍結などの気象条件や落雷などから装置を保護することができる。・異常時昇降装置を備えており、試験装置の孔内抑留などのトラブルに対処できる。

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。

平成8年度技術開発課年報

落合 洋治; 福島 龍朗; 沖田 正俊; 茂田 直孝; 花木 達美; 高橋 修; 中野 勝志

PNC TN7440 97-003, 255 Pages, 1997/04

PNC-TN7440-97-003.pdf:28.06MB

本報告書は、東濃地科学センター・技術開発課が平成8年度に実施した研究開発の業務成果を取りまとめたものである。当年度は鉱床解析評価班が資源解析評価班として名称を改め技術開発課に加わり、資源情報調査・ポテンシャル解析・鉱床評価等の業務についても実施することになった。その他業務は前年度に引き続き実施した。これらのほか、平成7年12月8日のもんじゅ事故を契機として、施設の安全管理が最重要視され、東濃鉱山においては、経年変化対応として調査立坑巻揚機更新工事、総合管理棟の新築工事、沈殿池回り整備工事等を行い鉱山施設の整備を図った。