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論文

A Proposed method to estimate in situ dissolved gas concentrations in gas-saturated groundwater

玉村 修司*; 宮川 和也; 荒巻 憲隆*; 五十嵐 敏文*; 金子 勝比古*

Groundwater, 56(1), p.118 - 130, 2018/01

地下の環境を調査する上で、二酸化炭素やメタン, 水素, ヘリウムなどの溶存ガス量を精確に把握することが重要である。幌延のような溶存ガスに飽和している環境では、掘削に伴う圧力の低下により溶存ガスの脱ガスが生じるため、掘削前の原位置の情報を得ることはとても困難である。このことは、地上からのボーリング孔を利用した調査でも避けることができず、また地下施設を利用した場合においても同じである。そこで本研究では、脱ガスした試料の溶存ガス分析結果と、脱ガス前の圧力情報を用いた定量的な解析手法を開発した。本研究では、各ガス種の物理的溶解に対してはヘンリーの法則を考慮し、二酸化炭素に対しては化学的溶解についても考慮することで、脱ガスによる溶存ガス濃度の変化を精度よく計算することが可能になった。このことにより、これまで得ることが困難であった掘削前の原位置の情報をより正確に推定することが可能になった。本結果は、ヘリウムガスを用いた地下水年代測定法や、地下水流動解析における飽和・不飽和の判定などに適用することができ、その波及効果は大きい。

報告書

幌延深地層研究計画に関わるガス組成データ

宮川 和也; 玉村 修司*; 中田 弘太郎*; 長谷川 琢磨*

JAEA-Data/Code 2016-021, 60 Pages, 2017/03

JAEA-Data-Code-2016-021.pdf:3.87MB
JAEA-Data-Code-2016-021-appendix(CD-ROM).zip:0.45MB

日本原子力研究開発機構幌延深地層研究センターでは、平成13年3月より、北海道の幌延町において幌延深地層研究計画を進めている。本計画における堆積岩を対象とした地層科学研究では、ボーリング孔の地下水などの水質分析を実施しており、これと同時に、地下水溶存ガスの分析を実施してきた。一方、幌延地圏環境研究所では、微生物を活用した資源開発の一環として、幌延地域を含む北海道に産する石炭層の有効活用を目的とした調査研究を行っており、幌延深地層研究センターとの研究協力の一環として幌延の地下水溶存ガスの分析を実施してきた。また、電力中央研究所では、幌延深地層研究センターとの共同研究の一環として、幌延の地下水中の希ガスの分析を実施してきた。本報告書は、幌延深地層研究計画に関わる平成13年度から平成27年度までの地下水溶存ガスデータを取りまとめたデータ集である。

論文

幌延地域に分布する珪質岩を対象とした間隙弾性パラメータの取得と室内試験法の提案

宮澤 大輔*; 真田 祐幸; 木山 保*; 杉田 裕; 石島 洋二*

Journal of MMIJ, 127(3), p.132 - 138, 2011/03

間隙弾性論は、岩盤中の空隙が水で飽和された状態において、水の流入・流出が生じた際の岩盤の変形や応力変化を説明する理論であり、岩盤と水の連成現象を表現できる。現在、北海道幌延町で進めている幌延深地層研究所に分布する新第三紀堆積岩は、多孔質・低透水性であり高い飽和度を示す。国内の他の地域に分布する新第三紀堆積岩においても似たような特性を持つ岩盤は少なくない。このような性質を持つ岩盤に構造物を設けると、岩盤内部に存在する多量の水が消散しにくくなるため、岩盤と水の連成現象が生じる可能性があり、間隙弾性論に基づいた評価が構造物の合理的な設計・施工に有効と考えられる。本論文では、間隙弾性パラメータを決定するための室内試験方法の構築と幌延地域に分布する珪質岩の間隙弾性パラメータの決定を行った。1回の三軸圧縮試験で複数の間隙弾性パラメータを効率的に取得できるように試験フローを工夫した。その試験に基づき取得されたパラメータは、既存研究で得られた泥岩等の間隙弾性パラメータと比較的近くおおむね妥当な値が得られたと判断した。

口頭

軟岩を対象とした孔底変形法による測定装置の原位置適用化試験

宮澤 大輔*; 木山 保*; 石島 洋二*; 熊倉 聡*; 杉田 裕; 真田 祐幸

no journal, , 

原子力機構は、幌延地圏環境研究所との共同研究として幌延深地層研究センターの地下施設の250m換気側調査坑道において、孔底変形法による初期地圧の計測手法の適用性の確認を行った。本手法を地下のボーリング孔を利用して行うのは初めてであったが、計測のための手順,ボーリング孔の加工,装置の脱着などは順調に行えることを確認できた。一方で、軟弱な声問層と比較して比較的強度のある、また、亀裂の多い特徴を持つ稚内層を対象とした今回の試験では、計測のためのピンを岩盤に適切に設置できないなど、初期地圧を精度よく求めるうえでの課題が明らかとなった。この課題に対しては、解決の方向性を見いだすなど課題解決に向けた検討に着手することができた。

口頭

陸域深部地下珪藻質泥岩層に生息する未培養Bacteroidetes門発酵性細菌の分離培養化と生理機能の解析

玉澤 聡*; 上野 晃生*; 玉木 秀幸*; 玉村 修司*; 村上 拓馬*; 木山 保*; 猪股 英紀*; 宮川 和也; 長沼 毅*; 金子 勝比古*

no journal, , 

嫌気的環境の一つである陸域地下珪藻質泥岩層は地球上に広く分布しており、北海道北部地域の天塩平野の地下には、新生代新第三紀中新世に形成された海成堆積物から成る珪藻質泥岩層が広がっている。これまで珪藻質泥岩層のボーリングコア試料または孔隙水の微生物群集構造解析やメタゲノム解析によって、発酵性細菌と推測される微生物群の存在は示唆されていたものの、現在まで分離培養されておらずその生理生態学的機能はほとんど明らかにされていなかった。本報告は、幌延深地層研究センターの深度250m調査坑道から採取した地下水から、新規Bacteroidetes門細菌HJ250株の純粋分離に成功したことを報告するものである。HJ250株は、15-37$$^{circ}$$C、pH6.0-9.0で生育可能な絶対嫌気性の発酵性細菌であり、メタン生成菌が利用可能な有機化合物を作り出す能力を持っていることが推測される。また、異なる深度の地下水試料から、HJ250株と100%の相同性を示すDNA配列が検出されたことから、HJ250株は原位置にただ存在するだけでなく、珪藻質泥岩層の特に比較的浅部域における嫌気的有機物分解反応に重要な役割を果たしている可能性が示唆された。

口頭

陸域深部地下珪藻質泥岩層から単離した鉄還元能を有する新規Bacteroidetes門発酵性細菌の機能解析

玉澤 聡*; 上野 晃生*; 玉木 秀幸*; 玉村 修司*; 村上 拓馬*; 木山 保*; 猪股 英紀*; 宮川 和也; 長沼 毅*; 金子 勝比古*

no journal, , 

これまでの研究により、北海道北部地域の地下に分布する新第三紀堆積岩中の地下水において、微生物による有機物の発酵分解とメタン生成反応が生じていることが報告され、発酵性細菌が嫌気的な有機物分解過程において重要な役割を担っていることが示唆されてきた。しかしながら、これらの発酵性細菌は分離培養されておらずその機能の大半は不明であった。本研究では、これらの発酵性細菌の分離培養化と機能解析を実施した。幌延深地層研究センターの地下250m調査坑道から採水した地下水から単離した新規発酵性細菌HJ250株は、少なくとも科レベルで新規な系統群に分類されることが分かった。生理性状解析の結果、HJ250株は15-37$$^{circ}$$C、pH6.0-9.0、NaCl 0-80g/Lで生育可能な糖資化性の絶対嫌気性発酵性細菌であることが分かった。さらに、HJ250株は、Bacteroidetes門細菌としては報告例の極めて少ない、鉄還元能を有することが明らかとなった。また、HJ250株と同様のDNAおよびRNAが、異なる深度の地下水からも検出されたことから、HJ250株が珪藻質泥岩層の比較的浅部域における炭素及び鉄循環に大きく寄与している可能性が示唆された。

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