幌延深地層研究計画における広域スケールを対象とした地質構造モデルの更新

酒井 利啓; 石井 英一

JAEA-Data/Code 2021-009, 13 Pages, 2021/08

JAEA-Data-Code-2021-009.pdf:1.9MB
JAEA-Data-Code-2021-009-appendix(CD-ROM).zip:42.79MB

国立研究開発法人日本原子力研究開発機構では、高レベル放射性廃棄物の地層処分のための技術基盤の整備と、深部地質環境に関する科学的知見を得ることを目的として、堆積岩を対象とした幌延深地層研究計画を北海道幌延町において進めている。本計画において2018年度までに構築された広域スケールの三次元地質構造モデルとその数値データは、2019年にJAEA-Data/Code 2019-007として取りまとめられた。本報告書では、その後に得られた地下施設周辺の稚内層浅部に関する知見を加え、幌延深地層研究センターを含む約6km四方の領域に対して地質構造モデルを更新した。

幌延深地層研究計画; 令和3年度調査研究計画

中山 雅

JAEA-Review 2021-009, 54 Pages, 2021/07

JAEA-Review-2021-009.pdf:5.02MB

幌延深地層研究計画は、日本原子力研究開発機構が堆積岩を対象に北海道幌延町で実施しているものである。令和3年度は、「令和2年度以降の幌延深地層研究計画」で示した研究課題である、実際の地質環境における人工バリアの適用性確認、処分概念オプションの実証、地殻変動に対する堆積岩の緩衝能力の検証について、引き続き調査研究を行う。令和3年度に実施する主な調査研究は以下の通りである。「実際の地質環境における人工バリアの適用性確認」については、人工バリア性能確認試験において発熱の影響を無くした条件での試験に移行するとともに、人工バリアの試験体を取り出すための試験施工の解体調査を実施する。「処分概念オプションの実証」については、搬送定置・回収技術の実証として、地下環境におけるコンクリートの劣化に関する試験、分析を継続する。閉鎖技術の実証として、坑道及び周辺岩盤の長期変遷が安全評価に有意な影響を及ぼす条件の詳細化を図るとともに、プラグの施工性や性能確認のための工学規模試験や埋め戻し材と緩衝材との相互作用を検討するための室内試験等を継続する。「地殻変動に対する堆積岩の緩衝能力の検証」については、水圧擾乱試験の結果の解析を行うとともに、稚内層中の断層/割れ目の水理的不連結性に関する検討を継続する。地下水の流れが非常に遅い領域(以下、化石海水領域)を調査・評価する技術の高度化として、化石海水領域の三次元分布を確認するためのボーリング調査を実施する。

A Numerical simulation study of the desaturation and oxygen infusion into the sedimentary rock around the tunnel in the Horonobe Underground Research Laboratory

宮川 和也; 青柳 和平; 赤木 俊文*; 山本 肇*

JAEA-Data/Code 2021-002, 26 Pages, 2021/05

JAEA-Data-Code-2021-002.pdf:2.14MB
JAEA-Data-Code-2021-002-appendix(CD-ROM).zip:40.99MB

これまでに、堆積岩を対象とした不飽和領域の形成及び岩盤中への酸素の侵入要因の検討を目的とした数値解析を実施してきた。Miyakawa et al.(2019)では、堆積岩地域の例として、幌延深地層研究センターの地下施設を模擬し、これらの解析結果の一部をまとめ、飽和度変化及び不飽和領域の広がりに対する溶存ガス濃度及び岩盤の透水性の及ぼす影響について議論している。Miyakawa et al.(2021)でも同様に解析結果の一部をまとめ、坑道内の酸素の岩盤中への侵入挙動に対する溶存ガス濃度、岩盤の透水性及び坑道内の湿度の影響について議論している。これらの報告では、テーマを絞った議論のため、一部の解析結果のみしか公開されていない。本報告書は、不飽和領域の形成や岩盤中への酸素の侵入挙動及び坑道の埋戻し後の不飽和領域の消長を考察する上で参考となる基礎データを公開することを目的として、上記の2件の検討で使用したデータを含めた全ての解析結果をデータ集として取りまとめたものである。

K-Ar geochronology for hydrothermal K-feldspar within plagioclase in a granitic pluton; Constraints on timing and thermal condition for hydrothermal alteration

湯口 貴史*; 八木 公史*; 笹尾 英嗣; 西山 忠男*

Heliyon (Internet), 7(4), p.e06750_1 - e06750_9, 2021/04

https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e06750

本研究で提示した手法と解釈は花崗岩体の変質した斜長石中のカリ長石(Microcline)のK-Ar年代に新たな知見をもたらす。鉱物中に含有される異なる鉱物の分離は困難な課題である。本研究では、(1)岩石サンプルから斜長石の分離、(2)斜長石からのカリ長石の分離の2段階でのプロセスを行うことで、正確な斜長石中のカリ長石年代を決定することを可能にした。ここで得られたカリ長石年代は花崗岩体の冷却史や熱水変質現象の時間変遷を解明する上で重要な手がかりとなる。

瑞浪超深地層研究所,研究坑道におけるラドン濃度測定データ集

青木 克憲; 山中 浩揮*; 渡辺 和彦*; 杉原 弘造

JAEA-Data/Code 2020-018, 45 Pages, 2021/02

JAEA-Data-Code-2020-018.pdf:4.54MB
JAEA-Data-Code-2020-018-appendix(DVD-ROM).zip:6.8MB

日本原子力研究開発機構東濃地科学センターでは、深地層の科学的研究(地層科学研究)の一環として、結晶質岩(花崗岩)を対象とした超深地層研究所計画を行っており、瑞浪超深地層研究所(以下、研究所)の研究坑道を深度500mレベルまで展開している。花崗岩には一般的に微量のウランが含まれており、花崗岩地域の坑道内では、通気の状態により坑道内の空気中のラドン濃度が高くなる可能性がある。このため、研究所では研究坑道の掘削や通気方法の変更等に合わせて、適宜、ラドン濃度測定を実施してきた。この測定データは花崗岩地域の地下空間におけるラドン濃度の実測値として貴重なデータと言える。このため、平成22年度から令和元年度までの測定結果を、ラドン濃度に影響を与える坑内通気や気温の情報とともにデータ集として取りまとめ、合わせて実測値に基づいて平衡係数の検討を行った。その結果、坑内のラドン濃度は、季節による坑内と外気との温度差で発生する自然通気の影響を受け夏季は高く冬季は低くなること、また、通気開始時におけるラドンの平衡係数の一時的な上昇は、坑内の粉塵の巻き上げ等によるエアロゾルの増加が原因と考えられる等の知見が得られた。

Numerical simulation of oxygen infusion into desaturation resulting from artificial openings in sedimentary formations

宮川 和也; 青柳 和平; 赤木 俊文*; 山本 肇*

第15回岩の力学国内シンポジウム講演論文集(インターネット), p.609 - 614, 2021/01

高レベル放射性廃棄物の地層処分場の掘削により、坑道周辺岩盤の損傷や溶存ガスの発生等による不飽和領域の形成といった掘削影響領域が生じる。当該領域では、坑道内の大気が岩盤内に侵入し、岩盤や地下水が還元状態から酸化状態に変化する可能性がある。北海道幌延地域に位置する幌延深地層研究センターの地下施設ではこれまでに、坑道周辺の掘削影響領域における酸化の兆候は確認されていない。その理由として、地下水中の溶存ガスが遊離することで、岩盤内への酸素の侵入を抑制している可能性が指摘されている。本研究では、溶存ガスや地下水の移流・拡散を考慮した気液二相流解析を実施し、岩盤中への酸素の侵入メカニズムについて検討した。その結果、地下水中に含まれる溶存ガス量と岩盤の透水性が酸素の侵入に及ぼす影響は、同程度であることが分かった。坑道内の湿度が低下した場合、掘削損傷領域中の飽和度が大きく低下し、溶存ガスが多く含まれるような条件においても、岩盤中に比較的多くの酸素が侵入する結果が得られた。幌延の地下施設では、吹付コンクリートが岩盤壁面の湿度を高い状態で維持し、さらに酸素との接触を低減させていると考えられる。吹付コンクリートが無い場合は、坑道内の湿度は季節変動や換気状況により低下し、酸素が岩盤内に侵入すると考えられるが、実際の地下環境では黄鉄鉱の酸化反応などにより酸素が消費されると考えられる。

幌延深地層研究計画; 令和2年度調査研究計画

中山 雅; 雑賀 敦

JAEA-Review 2020-022, 34 Pages, 2020/11

JAEA-Review-2020-022.pdf:3.99MB

幌延深地層研究計画(以下、本計画)は、日本原子力研究開発機構(以下、原子力機構)が堆積岩を対象に北海道幌延町で実施しているものである。本計画は、「地上からの調査研究段階(第1段階)」、「坑道掘削(地下施設建設)時の調査研究段階(第2段階)」、「地下施設での調査研究段階(第3段階)」の3つの調査研究段階に分けて進めることとしている。原子力機構の第3期中長期計画では、本計画について、「実際の地質環境における人工バリアの適用性確認、処分概念オプションの実証、地殻変動に対する堆積岩の緩衝能力の検証に重点的に取り組む。また、平成31年度末までに研究終了までの工程やその後の埋戻しについて決定する。」としてきた。これまでの研究の成果や外部委員会の評価、国内外の状況を踏まえて検討した結果、研究の継続が必要となったことから、令和元年8月2日に「幌延町における深地層の研究に関する協定書」(以下、三者協定)に基づき北海道および幌延町に協議の申し入れを行った。その後、協議の申し入れを行った「令和2年度以降の幌延深地層研究計画(案)」について、三者協定に基づき北海道および幌延町により設置された「幌延深地層研究の確認会議」において、研究の必要性や妥当性、三者協定との整合性を論点とした内容の精査が行われ、北海道および幌延町により「令和2年度以降の幌延深地層研究計画(案)」が受け入れられた。原子力機構は、これらの研究課題については、令和2年度以降、第3期及び第4期中長期目標期間を目途に取り組むこととし、その上で、国内外の技術動向を踏まえて、地層処分の技術基盤の整備の完了が確認できれば、埋め戻しを行うことを具体的工程として示すこととした。本報告は、令和2年度に実施する調査研究計画について取りまとめたものである。

超深地層研究所計画; 地質構造モデル/水理地質構造モデルの数値データ集

尾上 博則

JAEA-Data/Code 2020-016, 15 Pages, 2020/11

JAEA-Data-Code-2020-016.pdf:3.12MB
JAEA-Data-Code-2020-016-appendix(DVD-ROM).zip:262.52MB

日本原子力研究開発機構では、「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(地層科学研究)の一環として、結晶質岩(花崗岩)を対象とした超深地層研究所計画を進めてきた。本データ集は、超深地層研究所計画やこの計画に先立ち行われた広域地下水流動研究で構築したローカルスケールおよびサイトスケールの地質構造モデルおよび水理地質構造モデルの数値データを取りまとめたものである。

Poroelastic hydraulic-response of fractured mudstone to excavation in the Horonobe URL; As an indicator of fracture hydraulic-disconnectivity

尾崎 裕介; 石井 英一; 菅原 健太郎*

Extanded abstract of International Conference on Coupled Processes in Fractured Geological Media; Observation, Modeling, and Application (CouFrac 2020) (Internet), 4 Pages, 2020/11

本研究では、幌延深地層研究センター周辺の地下深部に存在が推定されている低透水性領域の存在の検証を目的として、坑道掘削に伴うHDB-6号孔の水圧変動の再現解析を行った。地下深部では亀裂の水理的連結性が乏しいために健岩部相当の透水性が推定されている一方で、浅部においては水理学的亀裂の連結性が高いため透水性が健岩部よりも高い水理地質構造が推定されている。水理-力学連成挙動を考慮したシミュレーションを実施したところ、観測されている水圧データには水理-力学連成挙動の影響であるMandel-Cryer効果の影響を受けていること、この効果が数年単位で継続するためには深部の透水性が健岩部相当に低いことが必要であることが確認された。これらの結果より、数値シミュレーションにより、既往研究により存在が予測されていた地下深部における健岩部相当の低透水領域の存在が検証された。

超深地層研究所計画における地下水の水圧長期モニタリング(20172019年度)

尾上 博則; 竹内 竜史

JAEA-Data/Code 2020-010, 112 Pages, 2020/10

JAEA-Data-Code-2020-010.pdf:6.22MB
JAEA-Data-Code-2020-010-appendix1(DVD-ROM).zip:169.12MB
JAEA-Data-Code-2020-010-appendix2(DVD-ROM).zip:338.45MB
JAEA-Data-Code-2020-010-appendix3(DVD-ROM).zip:448.05MB

日本原子力研究開発機構では、「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(地層科学研究)の一環として、結晶質岩(花崗岩)を対象とした超深地層研究所計画を進めている。本計画は、「第1段階; 地表からの調査予測研究段階」、「第2段階; 研究坑道の掘削を伴う研究段階」、「第3段階; 研究坑道を利用した研究段階」の3段階からなる。超深地層研究所計画は、「深部地質環境の調査・解析・評価技術の基盤の整備」および「深地層における工学技術の基盤の整備」を第1段階から第3段階までを通した全体目標としている。また、第3段階では、「研究坑道からの調査・研究による地質環境モデルの構築および研究坑道の拡張による深部地質の変化の把握」を目標の一つとしており、その一環として地下水の水圧長期モニタリングを実施してきたが、2019年度末をもって超深地層研究所計画における研究開発を終了することに伴い、超深地層研究所計画における水圧長期モニタリングを終了する。本報告書は、20172019年度に実施した地下水の水圧長期モニタリングデータを取りまとめたものである。