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超深地層研究所計画

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物質移動の調査研究

岩盤中の物質移動に関する調査研究は、第三段階の調査研究として、岩盤中の物質移動の現象に関する理解や、それに係わる調査技術や解析・評価技術を開発することを目標としました。

これまでに、研究坑道からのボーリング調査(図1)を行い、岩盤中の主な物質の移動経路となる割れ目の分布などから、割れ目を大きく6つのタイプ(図2)に分けて研究を進めました。

研究坑道内でのボーリング調査の様子
図1 研究坑道内でのボーリング調査の様子
花崗岩中に分布する割れ目のタイプ分け
図2 花崗岩中に分布する割れ目のタイプ分け

また、ボーリングコアを利用して、岩盤中を物質が拡散する様子を調べるために実験室内で試験(透過拡散試験:図3)を行いました。

透過拡散試験画像
図3 室内試験の例(透過拡散試験)

透過拡散試験の結果、土岐花崗岩中の変質部の試料は、未変質部の試料と比べて実効拡散係数が高い(=物質が拡散しやすい)傾向があることが分かりました(図4)。この傾向は、これまでの研究結果と整合的です。

変質部と未変質部の試料を用いた透過拡散試験の結果
図4 変質部と未変質部の試料を用いた透過拡散試験の結果

その一方で、いわゆる健岩部(肉眼で変質が認められない部分)についても、元素が移動する現象(マトリクス拡散)が生じることが明らかになりました。この元素の移動経路は、斜長石中に生じた小さな空隙であると考えられます(図5)。さらに、顕微鏡観察で得られた空隙率と、透過拡散試験で把握した実効拡散係数を比較したところ、両者には強い正の相関があることが明らかになりました(図6)。

これまで、花崗岩の健岩部における元素の移動現象(マトリクス拡散)については不明な点が多かったのですが、我々の研究によって、健岩部においてもマトリクス拡散が生じることや、その経路が主に斜長石であることが明らかになりました。

健岩部の花崗岩試料の写真
図5 健岩部の花崗岩試料の写真
A,B: 接着剤に蛍光染料を混ぜて作製した薄片の鏡下写真。蛍光顕微鏡で撮影。緑色に蛍光している箇所に微視的空隙が分布している。Qtz: 石英、Pl: 斜長石、Kfs: カリ長石、Chl: 緑泥石、ill: イライト。C: 蛍光染料を拡散させた花崗岩の鏡下写真。蛍光顕微鏡で撮影。
ウラニンの実効拡散係数と空隙率(マイクロクラックの面密度)の関係
図6 ウラニンの実効拡散係数と空隙率(マイクロクラックの面密度)の関係