幌延深地層研究センターでは、原子力発電に伴って発生する高レベル放射性廃棄物を安全に地層処分するための基盤的な研究開発として、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（堆積岩を対象とした深地層の研究施設計画）を進めています。幌延深地層研究計画は、実際の地層処分事業とは明確に区別することを前提に、堆積岩を対象とした深地層の科学的な研究（地層科学研究）および地層処分技術の信頼性向上や安全評価手法の高度化に向けた研究開発（地層処分研究開発）を行うものです。
幌延深地層研究計画は、
「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おり、全体の期間は20年程度を考えています。
平成31年度は、地下施設での調査研究段階（第3段階）において、
第3期中長期計画
に掲げたこれら3つの課題（以下、
必須の課題
）を達成していくための調査研究を引き続き実施するとともに、成果の取りまとめを行います。また、研究終了までの工程やその後の埋め戻しについて決定します。
平成31年度においては、主に以下の取り組みを進めます。
「実際の地質環境における人工バリアの適用性確認」として
人工バリア性能確認試験
を継続するとともに、
オーバーパック腐食試験
について、平成30年度に試験体の取り出し・分析を実施した結果を基に、地下環境におけるオーバーパックの腐食現象の評価・取りまとめを継続します。
また、平成30年度まで実施した割れ目帯を対象とした物質移行試験について、堆積岩中の物質移行現象についての評価・取りまとめを進めます。「処分概念オプションの実証」については共同研究として平成30年度より開始した搬送定置・回収技術に関する実証試験を継続します。「地殻変動に対する堆積岩の緩衝能力の検証」について、は一時的な水圧上昇が割れ目の水理特性に与える影響を確認するための試験（水圧擾乱試験）の結果に基づいて、堆積岩の緩衝能力についての評価・取りまとめを進めます。
また、これらの必須の課題へ対応するための基盤となる技術開発などとして、これまで地層科学研究や地層処分研究開発として進めてきた技術開発やデータ取得を継続します。
上記の調査研究を含め、平成31年度に実施する調査研究の概要を以下に示します。
350m調査坑道における主な調査研究の実施場所
●通常よりも高い注入圧を用いた透水試験（水圧擾乱試験）の結果に基づいて、DIモデル の更新や堆積岩の緩衝能力についての評価・取りまとめを進めます。
●岩石や地下水の化学組成などのデータを用いて、これまでに構築した地質環境モデルを 必要に応じて更新することにより、坑道周辺の地質環境を推定するための手法の信頼性 を向上させます。
●地下施設での調査研究で使用するための調査技術や調査機器の開発を継続します。
●内陸部の地下深部に存在する長期的に安定な水理場・化学環境を評価するための技術の 高度化を進めます。
【地層科学研究】 1-1-1.地質構造
【地質観察、地下施設や地表で採取した岩石の分析など】
ボーリング調査および坑道掘削時の壁面地質観察において取得した地質データの解析および地下施設や地表で採取した岩石の顕微鏡観察や分析などを継続し、地層および断層・割れ目の空間的な分布に関する特徴を整理して、それに基づく地質構造モデルの検討を継続します。構築した地質構造モデルは、坑道周辺における岩盤の水理特性および地下水の地球化学特性の解析・評価を実施する際の基礎的な情報になります。
【地層科学研究】 1-1-2.岩盤の水理
【地下水の水圧モニタリング、岩盤の水理に関する情報の取得など】
断層帯中の割れ目の透水性は、断層運動により増加する可能性がありますが、その透水性の増加幅は岩盤の力学条件に大きく制約され、この透水性の上昇幅をダクティリティインデックス（DI）という力学的指標を用いた経験式（DIモデル）によって推定できる可能性があります。そのため、東立坑の深度380mの坑底から掘削したボーリング孔において実施した、断層運動を模擬するための通常よりも高い注入圧を用いた透水試験（水圧擾乱試験）の結果に基づいて、DIモデルの更新や堆積岩の緩衝能力についての評価・取りまとめを進めます。また、坑道の掘削に伴う地質環境の変化を把握するため、地上から掘削した既存のボーリング孔における地下水の水圧観測を継続します。地下施設における調査では、坑道周辺岩盤の水理特性の変化を観測し、掘削影響領域の評価に必要なデータを取得します。さらに、これまでに構築した坑道周辺の水理地質構造モデルを更新するとともに、坑道周辺の地下水の流れの状況をシミュレーションします。
【地層科学研究】 1-1-3.地下水の地球化学
【坑道壁面からの湧水・ボーリング孔の孔内水・岩石からの間隙水の化学分析、溶存ガス・コロイド・有機物・微生物の分析、表層水の分析】
地下水の水質調査の様子
（140m調査坑道）
坑道の壁面から採取した湧水や岩石、坑道内のボーリング孔から採取する地下水および岩石を対象として、化学組成、鉱物組成、溶存ガス組成、コロイド、有機物および微生物などに関する分析や試験を行い、坑道の掘削に伴う周辺岩盤および地下水の地球化学特性の変化を把握します。あわせて、地上から掘削した既存のボーリング孔（HDB-1～11孔など）および表層水を対象とした採水調査を行い、現在の地下水の水質の分布や、それがどのように形成されてきたのかを検討するとともに、坑道周辺における地球化学環境の時間的な変化に関わる地下水の地球化学モデルを更新します。
【地層科学研究】 1-1-4.岩盤力学
【坑道内での初期地圧の測定結果や内空変位計測結果に基づく坑道周辺における地圧の空間的な分布の評価など】
内空変位測定の様子
これまでに実施してきた、深度140m、250mおよび350mの各調査坑道における初期地圧の測定結果や、坑道内で実施している内空変位計測などの結果に基づき、坑道周辺における地圧の空間的な分布を解析的に評価し、地下施設の設計上必要となる岩盤物性値の設定方法を検証します。
【水圧擾乱試験方法の整備、水圧・水質連続モニタリング装置や間隙水圧計、水分計などの長期性能確認、ガスやコロイド・有機物・微生物の調査のための試験装置の開発、光ファイバー式センサーの長期性能確認、弾性波・比抵抗トモグラフィ調査、高精度傾斜計や地中変位計などによる岩盤の微小な変形の計測、坑道の掘削が周辺の岩盤に与える影響を評価するための解析技術開発、内陸部に存在する長期的に安定な水理場・化学環境を評価するための技術の高度化など】
地下水の水圧・水質モニタリングの様子
（350m調査坑道）
必須の課題の評価に活用する地質環境特性データの長期的な変化やそれら計測手法の妥当性を確認するため、岩盤の水理特性、地下水の地球化学特性、岩盤の力学特性および坑道掘削の影響などに関する調査技術・調査機器開発を継続します。
岩盤の水理特性に関する調査技術について、1-1-2で述べた水圧擾乱試験のための、通常よりも高い注入圧を用いた透水試験方法の整備を図ります。
地下水の地球化学特性に関する調査技術については、深度140m､250mおよび350mの各調査坑道から掘削したボーリング孔に設置した地下水の水圧・水質連続モニタリング装置や間隙水圧計、水分計などの長期的な性能を確認するとともに、地下水中のガスやコロイド・有機物・微生物を調査するための試験装置の開発を行い、データを取得します。
岩盤の力学特性に関する調査技術については、光ファイバー式地中変位計の長期モニタリング性能を確認するための観測を継続します。また、深度140m、250mおよび350mの各調査坑道で、坑道掘削後の岩盤の力学特性の長期的な変化を確認するために、弾性波トモグラフィ調査や比抵抗トモグラフィ調査を定期的に実施します。これらの観測および調査を通じて、岩盤の力学特性の評価に必要となるモニタリング技術の整備を図ります。
坑道掘削の影響に関する調査技術については、地表や坑道に設置した高精度傾斜計および坑道に設置した地中変位計などを用いて、岩盤の微小な変形の観測を継続します。また、坑道の掘削が周辺の岩盤に与える影響を評価するための解析技術の開発を行います。
また、幌延の地下研究施設周辺地域を事例に、内陸部の地下深部に存在する長期的に安定な水理場・化学環境を評価するための技術の高度化を進めます。
【坑道周辺岩盤・支保の長期挙動の観測、地下施設設計の妥当性の検証、情報化施工手法の整備、地下施設の安全性に関する検討、グラウト材料の岩盤中への浸透範囲を評価するための解析手法、調査手法の高度化など】
吹付コンクリート応力計の設置の様子
●坑道を掘削した後の岩盤と支保の長期挙動を観測し、地下施設設計の妥当性の検証を行います。
●地質環境特性の長期的な変化に関するデータなどに基づいて、地下施設の安全性をさらに向上するための方策の検討を継続します。
●湧水抑制のための技術開発として、グラウト浸透範囲を評価する解析手法や調査手法の高度化を図ります。
「処分概念オプションの実証」として処分孔などの湧水対策・支保技術などの実証試験を進めます。また、必須の課題の実施に必要となる岩盤の変位や支保工の応力に関するデータの取得を継続します。
既設の地中変位計やコンクリート応力計などの計測機器により、坑道を掘削した後の岩盤と支保の長期挙動を観測するとともに、得られたデータを用いて、地下施設設計の妥当性を検証します。
また、これまで進めてきた地下施設建設における情報化施工技術の有効性を評価し体系的に整備します。
調査坑道で取得された長期的な変形計測結果などに関するデータや耐震性評価結果に基づいて、地下施設の安全性をさらに向上するための方策の検討を継続します。
湧水抑制のための技術開発として、断層や掘削影響領域などの割れ目に対するグラウト材料の浸透範囲を評価するための解析手法や調査手法の高度化を図ります。
【地形調査、地質調査、岩石・地下水・ガスの測定・分析、沿岸部における隆起・侵食に関する検討、地震の観測など】
地震観測モニターの設置の様子
●地形や地質の調査とともに、岩石、地下水およびガスの化学分析を行い、地形および地質の長期的な変化やそれに伴う地下水の流れや水質の変化などを調査・評価する手法の開発を進めます。
●上幌延観測点（HDB-2）と深度350m調査坑道での地震観測を継続します。
●沿岸部における隆起・侵食に関する検討として、必要に応じて現地調査・サンプリングを実施します。
地下施設や地表からの地形・地質の調査、岩石・地下水・ガスの測定・分析などにより、断層の構造などの地質環境の長期的な変化に関わるデータを取得するとともに、数値解析・評価を実施し、地形・地質の長期的な変化やそれに伴う地下水の流れや水質の変化などを調査・評価する手法の開発を進めます。また、上幌延観測点（HDB-2）と深度350mの調査坑道での地震観測を継続します。
沿岸部における隆起・侵食に関する検討として、必要に応じて現地調査・サンプリングを実施します。
【人工バリア性能確認試験、オーバーパック腐食現象の評価、搬送定置・回収技術に関する実証試験、緩衝材の定置試験、緩衝材への水の浸潤挙動を把握するための試験、低アルカリ性コンクリート材料の周辺岩盤などへの影響調査、流出現象などを考慮した緩衝材の健全性評価に関する試験、坑道の閉鎖技術に関する試験など】
●人工バリア性能確認試験などの原位置試験をとおして、実際の地質環境における計測技術や評価技術の適用性を確認します。
●幌延の岩石や地下水を用いた室内試験を継続し、人工バリアなどの設計手法の適用性や長期健全性を評価するための基礎データの拡充・整理を行います。
●オーバーパック腐食試験については、計測を終了し、地下環境における腐食現象の評価・取りまとめを進めます。
●人工バリアの定置・品質確認などの方法論に関する実証試験を開始します。
●緩衝材の定置試験や緩衝材への水の浸潤挙動を把握するための試験を継続します。
●低アルカリ性コンクリート材料が坑道周辺の岩盤や地下水に及ぼす影響を把握するための調査などを継続します。
●坑道の埋め戻しや坑道の掘削により形成された掘削影響領域（EDZ）を介した地下水の移行抑制のための止水プラグなど、閉鎖技術に期待する性能の具体化や設計・評価技術の改良・高度化を進めます。
●流出現象などを考慮した緩衝材の健全性評価に関する試験を実施します。
「実際の地質環境における人工バリアの適用性確認」として、人工バリア性能確認試験、オーバーパック腐食試験を継続するとともに、「処分概念オプションの実証」として、人工バリアの定置・品質確認などの方法論に関する実証試験を実施します。
人工バリア性能確認試験について、平成26年度に開始した実物大の模擬オーバーパックおよび緩衝材を用いた人工バリア性能確認試験を継続します。この試験では､実際に坑道内に処分システムを構築し、オーバーパック、緩衝材および岩盤の間で発生する、熱－水理－力学－化学連成挙動に関わるデータを取得します。
オーバーパック腐食試験について、平成30年度に試験体の取り出し・分析を実施した結果を基に、地下環境におけるオーバーパックの腐食現象の評価・取りまとめを継続します。
人工バリアの定置・品質確認などの方法論に関する実証試験を継続します。具体的には、搬送定置・回収技術を実証するために、原子力環境整備促進・資金管理センターとの共同研究を通じて、試験坑道2に設置した模擬PEMと坑道壁面との隙間に充填した材料を撤去し、模擬PEMを回収する試験を行います。あわせて、緩衝材の定置試験や緩衝材への水の浸潤挙動を把握するための試験を継続します。
また、坑道の埋め戻しや坑道の掘削により形成された掘削影響領域（EDZ）を介した地下水の移行抑制のための止水プラグなど、閉鎖技術に期待する性能の具体化や設計・評価技術の改良・高度化を進めるほか、人工バリアなどを対象とした無線計測技術の適応性に関する試験を継続します。さらに、流出現象などを考慮した緩衝材の健全性評価に関する試験を実施します。
熱－水理－力学－化学連成挙動に関する試験 （人工バリア性能確認試験）の概念図
【これまでに実施した健岩部、割れ目、および断層を対象とした原位置トレーサー試験や室内試験結果の評価・取りまとめ など】
●深度350m調査坑道で実施している、健岩部および割れ目を対象とした原位置トレーサー試験を継続するとともに、東立坑坑底から掘削しているボーリング孔を利用し、割れ目帯を対象としたトレーサー試験を実施します。
●原位置トレーサー試験および室内試験結果の評価を継続するとともに、必要な室内試験を行い、堆積岩中の物質移動現象についての評価・取りまとめを進めます。
「実際の地質環境における人工バリアの適用性確認」としてこれまでに実施した原位置トレーサー試験を継続します。
岩盤および人工バリアを対象とした原位置トレーサー試験について、これまでに実施した健岩部と割れ目を対象とした拡散試験に関し、割れ目中の吸着／拡散特性の評価を進めるとともに、健岩部の物質移行特性を評価する一環として、層理面に対する拡散異方性（面方向とそれに直交する方向での拡散挙動の違い）に評価を進めます。また、東立坑底盤で実施した断層を対象としたトレーサー試験に関し、隆起・浸食や断層運動による物質移行特性の変化に関する評価を実施します。さらに、深度350ｍ調査坑道で実施した断層を対象としたトレーサー試験に関連し、断層およびその周辺に分布する割れ目を対象とした物質移行試験概念モデルの検討を進めるとともに、検討したモデルに基づいたトレーサー試験結果の評価を継続します。
原位置トレーサー試験の概念図
