■岩盤の水理調査
第1段階で掘削したボーリング孔での間隙水圧観測を継続するとともに、地下施設などを利用した坑道周辺岩盤の透水性や坑道内への湧水量などに関する調査を行います。また、これらの調査から得られる観測結果に基づいて、第1段階で予測した水理地質構造モデルの検証を行います。

■試錐（ボーリング）調査
地下深くに試錐（ボーリング）孔と呼ばれる穴を掘り、そこで採取されるコアを用いた室内試験や掘削途中および掘削終了後の試錐孔を利用した試験により、地層の性質や地下水の流れ方、岩石の強さ、地下水の性質などに関するデータを取得します。

■坑道での地質調査
地表からの調査結果に基づいて構築した地質構造モデルの妥当性確認と更新を目的として、地下施設（坑道）から、地層や割れ目の分布・連続性を三次元的に把握するため、坑道壁面における地質観察を実施します。

■地質環境モデルの構築
地表からの調査で得られたデータに基づき、地層や地下水の状況を表す地質環境モデル（地質構造モデル、地下水の水理モデル、地下水の地球化学モデル、岩盤力学モデル）を構築します。調査の進展によりデータ数が増えるに従って、それぞれのモデルの更新、改良を逐次行います。それと合わせてモデルに含まれる不確実な部分の低減の度合いについて検討することにより、地質環境のモデル化に必要な地質環境データ項目、量、精度などについて明らかにし、地表からの体系的な調査手法、地質環境のモデル化手法を確立します。
　また、地下施設建設に伴う地下水の水圧・水質などの地質環境の変化の予測結果と、地下からの調査で取得した地質環境データを比較することにより、予測手法の妥当性を確認します。これにより地上からの調査・予測・解析手法の妥当性を確認します。

■調査技術・調査機器開発
幌延深地層研究センターにおける調査研究は、既存の調査技術、調査機器を活用して実施することを基本とし、軟らかくて崩れやすく、膨潤する性質を持つ堆積岩、石油やガスが存在する地層、深度500m程度の地層に加わる大きな圧力などの条件に対応するために必要な、掘削・調査技術開発を行います。
　これまでに原子力機構が実施してきた坑道内での調査研究（東濃鉱山における試験研究など）を通じて開発した水理試験装置などの調査技術・調査機器を適用し、その有効性を確認します。

■試錐（ボーリング）孔を用いたモニタリング技術開発
地下深いところの地下水の水圧や水質の長期的な変化をモニタリングするには、機器の長期的な耐久性などが重要となります。
　このため、モニタリング機器の材質、仕様などを開発・改良し、掘削した試錐孔に順次設置し、データ取得を開始し、初期データおよび、その経時変化の把握や、地下施設建設が地下水の水圧・水質に与える影響を観察する技術の整備等を行います。