高レベル放射性廃棄物の地層処分研究開発

フランスにおける高レベル放射性廃棄物管理方策と地層処分施設のサイト選定の決定プロセスの公正さ

フランスのこれまでのHLW管理事業の進め方を取り上げて、手続き的公正さ、分配的公正さに関し、規範的分析を行った。その結果は、HLW管理方策と地層処分施設の候補地の各々の決定プロセスを明確にするとともに、独立した第三者組織による討議の結果も含め、意見の反映や意思決定の仕方を事前に明確に規定しておくことが、手続き的公正さを高めるために必要であることを示唆している。また、将来世代への責任に関しては、時間的側面での衡平および均等の視点のどちらを重視するのかを、手続き的公正さを確保したプロセスで熟議すること、可逆性の概念の導入にあたっては、意思決定の手続き的公正さが十分担保されることが必要であることを示唆している。さらに、空間的側面および経済的側面の分配的公正さは表裏一体であり、候補地選定における負のイメージの均等という視点での分配的公正さと、対象とされた地域の価値を高めるための経済的側面での分配的公正さを、手続き的公正さが確保された決定プロセスで熟議していくことが必要になると推察された。

Status of JAEA’S R&D Program for HLW Geological Disposal

JAEA has been conducting R&D for Japanese HLW geological disposal to provide solid technical basis to both implementation and regulatory activities for the repository. These R&Ds are related to site investigation techniques, repository engineering technology, and safety assessment methodology. A particular focus of our R&Ds is placed on projects at two off-site Underground Research Laboratories. Nationwide studies of tectonics, volcanic and faulting activities have been also conducted to establish methods to evaluate the long-term stability of geological environments. JAEA's developing advanced knowledge management system (KMS) is aiming to efficiently cover all aspects of the development, integration, quality assurance, communication and maintenance/archiving of such knowledge to support both implementer and regulator.

The distinct element analysis for the de-stress drilling in the near field of the HLW repository

国際共同プロジェクトDECOVALEX-2011では、Äspöピラー安定性試験（APSE）における熱−力学連成挙動のシミュレーションが行われた。本稿では、現場における岩盤中の既存の亀裂の影響に着目した個別要素法モデルを開発し、APSEへの適用を行った。その結果、ピラーの応力解放は同モデルにより再現することができ、応力が解放される間の亀裂の発生および伸展は現場での観測結果と定性的に一致した。モデルの力学特性は、同じ粒子の配置および入力パラメータを使用した場合においても、既存の亀裂を取り込むことにより異なるものとなった。これは実際の岩盤のスケール効果と類似した結果である。また、既存の亀裂が多く含まれる岩盤モデルにおいては、微小亀裂が広く分布し、大きな割れ目は生じないことが示された。

日本の高レベルガラス固化体に対する粘度の温度依存性と結晶化時間の評価

本報では、模擬高レベルガラス固化体を対象としてガラス転移温度領域の高温側と低温側との粘度の温度依存性を測定することにより、粘度の対数値と温度の逆数からなる直線式、活性化エネルギー値を求め、さらに低温側の活性化エネルギー値が、高温側の0.1倍であることを明らかにした。従来ガラスの粘度の温度依存性は、Mazurinらによる一般ガラスを対象に測定したガラス転移温度領域の低温側の活性化エネルギー値が、高温側の0.5倍になるという結果が報告されていたが、その数値はガラス転移温度領域以下の温度における高レベルガラス固化体の長期結晶化時間を評価するのに適さないことがわかった。また結晶化度およびガラス溶解速度が最も大きい結晶化温度と時間(640℃, 10,000時間)を求め、粘度の温度依存式と合せて長期結晶化時間式を得た。その結果をもとに、長期結晶化時間の温度依存性を評価し、想定されている地層処分時の設計最高温度以上(150℃)で保持しても十分な長期安定性をもつことを明らかにした。

土砂移動に着目した福島第一原子力発電所事故後の放射性物質分布に関する解析手法の開発

東京電力福島第一原子力発電所事故後に地表に降下した¹³⁷Csを対象に、主要な移行経路の一つと考えられる土砂移動（侵食、運搬、堆積）を考慮した移行解析のための簡易的な解析手法を考案した。本検討では、地理情報システム(GIS)のモデル構築機能を用いて、各関係機関がオンラインで提供する公開データを用いて解析を行うためのプログラムを構築した。試解析の結果、ダム湖や貯水池における顕著な堆積傾向や、シルト・粘土等の細粒物が粗粒の砂等に比べてより遠方まで運搬されるといった粒径毎の流送土砂量の違いなどが計算で再現され、定性的には既存の観測結果と概ね整合的であることが確認された。

本高弓ノ木遺跡5区出土鉄器の非破壊分析

鳥取県鳥取市本高弓ノ木遺跡の古墳時代前期（4世紀）の水路遺構から出土した鉄製鋤先の腐食状況について、Ｘ線CT装置を用いた腐食状態の観察、ポータブルＸ線回折・蛍光Ｘ線分析装置を用いた表面の腐食生成物等の分析を実施した。また比較のため、同時代の宮谷26号墳より出土した刀子並びに良田中道遺跡より出土した鉄斧についても同様な分析を実施した。その結果、鋤先と鉄斧については腐食生成物として菱鉄鉱を検出するとともに、遺物の内部に金属鉄が残存することを確認した。菱鉄鉱による腐食反応の抑制が既往の実験的研究で確認されており、鋤先と鉄斧の腐食状態についても菱鉄鉱の形成が関係している可能性がある。

圧縮ベントナイト中に拡散したNiのXAFS分析

圧縮ベントナイト中におけるCm, Am, Ni等の高収着性核種の拡散は、単一の化学種の単純な一次元拡散モデルではフィットできない2つのプロファイルを示す場合がある。このような特異な拡散挙動の理由は解明されていない。ベントナイトの主成分である、モンモリロナイトの圧縮体中に拡散したNiの高濃度領域におけるXANESスペクトルは、ホワイトラインの高エネルギー側にブロードニング形状を示した。水溶液中のNi(�U）イオンやNi型モンモリロナイトの層間中のNiでは、そのようなブロードニング形状は見られなかった。これらの結果は、拡散の高濃度領域において、Niは内圏型錯体を形成することを示唆した。

Molar entropy of the selenium (�Y)/(�W) couple obtained by cyclic voltammetry

Se(VI)/(IV)酸化還元反応のモルエントロピー変化を求めることを目的として、サイクリックボルタンメトリーを用いてSeの電気化学研究を実施した。HSeO₄¯およびNa⁺間のイオン相互作用係数、ε_T(HSeO₄¯, Na⁺)、を求めるために中性種を還元体とする次の反応を用いた：HSeO₄¯ + 3H⁺ + 2e^- = H₂SeO₃ + H₂O。硝酸溶液中でNa⁺ の重量モル濃度をパラメーターとしてSe(VI)/(IV)の半波電位を測定した。15、25、35および50℃の温度で実施した。HSeO₄¯/H₂SeO₃の標準電極電位、E_{HSeO4¯/H2SeO3}(T,0)、およびε_T(HSeO₄¯, Na⁺)を各温度において算出するのに、特異イオン相互作用モデル(SIT)を用いた。E_{HSeO4¯/H2SeO3}(T,0) の温度依存性から次のモルエントロピー変化を得た。Δ_rS⁰m /2F = -0.3±0.3mV℃^-1。ε_T(HSeO₄¯, Na⁺)の25℃における値は0.29±0.04 kg mole^-1であった。

Occurrence and potential activity of denitrifiers and methanogens in groundwater at 140m depth in Pliocene diatomaceous mudstone of northern Japan

嫌気性微生物活性は地下環境に影響を与える。本研究では140mの深度の2つのボアホールから低酸素濃度の地下水を採取し脱窒菌とメタン生成菌の活性について調査した。脱窒菌活性は15Nをトレーサとしてボアホール環境にて測定し、メタン生成菌については16S rRNAの遺伝子解析により存在を確認した。メタンの安定同位体の分析値から溶存メタンは微生物活用由来であることが分かったが、本メタン生成菌の培養中には発生が確認できなかった。地下140m深の地下水中には酸素が含まれておらず、Ehが-144から6.8mVを示し、脱窒菌の活性が有意な環境であることが分かった。

REDUCTION OF SELENITE BY BIOFILM OF AN IRON-REDUCING BACTERIUM

鉄還元菌により形成されたバイオフィルム(Shewanella putrefaciens)における亜セレン酸の還元挙動について調べた。カバーガラス上にバイオフィルムを形成させたのち、亜セレン酸を含む溶液と接触させ、嫌気条件で静置培養したところ、バイオフィルム上に赤褐色の沈殿が生じた。沈殿をX線蛍光分光法で分析したところ、単体セレンの沈殿であることがわかった。

Construction of Microbial Kinetics Database for PA of HLW disposal

地下における微生物活性による地下水組成や放射性核種の化学種の変化を評価することが高レベル放射性廃棄物の性能評価における微生物影響を予測する最初の課題である。本報告では、重要な微生物反応と微生物活性を評価するためのデータベースを構築した。

Diffusion Modeling in Compacted Bentonite Based on Modified Gouy-Chapman Model

圧縮ベントナイト中の核種の収着と拡散現象の定量評価のために、統合収着・拡散モデル（ISDモデル）の開発を進めてきた。平均化された狭隘間隙と電気二重層理論を仮定したISDモデルは、多様な環境条件での1価の陽イオン/陰イオンの拡散データを定量的に説明可能である。しかし、多価の陽イオン、陰イオンや複雑な化学種に対して、系統的な差異が認められていた。本研究では、排除体積効果および誘電飽和効果を現状のISDモデルに取り入れ、拡張Poisson-Boltzmann方程式の数値解析評価を試みた。表面近傍におけるイオン濃度分布は影響されるものの、間隙全体でみるとその効果は打ち消され、結果として、これらの改良モデルの実効拡散係数への影響はいずれも小さかった。一方で、有効電荷をもつ水和イオンとしての拡散を仮定したモデルでは、拡散データは良好に再現される結果となった。

Development of simplified biofilm sorption and diffusion experiment method using bacillus sp. isolated from Horonobe Underground Research Laboratory

近年、地下微生物のバイオフィルムが岩盤への吸着能力に大きな影響を及ぼすことが明らかとなってきた。しかしながら、バイオフィルムが放射性核種の移行遅延を阻害するかどうかは明らかとなっていない。この問題を解決するため、定量的な収着や拡散などの物理化学的パラメータについての研究が必要となる。そこで、本研究では簡易的なバイオフィルムへの核種の収着や拡散試験手法を構築した。共焦点レーザ顕微鏡によるバイオフィルムの観察の結果、バイオフィルムの大部分は鎖状のBacillus属細菌により構築されており、その隙間を細胞外マトリックスが覆っている様子が見られた。これは明らかに浮遊菌体状のBacillus属細菌とは異なる様子であった。得られた銅イオンの収着分配は溶液濃度が0.074mmol/Lより高い場合には約100ml/g（湿潤重量）となった。さらにTD法によって求めた実効拡散係数は1.1×10^-10（m²/s)であった。これらの結果から、この方法を用いて比較的容易にバイオフィルムの収着・拡散係数を求めることが可能となると考えられる。

BOUNDING ANALYSIS OF UPLIFT AND EROSION SCENARIO FOR AN HLW REPOSITORY

我が国において隆起・侵食は、不回避な天然現象の一つとしてシナリオで考慮する必要がある。また、現時点では評価時間のCut-offが定められていないため、超長期の影響も含めた隆起・侵食シナリオに対する評価の信頼性向上が求められている。このため、本研究では、我が国の地質・地形的特徴を考慮したより現実的な評価モデルを設定し、隆起と河川侵食を考慮した安全評価を実施した。さらに、仮想的な線量基準を満たすパラメータの組み合わせを把握するために、隆起・侵食速度および透水量係数に着目したBounding解析を実施した。その結果、本解析条件のもとでは、余裕深度処分の安全評価基本シナリオへの線量目安値（10μSv/y）を満たすパラメータの組み合わせは見いだせなかったものの、すべてのケースにおいて、変動ケースの目安値である300μSv/yを下回った。さらに詳細分析から、EBSからの放出を加速させても、母岩の安全機能により、核種が処分場近傍に留まることが示された。この結果、隆起・侵食の影響は、原則的に適切なサイト選定と設計によって回避されるべきであり、処分場が地下深部に留まっている間の核種の減衰を期待するしかないことが再確認された。

Input of iron corrosion studies to the Japanese safety case - Corroborative evidence by using iron-based archaeological artifacts to long term stability of the overpack -

地中における金属の長期腐食を傍証するために、金属ナチュラルアナログ研究として遺跡から出土した腐食した金属製品を用いた研究は有効である。JAEAではX線CTやXRDを用いて腐食量や腐食物質の化学組成について測定している。腐食環境を考慮して腐食データを分類し処分環境に適した事例を抽出した。

Groundwater dating applied for geological disposal of radioactive waste - A review of methods employed worldwide -

放射性廃棄物の地層処分および関連する研究開発において、地質環境調査の一環として実施される地下水の年代測定手法についてレビューを行なった。対象としたプロジェクトは、日本、フィンランド、スウェーデン、ベルギー、イギリス、ドイツ、フランス、スイス、カナダおよびアメリカで実施されているプロジェクトである。調査対象の岩種は、花崗岩、石灰岩、岩塩などであり、それらの岩盤中を流動する地下水の年代測定事例を収集した。年代測定にあたっては、単一の物質や核種を利用せず、複数の手法を組み合わせ、比較しつつ考察することが重要であることが示唆される。

地下坑道での調査データに基づく坑道周辺領域における水理地質構造モデルの構築（その1）

日本原子力研究開発機構は、岐阜県瑞浪市において地層処分技術に関する研究開発の一環として、超深地層研究所計画を進めており、結晶質岩における深部地質環境の調査・解析・評価技術の基盤の整備を目的の一つとして調査研究を実施している。本研究では、結晶質岩中の物質移動特性評価を行ううえで重要となるパラメータの抽出を目的として、原位置調査データに基づく研究坑道周辺領域（100mスケール）の水理地質構造モデルの構築、地下水流動解析、および粒子追跡解析を実施している。本稿では、地下坑道から取得したデータに基づき亀裂ネットワークモデルを構築した。さらに、調査データの解釈の違いが亀裂ネットワークモデル構築のためのパラメータに与える影響について検討を行った。

地層処分におけるグラウト技術の高度化開発 —グラウト材料の浸透特性の改善—

地層処分施設では、地下深部の坑道の掘削・施工時にグラウトが必要不可欠と考えられ、高水圧環境下で、湧水量の制限が厳しく、かつ長期的な岩盤変質への影響を最小限に抑えることが要求されている。日本原子力研究開発機構では、低アルカリ性（pH≦11）のグラウト材料として、低アルカリ性セメント、超微粒子球状シリカ、溶液型の3種類のグラウト材料を開発し、その技術の改良・高度化を行ってきた。本稿では、室内試験結果等に基づく各材料ごとの浸透特性改善策についての検討結果と、これに基づいて推定した浸透可能な亀裂開口幅の見直し結果について報告する。

地下空洞周辺岩盤内の不飽和領域解析手法に関する提案 —岩石の不飽和浸透パラメータと空洞壁面境界条件の設定方法—

放射性廃棄物の地層処分や液化石油ガスの地下貯蔵においては、地下空洞周辺岩盤内の不飽和領域の把握やその適切な管理が要求される。岩盤内不飽和領域の把握や管理に際しては岩盤内の浸透流解析が必要で、この解析では岩盤の不飽和特性の設定、掘削状況に応じた空洞壁面への適切な境界条件の設定という二つの課題が存在する。著者らは岩盤の不飽和特性の測定方法として土壌に対する方法を応用し、水分特性曲線および比透水係数の測定方法を考案、また、浸透流解析の境界条件設定に関しては、固定水位境界と固定流量境界を合わせたハイブリッド境界を考案した。考案した測定方法を室内試験に適用、ハイブリッド境界条件を仮想モデルに対して適用し、これらの適用性を確認するとともに、地下空洞周辺岩盤内の不飽和領域の評価解析手法を提示した。

北海道幌延地域に分布する堆積岩中のU, Thおよび微量元素の存在形態

北海道幌延町において掘削したボーリング孔（HDB-6孔）から得られた岩石試料を用いて、断層部における希土類元素の存在形態を推測した。その結果、UやThは主に硫酸塩態として、希土類元素は主に珪酸塩態として断層部に存在していることが確認された。

幌延深地層研究所

幌延深地層研究計画は、原子力発電で使われた燃料を再処理した際に生じる高レベル放射性廃棄物の地層処分に関わる技術的信頼性の向上のために、日本の代表的な地下深部環境の1つである堆積岩かつ塩水系地下水を対象として、原子力機構が実施する研究施設計画である。同計画では、「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つの研究段階を20年程度で進める。計画において整備される地下施設は、深度500mの3本の立坑（換気立坑1本（内径4.5m）、アクセス立坑2本（内径6.5m))とそれらを結ぶ4つの深度（深度140m、250m、350mおよび500m）での調査坑道からなる。地下施設の建設における特徴的な施工および維持管理として、地下施設工事に伴う湧水の抑制対策、地下水の湧出に伴うメタンガスを主成分とする可燃性ガスの対策、堆積軟岩中での大深度立坑の施工の3つが挙げられる。この地下施設は、研究開発を進めていく施設であるとともに、非専門家を含む幅広い人々に地層処分に関する研究開発の理解を深めていただく場としての意義を有している。

Estimation of In-situ Groundwater Conditions Based on Geochemical Equilibrium Simulations

原位置地下水の化学条件（pH、酸化還元電位）について、地球化学計算コードPHREEQCを用いた推測手法の検討を行った。その結果、数種類の鉱物と地下水の溶存成分の平衡状態を仮定することで、原位置地下水の化学条件を説明可能であることが示された。また、同様の手法を用いて、原位置の測定を行っていない地点についても、化学条件を推定する手法を構築することができた。

Sorption of Eu(�V) on Granite: EPMA, LA-ICP-MS, Batch and Modeling Studies

Eu(�V)の花崗岩への収着について、巨視的、微視的な手法を組み合わせた研究を行った。花崗岩の薄片と10μMのEu(�V)溶液とを反応させ、EPMAおよびLA-ICP-MSにより分析した。その結果、多くの黒雲母粒子では、最大で6wt.％までEuが増加した。黒雲母中でEuが付加された部分ではKが減少しており、黒雲母へのEuの収着様式は層間の陽イオン交換反応であることが示唆される。また、花崗岩および黒雲母の紛体を利用したEu(�V)のバッチ収着試験を実施した。この試験により得られた黒雲母に対するEu(�V)の巨視的な収着挙動は、花崗岩に対する収着挙動と一致した。得られた収着エッジはシングルサイトの陽イオン交換反応を考慮したモデルにより、合理的に再現することが可能である。以上のことから、花崗岩は複雑な鉱物の集合体であるが、巨視的および微視的な手法を組み合わせることによって、複雑な鉱物集合体全体を代表する一つの基本となる収着反応を明らかにすることができた。

Calcium and Magnesium-bearing Sabugalite from the Tono Uranium Deposit, Central Japan

ウラン鉱床の酸化帯では様々なウラン二次鉱物が産出する。これらの二次鉱物の生成プロセスや生成環境を明らかにすることによって、地表近傍の酸化帯におけるウランの移行や遅延挙動の解明に貢献できる。我が国最大のウラン鉱床地帯である東濃地域では、燐灰ウラン石、燐バリウムウラン石、燐ウラニル石、燐銅ウラン石などの多様な二次鉱物が報告されているが、それぞれの生成プロセスや生成環境については明らかにされていない。そこで、東濃地科学センターに保管されている鉱石試料のX線回折および化学組成分析を行った。その結果、東濃ウラン鉱床の酸化帯の礫岩中から、燐灰ウラン石の一種であるサブガライトが同定された。この鉱物は、陽イオンとしてカルシウムとマグネシウムを含んでおり、水素イオンの代わりにアルカリ土類もしくはアルカリ元素が取り込まれたことを示す。このことは、地表近傍の環境では、リン酸濃度が高い場合には、ウランの溶解度は低いため、様々な元素を取り込みながらリン酸塩鉱物として保持されることを示す。

Elasto-Plastic and Fracture Modeling of Concretes for Determining the Mechanical Behaviour of the Plug in the GAST Project

GAST(Gas-Permeable Seal Test)は、スイスのグリムゼル岩盤試験場で実施されている埋め戻し材における冠水中の水の移動や閉鎖後のガス移行に関する実規模でのデモンストレーション試験である。本報告書は、有限差分法での力学解析に基づくGASTにおけるコンクリートプラグおよび岩盤の力学状態についてのモデリングと原位置試験環境下で予想されるプラグと岩盤の力学挙動を述べている。その結果、圧縮アーチが全ての圧力ステップで生じ、プラグの力学的安定性を保持する上で重要な役割を果たすこと、圧縮アーチによる岩盤やプラグの圧縮および岩盤とプラグの境界面の閉塞によって遮蔽能力を高める効果が期待できること、試験中に生じるプラグの圧縮応力は材料強度を大きく下回っており、全ての圧力ステップにおいて力学的な安定性が保持されうることなどがわかった。また、プラグに設置されている変位や微小破壊音などのモニタリング結果の妥当性確認のために、プラグに蓄積される弾性エネルギーや引張破壊によって解放される塑性エネルギーなどを求めた。

A study of the regional stress and the stress state in the galleries of the Horonobe Underground Research Laboratory

高レベル放射性廃棄物の地層処分において、地圧は支保設計や処分場レイアウトを決定するための重要な情報となる。そのため、本研究では、幌延深地層研究所周辺の広域地圧場を把握し、さらに研究所の坑道で地圧を測定し、掘削による地圧状態の変化を把握することを目的とした。研究所周辺のボーリング孔および坑道内にて水圧破砕試験およびボアホールテレビューアー検層によるボアホールブレイクアウトの形状の観察が行われた。それらの結果を用いて、幌延深地層研究所周辺の地圧状態を検討した。結果として、ボーリング孔で計測された地圧値は、深度とともに増加する傾向が見られ、最大水平応力の方向は、研究所周辺に存在する断層を境に異なることがわかった。さらに、坑道で計測された地圧値は、ボーリング孔で計測された値よりも小さく、最大水平応力の方向は測定深度により異なる結果となった。このことから、坑道での地圧の測定は、地層処分分野において、掘削前に決定した処分場レイアウトを再検討するために重要であることが示唆された。

In situ stress measurement in the Mizunami Underground Research Laboratory, Japan

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に関する研究開発の一環として、岩盤応力に関する研究を実施している。主な事項としては、1,000mボーリング孔における水圧破砕法、坑道から掘削したボーリング孔における応力解放法、数値解析による広域応力場を推定する方法の開発である。本報告では、高剛性システムを用いた水圧破砕法の適用による最大主応力値の評価、深度200mの坑道から掘削した湧水を伴うボーリング孔における円錐孔底ひずみ法の結果と発生したコアディスキングの評価、初期応力の実測結果を入力値として逆解析により広域応力場を推定する手法を開発した結果を紹介する。

Excavation analysis using crack tensor theory at the Mizunami Underground Research Laboratory, Japan

本報では、瑞浪超深地層研究所の研究坑道掘削時の変形挙動予測および第1段階の解析結果の検証のために等価連続体解析の一種であるクラックテンソル（岩盤中の割れ目の密度、大きさ、方向などの幾何学特性を表現するテンソル）理論を用いたモデル化方法や解析結果について記した。対象深度のクラックテンソルの推定のために、各深度のボーリングデータおよび壁面観察による割れ目の統計量の関係性から、各深度のクラックテンソルのトレース（割れ目の密度とトレース長から算出される岩盤の剛性に対応するパラメータ）の比率やテンソルの変換マトリクスを求めた。推定の結果、第1段階でモデル化した解析結果と比較して、岩盤のヤング率の低減と支保工の応力の増加が認められた。研究坑道掘削時の調査により、地表からの調査で捉えることが難しかった高角度割れ目の情報を追加したことによりモデルが改善された。今後、瑞浪超深地層研究所の研究坑道を利用した研究段階においてモデル化および解析結果の検証を実施する。

Development of Site Characterization Technologies for Crystalline Rocks at Mizunami Underground Research Laboratory (MIU) - Surface-based Investigation Phase -

日本原子力研究開発機構東濃地科学センターでは、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。現在は、第2段階および第3段階の調査研究を進めているところである。本論文では第1段階調査研究成果のうち、地下水の地球化学特性に関する調査研究の成果を取りまとめた。

Application of differential strain curve analysis to the Toki Granite for in situ stress determination at the Mizunami underground research laboratory, Japan

DSCA法は、微小亀裂分布と初期応力を幾つかの仮定のもと関連付けて、評価する応力評価法の一種である。この手法は大規模な原位置試験を必要とせず、試験・解析方法ともに簡便であるが、実際の地質環境への適用事例は少なく、その有効性や適用可能性についての議論は十分ではない。本論文では、結晶質岩に対するDSCA法の適用性の検討と超深地層研究所周辺の応力状態の把握のために、地上および坑道内部から採取した岩石を用い、DSCA試験を行った。試験結果の検証のために、水圧破砕試験結果や地殻歪などで示唆される広域応力と比較した。DSCA試験で得られた最大主応力は北から西の範囲に分布し、水圧破砕試験結果や広域応力と調和的だった。主応力比については、断層部を除いて、深度の増加とともに低下し、初期応力の一般的な傾向および水圧破砕試験結果に近かった。この結果から、結晶質岩に対するDSCA法の適用は初期応力測定結果の補完として有効であると考えられた。

岐阜県中津川市加子母地区長洞における阿寺断層帯中部の活動時期

本研究では、阿寺断層帯中部において活断層の露頭を確認し、詳細記載および東濃地科学センターにおいて放射性炭素年代測定を行った。その結果、同地点では、およそ3,500〜4,800年前（イベント2）、E層堆積中（イベント3）およびおよそ3,000年前以降（イベント1）の3つの古地震イベントが発生した可能性を指摘した。ただし、イベント1については、イベント3と同時期であった可能性もある。また、E層堆積中に古地震イベントが認められることから、同地点では少なくともM2面構成層の堆積時（約5万年前）より継続的に断層運動があったことが推定される。

地殻変動の一様継続性と将来予測　地層処分の安全評価の視点から

地層処分の安全評価では、評価期間が長期になるにつれて地質学的現象といった外的要因の発生に伴い不確実性が増大する。そのため、評価期間の設定に際しては、これらの外的要因の予測の信頼性を予め検討しておくことが不可欠である（総合資源エネルギー調査会、2003）。地層処分で考慮すべき地質学的現象のように変化が遅く、永続性がある現象には、外挿法による長期的な予測が有効と考えられている。外挿法による予測が可能な期間については、過去から現在までの変動傾向や速度がどの程度継続していたかを把握することが重要となるが、これまでに得られている様々な地形・地質学的情報によると、日本列島の多くの地域では概ね中期更新世以降と考えられている。外挿法のような時系列解析モデルを用いた予測では、一般に過去の期間（N）に成り立っていた関係性（定常性）は、0.1N〜0.2N程度であればそれが継続する確率が高いと考えられている。そのため、地質学的現象について信頼性の高い予測が行える期間は、将来10万年程度と考えるのが妥当である。

根ノ上高原に分布する土岐砂礫層のテフラ層序 —石英中のガラス包有物の主成分化学組成を用いた広域テフラの対比—

火山灰を年代指標とした編年は、放射年代測定のように誤差を伴わないため、地層処分の観点から重要となる新第三紀と第四紀の年代区分を一義的に行える利点を有しているが、これらの時代の火山灰は、著しい風化のために火山灰対比に一般的に用いられる屈折率測定などが適用できないことが多い。そこで、本研究では、風化に強い石英などの鉱物中に含まれるガラス包有物の主成分化学組成を用いて、火山灰対比の事例研究を屏風山断層周辺の土岐砂礫層において行った。その結果、土岐砂礫層の中部の細粒土層にはガラス包有物を含む火山灰起源の石英が含まれ、そのガラス包有物の主成分化学組成から南谷�T火山灰であることが判明したとともに、本手法の有効性が明らかになった。

Release of mantle and crustal helium from a fault following an inland earthquake

断層から放出されるガスの同位体組成を指標に、地形判読では不明瞭な活断層の位置を特定するための調査技術の開発を進めている。今回はこれらの技術開発の一環として、2011年6月30日に発生した長野県中部の地震（M5.4）の震源域周辺において、地下水の溶存ガスや温泉の遊離ガスの採取を行い、希ガス同位体の測定を行った。その結果、地震を引き起こした牛伏寺断層に沿って高い³He/⁴He比が観測された。また、地震発生前に比べて断層近傍ではマントル起源ヘリウムが、断層から離れた地域では地殻起源ヘリウムの含有量が増加する傾向が認められる。

Three-dimensional magnetotelluric inversion using a heterogeneous smoothness-constrained least-squares method

将来の地層処分システムに重大な影響を及ぼす可能性がある現象の潜在的なリスクを排除するためには、地表からの調査の段階において、地下深部における震源断層などの存否や構造をあらかじめ確認しておくための調査技術が必要となる。本研究では、震源断層などの地殻内の物性境界を適切に推定可能な三次元MTインバージョン法を構築するため、インバージョンにおいて平滑化拘束条件として用いるラプラシアン・フィルタ行列の各要素を反復計算の過程で修正するアルゴリズムを考案し、これを組み込んだ三次元インバージョン法を開発した。さらに、地下深部の物性境界の検出に対し、本手法が従来のインバージョン法に比して有効であることを数値テストにより示した。

Constraining the timing of brittle deformation and faulting in the Toki granite, central Japan

断層帯の形成について時間的制約を与えることは、構造発達史を理解する上で重要である。土岐花崗岩の断層ガウジに含まれる粘土鉱物のイライトを対象に、粒度ごとにK-Ar年代測定を実施した。その結果、より細粒の試料でより新しい年代値が得られ、細粒の試料には自生の結晶がより多く含まれていることが示唆された。0.1μm未満の粒子の年代値は42.7〜46.5Maを示しており、母岩の冷却史におけるイライトの安定領域と脆性破壊の温度領域とに一致する結果が得られた。

Radiocarbon Dating of Pyroclastic Flows in Central Part of Kuju Volcano, Kyushu, Japan

九重火山は、20座以上の溶岩ドームと火砕丘からなる。飯田火砕流の噴火は、約12ｋｍ³で、過去10万年間で最大である。Kamata and Kobayashi(1997)は、約30cal kBPの姶良Tn火山灰より上位のテフラ層序を確立し、降下テフラの放射性炭素年代を用いて噴火史を編んだ。しかし、山地でのテフラ層の保存が困難なため、溶岩の層位は不明確であった。奥野ほか（準備中）は、沓掛山、星生山、扇ケ鼻に約50〜60ka、肥前ケ城に30kaの熱ルミネッセンス（TL）年代を得た。我々は、九州九重火山中西部の噴火史を詳しく知るため、AMS放射性炭素年代を報告する。放射性炭素年代は、JAEAの施設供用制度のもと加速器質量分析装置(JAEA-AMS-TONO)で測定した。九重火山南麓の火砕流の¹⁴C年代は、白丹火砕流で48kBPと41kBP、室火砕流で31〜34kBPであり、上記の溶岩のTL年代と対比できる。また、これらの噴火活動は、飯田火砕流の噴火（約53kBP)から休止期間をあまり置かずに起こった。