高レベル放射性廃棄物の地層処分研究開発

ドイツにおける高レベル放射性廃棄物の地層処分方策およびサイト選定手続が地層処分施設の立地受容に与える効果

本研究では、ドイツを例として高レベル放射性廃棄物(HLW)政策及びサイト選定手続が地層処分施設の立地受容に与える影響について調査を行った。調査は、2018年、インターネット調査会社を介してドイツの調査会社のモニターから16州を人口構成比で割付募集し、1,000名に達した時点で調査を終了した。本研究では、地層処分政策、サイト選定手続及び立地受容の3つのステップの社会的受容を想定した。また、地層処分政策、サイト選定手続に関しては、自ら受容する状態と国民が合意している状態を想定した。その結果、サイト選定手続きの国民合意が唯一HLW地層処分施設の立地受容に直接影響を与える一方で、地層処分政策の受容および国民合意は、サイト選定手続の国民合意に影響を与えていた。また、地層処分政策の受容及びサイト選定手続きの受容は手続き的公正および人的公正に影響を与える一方で、地層処分政策の国民合意及びサイト選定手続きの国民合意、並びにサイト選定手続の受容は分配的公正に影響を与えていた。

オールジャパンでとりくむ地層処分のいま　第3回　処分場の設計と工学技術（その1）

本稿は、日本原子力学会誌の連載講座「オールジャパンでとりくむ地層処分のいま」の第3回であり、処分場の設計の基本的な考え方や、設計と建設・操業のための技術開発のうち、人工バリアに関する取組みの現状について紹介するものである。

瑞浪超深地層研究所におけるリスク・コミュニケーションに向けた取り組み

日本原子力研究開発機構・東濃地科学センターでは、国民の皆様の地層処分技術に関する研究開発および地層処分の理解を深めることを目的に、瑞浪超深地層研究所の地下研究施設および地上施設の見学を実施してきた。本稿では、今後の地層処分のリスク・コミュニケーションに活かすことを目指し、これらの施設の見学後に実施しているアンケート調査の2010～2019年度(2016年度を除く)の結果を分析した。その結果は、地層処分を少しでも知っていた人は、瑞浪超深地層研究所の見学により、地層処分の適切さをポジティブに評価した可能性があるなど、本施設の見学が地層処分の理解にとって貴重な体験になっていることを示唆している。また、地層処分の安全性についてネガティブに評価する人は原子力や立地選定に関心が高いことが示唆される一方で、地層処分の安全性についてポジティブに評価する人は国民の理解にも関心が高いことを示唆している。また、地層処分の安全性に関しポジティブ、ネガティブに評価する人はともに、将来の長期の安全性について技術的課題と感じる傾向がある。

地層処分の工学技術と性能評価

本講演では、地層処分の研究開発分野のうち、地層処分の工学技術および性能評価についての研究開発の概要を最近の研究事例も交えて解説する。

X線CT測定による膨潤圧試験中のベントナイトの吸水圧縮挙動の観察

放射性廃棄物の地層処分施設の緩衝材への利用が検討されているベントナイトの膨潤特性を把握するため、これまでに数多くの膨潤圧試験が実施されてきた。本研究では、膨潤圧試験でしばしば観測される飽和に至るまでの過程で一度膨潤圧が低下する現象の原因を明らかにするため、X線CT測定による膨潤圧試験中の供試体内部の観察により、膨潤圧の経時変化と供試体の状態変遷の関係の把握を行った。その結果、膨潤圧が一度低下する期間において、供試体内部で吸水圧縮挙動が生じていることが観測され、これにより膨潤圧が低下したものと推測された。さらに、複数の異なる荷重条件に対して膨潤変形試験を実施した結果、膨潤圧と同等からやや小さい荷重条件においても、飽和に至る過程で圧縮挙動が生じることが確認された。これらの試験データは、再冠水時の処分施設の力学的な状態変遷を評価するための連成解析コードの検証のためのデータとしての活用が期待される。

Reaction and alteration of mudstone with cement leachates; Flow experiments and reactive-transport modelling

The construction of a repository for geological disposal of radioactive waste will include the use of cement-based materials. Following closure, groundwater will saturate the repository and the extensive use of cement will result in the development of a highly alkaline porewater, pH > 12.5. This fluid will migrate into and react with the host rock. The chemistry of the fluid will evolve over time, initially high [Na] and [K], evolving to a Ca-rich fluid and finally returning to the groundwater composition. This evolving chemistry will affect the long-term performance of the repository altering the physical and chemical properties, including radionuclide behaviour. Understanding these changes forms the basis for predicting the long-term evolution of the repository. This study focused on the determination of the nature and extent of the chemical reaction; the formation and persistence of secondary mineral phases within an argillaceous mudstone, comparing both data from sequential flow experiments with the results of reactive transport modeling. The reaction of the mudstone with the cement leachates resulted in small changes in pH but the precipitation of calcium aluminium silicate hydrate (C-A-S-H) phases of varying compositions. With the change to the groundwater secondary C-(A-)S-H phases re-dissolved being replaced by secondary carbonates. This general sequence was successfully simulated by the reactive transport model simulations.

Evaluation report of Task 9C based on comparisons and analyses of modelling results for the ONKALO REPRO-TDE experiment

Task 9C of the SKB Task Force on Modelling of Groundwater Flow and Transport of Solutes (Task Force GWFTS) was the third subtask within Task 9 and focused on (1) predictive and (2) back-analysis modelling of experimental results from the REPRO-TDE in situ diffusion experiment. The test was performed at a depth of about 400 m in the ONKALO underground research facility in Finland. Synthetic groundwater containing radionuclide tracers (HTO, Cl-36, Na-22, Ba-133, Cs-134) was circulated for about four years in a packed-off interval of the so-called injection borehole. Tracer activities were additionally monitored in two observation boreholes arranged as a right-angled triangle and located at about 0.1 m wall-to-wall from the injection borehole. Eleven modelling teams participated in the modelling exercise, using different model concepts and approaches. Three main types of models were applied: (1) An analytical solution to the diffusion-retention equations, (2) continuum-porous-medium-type numerical models, and (3) microstructure-based models. The predictive model calculations were based on laboratory-based information concerning porosities, diffusion coefficients and sorption partition coefficients available in the task description. Microstructural characterisation of rock samples was also available and used by the teams using microstructure-based models.

Selenide [Se(−II)] Immobilization in Anoxic, Fe(II)-Rich Environments: Coprecipitation and Behavior during Phase Transformations

The radionuclide selenium-79 (Se-79) is predicted to be a key contributor to the long-term radiologic hazards associated with geological high-level waste (HLW) repositories, hence its release is of pertinent concern in the safety assessment of repositories. In this study, we examined the immobilization mechanisms of Se(-II)-prevalent under anoxic and reducing repository conditions-during interaction with aqueous Fe(II) and freshly precipitated Fe(OH)₂ at circumneutral and alkaline conditions, respectively, its response to changes in pH, and its behavior during aging at 90℃. Using microscopic and spectroscopic techniques, we observed that Se(-II) was readily immobilized via iron selenide precipitation regardless of whether Se(-II) reacts with aqueous species or solid phases and that modifying the pH following initial immobilization did not immediately remobilize Se(-II). These observations indicate that Se(-II) migration beyond the overpack can be effectively and rapidly retarded via interaction with Fe(II) species arising from overpack corrosion. Thermodynamic calculations, however, showed that at alkaline conditions, iron selenides immediately became metastable and will likely dissolve in the long term. Aging experiments at 90℃ showed that Se(-II) can be completely retained via the crystallization of ferroselite at circumneutral conditions, while it will be largely remobilized at alkaline conditions. Our results show that Se(-II) mobility can be significantly influenced by its interactions with the corrosion products of the steel overpack and that these behaviors will have to be considered in repository safety assessments.

A Scaling Approach for Retention Properties of Crystalline Rock: Case Study of the In-Situ Long-Term Sorption and Diffusion Experiment (LTDE-SD) at the Äspö Hard Rock Laboratory in Sweden

本論文では、エスポ岩盤研究所で実施された原位置長期収着・拡散試験（LTDE-SD)のデータセットを用いて、収着及び拡散パラメータを実験室から原位置条件へと条件交換する手法を構築した。亀裂表面と岩石マトリクスの表面近傍の不均質性は、表面近傍での高い間隙率、拡散及び収着特性と、その段階的な変化を仮定した概念モデルによって評価された。非収着性のCl-36と低収着性のNa-22のモデル化結果によって、表面近傍の5mmの擾乱領域における間隙率と拡散係数の変化を考慮した概念モデルの妥当性が確認された。また、これらの陽イオンと陰イオンの拡散係数は、典型的な陽イオン加速と陰イオン排除の傾向を示した。一方で、収着メカニズムの異なる高収着性トレーサー(Cs-137, Ra-226, Ni-63, Np-237)のモデル化結果から、粒径サイズと収着分配係数との相関関係と、その表面近傍の擾乱との関係から条件変換する手法の有効性が確認された。

Evolution of the Reaction and Alteration of Mudstone with Ordinary Portland Cement Leachates: Sequential Flow Experiments and Reactive-Transport Modelling

The construction of a repository for geological disposal of radioactive waste will include the use of cement-based materials. Following closure, groundwater will saturate the repository and the extensive use of cement will result in the development of a highly alkaline porewater, pH>12.5. This fluid will migrate into and react with the host rock. The chemistry of the fluid will evolve over time, initially high [Na] and [K], evolving to a Ca-rich fluid and finally returning to the groundwater composition. This evolving chemistry will affect the long-term performance of the repository altering the physical and chemical properties, including radionuclide behaviour. Understanding these changes forms the basis for predicting the long-term evolution of the repository. This study focused on the determination of the nature and extent of the chemical reaction; the formation and persistence of secondary mineral phases within an argillaceous mudstone, comparing both data from sequential flow experiments with the results of reactive transport modeling. The reaction of the mudstone with the cement leachates resulted in small changes in pH but the precipitation of calcium aluminium silicate hydrate (C-A-S-H) phases of varying compositions. With the change to the groundwater secondary C-(A-)S-H phases re-dissolved being replaced by secondary carbonates. This general sequence was successfully simulated by the reactive transport model simulations.

Evaluation report of Task 9B based on comparisons and analyses of modelling results for the Aspo HRL LTDE-SD experiments
Task 9 of SKB Task Force GWFTS – Increasing the realism in solute transport modelling based on the field experiments REPRO and LTDE-SD

亀裂性岩石中の地下水流動と物質移行のモデル化に関するSKBタスクフォースにおけるTask 9Bは、スウェーデンのエスポ岩盤研究所で実施された原位置長期収着・拡散試験(LTDE-SD)の試験結果のモデル化に焦点をあてたものである。10のモデリングチームによって、異なるモデル概念やコードを用いたモデル化が実施された。モデル化のアプローチは、(1)拡散方程式の解析解、(2)連続多孔質媒体中の数値計算モデル、(3)微細な不均質性（鉱物粒界、微細亀裂の分布等）を考慮した微細構造モデルの大きく3種に分類できる。異なるチームによるモデル化結果から、岩石や亀裂の表面の擾乱影響を含む岩石特性の不均質な分布、微細な亀裂の効果など、様々な異なるモデル概念の比較・評価がなされた。

Patterns of Gene Content and Co-occurrence Constrain the Evolutionary Path toward Animal Association in Candidate Phyla Radiation Bacteria

Candidate Phyla Radiation (CPR) bacteria are small, likely episymbiotic organisms found across Earth's ecosystems. Despite their prevalence, the distribution of CPR lineages across habitats and the genomic signatures of transitions amongst these habitats remain unclear. Hear, we expand the genome inventory for Absconditabacteria (SR1), Gracilibacteria, and Saccharibacteria (TM7), CPR bacteria known to occur in both animal-associated and environmental microbiomes, and investigate variation in gene content with habitat of origin. By overlaying phylogeny with habitat information, we show that bacteria from these three lineages have undergone multiple transitions from environmental habitats into animal microbiomes. Based on co-occurrence analyses of hundreds of metagenomes, we extend the prior suggestion that certain TM7 have broad bacterial host ranges and constrain possible host relationships for SR1 and Gracilibacteria. Full-proteome analyses show that animal-associated TM7 have smaller gene repertoires than their environmental counterparts and are enriched in numerous protein families, including those likely functioning in amino acid metabolism, phage defense, and detoxification of peroxide. In contrast, some freshwater TM7 encode a putative rhodopsin. For protein families exhibiting the clearest patterns of differential habitat distribution, we compared protein and species phylogenies to estimate the incidence of lateral gene transfer and genomic loss occurring over the species tree. These analyses suggest that habitat transitions were likely not accompanied by large transfer or loss events, but rather were associated with continuous proteome remodeling. Thus, we speculate that CPR habitat transitions were driven largely by availability of suitable host taxa, and were reinforced by acquisition and loss of some capacities.

Effect of interlayer cations on montmorillonite swelling: Comparison between molecular dynamic simulations and experiments

This study investigated swelling behaviors of montmorillonite with interlayer cations including monovalent Na, K and Cs, and divalent Ca and Sr by molecular dynamics simulations and experimental measurements coupling X-ray diffraction and water vapor adsorption. The comparative analysis provides a consistent picture of the swelling mechanisms of montmorillonite and their dependence on the interlayer cations. From comparative analysis of the effects of the interlayer cations, the main factor affecting the swelling behaviors of montmorillonite with monovalent and divalent interlayer cations seems to be the hydration free energy of the interlayer cations. The crystalline swelling ability and the saturated water contents in the interlayer of montmorillonite can be correlated to the hydration free energy of each interlayer cations. The additional key factor is the preference of outer- or inner-sphere complex of interlayer cations and resulting cations distributions in the interlayer space. This effect has a significant impact in the case of monovalent cations, resulting different swelling behaviors between outer-sphere Na and inner-sphere K and Cs.

オールジャパンでとりくむ地層処分のいま,4; 処分場の設計と工学技術(その2)

日本原子力学会バックエンド(BE)部会では、日本における地層処分計画を進めるにあたり、原子力発電環境整備機構(NUMO),研究機関,大学などの関係機関が密に連携して、技術面の整備、必要となる技術基盤を体系的に構築している。BE部会は、地質環境,工学技術,安全評価の各分野における安全確保の考え方などの基本的な部分を含め、処分場建設に向けて進められている技術開発について、最新の知見も含めて紹介し、地層処分の技術開発の現状について総合的に理解を深めていただくための連載講座を開始している。本論文は、工学技術に関する連載講座であり、著者はプラグの部分について主に原子力機構の研究開発成果等を紹介した。

孔壁と載荷板の曲率不一致を考慮したボアホールジャッキ試験による変形係数の評価方法

国内外において、ボアホールジャッキ試験による岩盤の変形係数は、実際の値よりも過小評価される傾向にあることが指摘されている。その要因として、高圧時の載荷板の曲げや孔壁と載荷板の曲率不一致が挙げられている。これらの影響は既に海外で研究され、その補正方法が提案されているが、対象とするボアホール径や試験器は海外規格のものであり、載荷圧も国内で行われる試験に比べて高いレベルを想定している。このため、我が国で岩盤を対象としてボアホールジャッキ試験を行うにあたり、変形係数の適切な評価のための補正方法は未だ存在しない。そこで、本研究では国内で使用される試験器の規格・仕様等を踏まえ、孔壁と載荷板の密着性が低下した場合の変形係数算定における補正方法を提示するものである。

幌延深地層研究センターの東立坑における掘削損傷領域の評価

北海道幌延町に位置する幌延深地層研究センターにおいて、空洞周辺岩盤の水理・力学的挙動モデルを確立するため、深度350m以深の立坑を対象に掘削前から掘削完了後の維持管理期間にわたって光式のAEセンサ・間隙水圧センサ・温度センサを用いて長期計測を実施した。計測結果から、掘削時には壁面1.5m程度までの領域でAEは頻発し、間隙水圧は複数回の顕著な増減現象が生じた。さらに、2～4オーダーの透水係数増大も確認された。また、数値解析から、立坑掘削時の非排水・排水挙動が間隙水圧変化や破壊領域発生に寄与していることを示した。以上の結果を統合して掘削損傷領域を可視化した概念モデルを構築し、地層処分事業における施設設計の妥当性確認等に資する成果として取りまとめた。

大気環境中のメタンと二酸化炭素濃度変化の関係に着目した地下起源ガスの判別

深田地質研究所と東京大学、原子力機構は、共同研究の一環として、地下深部で生成したガス（地下ガス）が断層を通じて地表へ放出されることに着目し、キャビティーリングダウン分光法を用いた可搬型分析装置による大気環境中のメタンや二酸化炭素濃度の時空間変化を迅速に捉えることで、断層の地表分布の調査手法の開発に取り組んでいる。大気環境中のガス濃度の微小変化には、地下ガスのみでなく、動植物や自動車などの複数の放出源の影響が含まれており、測定結果から地下ガス以外による影響を取り除くことで（スクリーニング）、断層の地表分布の推定精度の向上および調査の効率化が期待される。本稿では、各起源ガスの影響調査とスクリーニングの試行例を報告する。自動車の排ガスや人の呼気の影響については、そのほとんどを除外できたが、微生物発酵ガスの影響については、地下ガスとの区別が困難な場合があることが分かった。本共同研究で得られた断層の情報は、令和2年度以降の幌延深地層研究計画において日本原子力研究開発機構（原子力機構）が取り組んでいる課題「地下水の流れが非常に遅い領域を調査・評価する技術の高度化」において地質環境モデルを検討する際に活用できるものである。

瑞浪層群および岩村層群に挟在する凝灰岩の記載岩石学的特徴

東濃ウラン鉱床の周辺に分布する中新統堆積岩類の対比の基礎資料として、瑞浪層群中の14層の凝灰岩および岩村層群中の4層の凝灰岩を対象として、凝灰岩層の記載岩石学的な特徴を記載した。記載項目は、全鉱物組成、重鉱物組成、火山ガラスの形態、火山ガラスおよび斜長石の屈折率である。

Micropores and mass transfer in the formation of myrmekites

本研究は花崗岩体内で広く産出するミルメカイトを研究対象とし、その解析手法と生成に関する知見を提示した。本研究では、瑞浪超深地層研究所周辺に分布する土岐花崗岩体のミルメカイト中に微小孔を見出した。これはミルメカイト生成時に体積が減少していることを示す。その結果から（1）ミルメカイト生成に際して体積変化を考慮した元素移動メカニズム、（2）ミルメカイト化に際して微小孔の生成要因、（3）熱水の化学的特徴の時間的を論じた。微小孔は熱水や地下水の拡散経路となり得るため、将来的な物質移動を考える上でも有用な知見となる。

The highest potential transmissivities of fractures in fault zones: Reference values based on laboratory and in situ hydro-mechanical experimental data

既存の水理力学連成モデルに基づくと、割れ目の透水量係数（T）は、割れ目のラフネス(JRC₀)、初期開口幅(E₀)、有効垂直応力、そして岩石の引張強度と関連付けることができ、E₀はせん断膨張により増加し得る。先行研究により、国内外の6つのサイトのボーリング調査によりフローアノマリとして検出された断層帯中の割れ目のTが平均有効応力を岩石の引張強度で除した値（DI)と一様に相関することが示された。このTのDI依存性が同連成モデルに基づく割れ目の開閉現象で説明できれば、これらのTはあるDI条件下でせん断膨張により上昇し得るTの最大値を表すことになる。本研究はこの可能性を検証するため、上記の割れ目のTと岩石の引張強度、および想定されるJRC₀と有効垂直応力から割れ目のE₀を推定した。そしてこのE₀を基に、割れ目の有効垂直応力のみを変化させた場合のTの変化をシミュレートした。その結果、そのTの変化は上記のDI依存性をよく再現した。今回得られた結果は、断層帯の再活動や隆起を想定した場合、どの程度、断層の透水性が上昇し得るかを推定するのに役立つ。

Quantifying the porosity of crystalline rocks by in situ and laboratory injection methods

The porosity and pore geometry of rock samples from a coherent granodioritic rock body at the Grimsel Test Site in Switzerland was characterised by different methods using injection techniques. Results from in situ and laboratory techniques are compared by applying in situ resin impregnation techniques as well as rock impregnation and mercury injection under laboratory conditions. In situ resin impregnation of the rock matrix shows an interconnected pore network throughout the rock body, providing an important reservoir for pore water and solutes, accessible by diffusion. Porosity and pore connectivity do not vary as a function of distance to brittle shear zones. In situ porosity is about half the porosity value that was determined on rock samples in the laboratory. This could be due to that such samples were affected by artefacts created since core recovery. The extrapolation of laboratory measurements to in situ conditions requires great care and may not be feasible in all cases.

Development of modeling methodology for hydrogeological heterogeneity of the deep fractured granite in Japan

本研究ではMIUの深度500mの坑道を事例として亀裂性岩盤のモデリングの方法論について検討した。その結果、割れ目のトレース長分布の再現性に基づいて、割れ目の地質学的パラメータだけでなく水理学的パラメータも推定することができる割れ目のモデル化手法を開発した。本モデル化手法を適用することで、岩盤が有する割れ目の統計的な特性を精度よく再現できるDiscrete Fracture Network (DFN)モデルを構築することが可能となった。また、割れ目の分布位置や透水性を調査データに基づき修正するコンディショニング手法を適用することで、特定の場所のローカルな割れ目特性の評価が可能であることを実証した。さらに、亀裂性岩盤の水理学的な不均質性をモデル化するために必要な原位置調査と調査データとの関係を明らかにするとともに、日本の地層処分事業に資する有益な知見として、DFNモデルを用いた地下施設建設段階の現場調査とモデリング、処分パネル設計の考え方を提案した。

Genesis and development processes of fractures in granite: petrographic indicators of hydrothermal alteration

本研究は、割れ目の発生と発達の過程を明らかにする目的で、結晶質岩中のラージスケール割れ目と、鉱物の変質と微小空隙の関係を明らかにした。鉱物の変質の程度を定量的に評価するため、黒雲母の緑泥石化に着目し、変質領域と非変質領域の面積比から変質パラメータを定義した。その結果、ラージスケール割れ目の発達する岩石領域では変質パラメータと微小空隙がともに大きくなる傾向を見出した。これらの結果から、変質パラメータが現在と将来の割れ目分布の評価に有効となることを明らかにした。

ジルコンU-Pb年代測定による谷川岳地域に露出する中新世～鮮新世花崗閃緑岩の貫入年代の推定

国内において急激な隆起・削剥を経験してきた地域であると期待される、数Maに形成された若い花崗岩類が露出する谷川岳地域において、貫入年代の決定を目的にU-Pb年代測定を実施した。結果として、白亜紀花崗閃緑岩では109Ma、若い花崗岩類と推察された岩体では3.95Maから3.19Ma(3試料)のU-Pb年代が得られた。これらの年代は先行研究で報告されていた、より閉鎖温度の低い手法であるK-Ar法やジルコンのフィッション・トラック年代と整合的な値であり、本研究で得られたU-Pb年代の方が古い値を示す。したがって、得られたU-Pb年代は若い花崗岩の貫入年代に相当すると解釈でき、最低でも二回に及ぶ複数の貫入イベントによって谷川岳地域の若い花崗岩体が形成された可能性を提示した。

アパタイトフィッション・トラック熱年代学に基づく北上山地の削剥史の推定

東北日本弧前弧域における地質学的時間スケールの詳細な隆起・削剥史の復元のため、北上山地に分布する花崗岩類を対象としたU-Pb年代測定およびアパタイトフィッション・トラック(AFT)熱年代学を適用した。また、東縁に分布する浄土ヶ浜流紋岩について、その熱的影響や活動時期推定のため、U-Pb年代測定を行った。結果として、北上山地に分布する白亜紀花崗岩類2試料について122.7Maと117.3MaのU-Pb年代、および15試料について156.8Maから70.3MaのAFT年代、浄土ヶ浜の流紋岩については44.3MaのU-Pb年代が得られた。先行研究および本研究で得られたAFT年代を総合すると、北上山地の西方に向けて若返る傾向が示唆された。その原因として、火山フロントの移動による浄土ヶ浜の火成活動が考えられるが、本研究で得られたU-Pb年代に比べてAFT年代は有意に古い結果となり、トラックの長さ分布を利用した熱史逆解析の結果も徐冷を示唆していることから、再加熱を積極的に支持する結果は得られなかった。今後は、追加分析によるデータの信頼性の向上や、ESR法などのより閉鎖温度が低い熱年代計などの適用を予定している。

和歌山県田辺市本宮町川湯温泉周辺の露頭の赤外線画像

地下からの高温流体(液体・気体)の継続的な滲出地点は、赤外線画像により簡便に把握できるであろう。このことを、川沿いに自然湧出する川湯温泉の露頭において、赤外線画像と可視光画像が同時に得られるFLIR社製、C5カメラにより確かめた画像を紹介する。川岸や川底から湧出する温泉による露頭や水面の温度上昇、温泉とともに高濃度メタンを含む気体が滲出する割れ目周辺の岩の温度上昇、冬季に川をせき止めて作られる仙人風呂の土手造成により、この割れ目が流体通路として機能しなくなった様子が一目で確認できる。赤外線画像は、地下からの高温流体の滲出地点の迅速把握に有効な場合がある。

長石光ルミネッセンス(OSL)年代測定法を用いた穿入蛇行河川堆積物の年代推定:紀伊山地十津川の事例

紀伊山地十津川において125ka以前に離水したと考えられている環流旧河谷の流路堆積物に長石の光ルミネッセンス（OSL）年代測定を適用し、堆積年代の推定を試みた。線量応答曲線の定量限界値を飽和線量（∝飽和年代）とみなし、等価線量（∝OSL年代）の飽和率を求めたところ、測定試料の大半がOSL年代の飽和を示した。加えて、不完全ブリーチに起因するOSL年代の過大評価が疑われたため、堆積年代の決定はできなかった。一方で、OSL年代が飽和に達していない測定試料の飽和年代から、堆積年代は少なくとも280kaより若いと考えられた。流路堆積物の堆積年代を280～125kaとして算出した下刻速度は0.39～0.87mm/yrとなり、紀伊山地の削剥速度からみて矛盾のない値であった。このことは、不完全ブリーチの影響によって堆積年代の決定が困難な場合であっても、OSL年代測定により堆積年代の最大値を制約できる可能性があることを示す。

断層ガウジの化学組成に基づく活断層と非活断層の判別　−線形判別分析による試み

本研究では、国内における活断層と非活断層の断層ガウジの化学組成データを用いた線形判別分析による両者の判別を試み、両者の違いを表す元素と、より良い判別式について検討した。その結果、得られた複数の判別式が両者を高確率で判別できることが分かった。また、判別式の汎用性に関する検討を行い、未知試料に対する判別能力が高いと予想される判別式を提示した。さらに、これらの判別式に共通する元素の組合せから、活断層と非活断層の違いを表す元素を6つに絞り込むとともに、うち4つの元素が2組のセットとなっていること、両者の判別に最も寄与する元素はTiO₂とSrであることを示した。本研究で採用した方法は、岩盤中に分布する断層において普遍的に存在する断層岩の化学分析により活断層を判別できる画期的なものである。今後、様々な地質や断層タイプのデータを増やすことで、より高い精度と汎用性を持つ判別式が得られるものと期待される。また本研究の成果は、断層活動による元素の移動メカニズムの解明に大きく貢献する。

Low-temperature constraints on the Alpine thermal evolution of the central parts of the Sredna Gora Zone, Bulgaria

The central parts of the Sredna Gora Zone in Bulgaria have experienced a complex Alpine tectonic evolution. The main tectonic and thermal events since the end of the Triassic are the Late Jurassic–Early Cretaceous (Early Alpine) and Late Cretaceous–Paleogene (Late Alpine) compression/transpression separated by Late Cretaceous island-arc magmatism and intra/back-arc extension and basin formation. During the Cenozoic, the area was mainly under post-orogenic extension. Here, we present the first apatite and zircon fission-track results and new muscovite and biotite ⁴⁰Ar/³⁹Ar age analysis on late Carboniferous–Permian granitoids together with Late Cretaceous volcanic and subvolcanic rocks and Late Maastrichtian–Danian conglomerates from the Panagyurishte basin, which allowed us to reveal the Alpine thermal and tectonic evolution of the Central Sredna Gora Zone. Our new results disclosed the existence of several thermal and cooling episodes related to different tectonic and magmatic events in the studied area. The 40Ar/39Ar dating of samples from the metamorphic basement constrain the thermal peak of an Early Alpine thermal event at about 139–137 Ma at temperatures between ～ 300 and 400℃. Through the apatite FT dating and thermal modelling, the time of a Late Alpine (post-Danian) event was constrained at 65–55 Ma, during which the tectonically buried sediments of the Panagyurishte basin attained temperature of ＜ 120℃. The Cenozoic cooling and exhumation of the Central Sredna Gora Zone metamorphic basement was related to post-orogenic extension and denudation which took place probably at two stages during middle Eocene to Oligocene.

Zircon U–Pb–Hf Isotopic and Trace Element Analyses for Oceanic Mafic Crustal Rock of the Neoproterozoic–Early Paleozoic Oeyama Ophiolite Unit and Implication for Subduction Initiation of Proto-Japan Arc

大江山オフィオライトは日本において最も古い地質体の一つであり、原日本における沈み込み帯の開始時期を検討する上で重要である。本研究ではジルコンのU-Pb-Hf同位体および微量元素組成分析から検討した。ジルコンU-Pb年代測定から約544Maの年代値を得た。微量元素組成分析から大江山帯の起源が中央海嶺玄武岩のようなマントル起源であることが判明した。ジルコンのLu-Hf同位体からは先行研究よりもより枯渇的であることを示すデータを得た。これらの結果は、原日本弧に沿った海洋プレートの沈み込みに古い地殻物質が関与していたことを示唆している。

Two pulse intrusive events of the Pliocene Tanigawa-dake granites revealed from zircon U-Pb dating

We performed zircon U-Pb dating on the Pliocene Tanigawa-dake granites (Makihata and Tanigawa bodies) and the Cretaceous Minakami quartzdiorite, Northeast Japan Arc. Concordia ages were estimated to be 3.95 ± 0.11 Ma (± 2 sigma) for the Makihata body, 3.18 ± 0.13 Ma and 3.32 ± 0.15 Ma for the Tanigawa body, and 109.4 ± 2.2 Ma for the Minakami quartzdiorite. The Minakami quartzdiorite is possibly correlated to the bedrock in the Ashio belt because the age of the Minakami quartzdiorite is consistent with the zircon U-Pb ages of the earliest Tadamigawa granites (107-62 Ma) which are distributed to the northeast of the Tanigawa-dake region and belong to the Ashio belt. All the zircon U-Pb ages of the Tanigawa-dake granites are older than the previously reported cooling ages, i.e., K-Ar ages and zircon fission-track ages, being consistent with their difference in closure temperature. On the basis of these results, we concluded that the intrusive ages of the Tanigawa-dake granites are ～4-3 Ma, which are among the youngest exposed plutons on Earth. The U-Pb ages of the Makihata body and the Tanigawa body are different significantly in the 2 sigma error range. Thus, the Tanigawa body intruded later than the Makihata body by ～0.7 Myr.

Geochemical characteristics of paleotsunami deposits from the Shizuoka plain on the Pacific coast of middle Japan

過去の津波浸水域に関する情報は、今後の防災や減災計画の基礎データとして利用されることが期待されている。しかし、津波堆積物を用いて過去の津波浸水域を復元するにあたり、津波堆積物の供給源の推定、洪水や高潮堆積物との区別等が現状で解決すべき課題となっている。これらの問題を解決する一つの手段として、津波堆積物の地球化学判別手法が有効と考えられるが、国内では東北地方以外での適用例は限られている。特に中部地方太平洋沿岸でのデータはこれまでに得られていない。したがって、本研究では既に採取されている静岡平野の津波堆積物の化学分析を実施し、津波堆積物の判別手法の改良を試みた。分析の結果、ナトリウムとチタンとの相対比およびクラスター分析等の統計解析を用いることによって海由来の物質で形成された堆積層を検出できる可能性が高いことが示唆された。

Petrology and mineralogy of an igneous clast in the Northwest Africa 1685 (LL4) chondrite: Comparison with alkali-rich igneous clasts in LL-chondritic breccias

NWA 1685 (LL4)コンドライトの岩石鉱物学的研究をおこなった。既往研究では、NWA 1685にはYamato-74442 (LL4), Bhola (LL3-6), Kraehenberg (LL5)に認められるものと同様の岩片を含むと記載されていた。本研究では、NWA 1685に含まれる岩片について組織や鉱物及びマトリックスの化学組成をYamato-74442, Bhola, KraehenbergなどのLLコンドライトに含まれるアルカリに富む岩片と比較した。NWA 1685の岩片中のかんらん石は、ガラス質のマトリックスに存在し、ゾーニングは認められない。また、衝撃溶融による脈状組織や割れ目がかんらん石の内部のみで見つかり、ガラス質なマトリックスには伸びていないことが確認される。また、かんらん石の主要元素および微量元素組成は均質であった。ガラス質なマトリックスのカリウム存在度は、Yamato-74442, Bhola, Kraehenbergと比較して低く、NWA 1685に含まれる岩片はYamato-74442, Bhola, Kraehenbergなど角礫岩LLコンドライトに含まれる岩片と異なり、LLコンドライト母天体での衝撃溶融イベントの後に急冷して形成され角礫岩に取り込まれたと考えられる。

Characteristics in trace elements compositions of tephras (B-Tm and To-a) for identification tools

白頭山噴火年代は西暦946年であることが広く認められている。噴火で分散した白頭山-苫小牧(B-Tm)テフラは、精確な年代を示す鍵層となる。従来は、このテフラを同定するため、火山ガラス片の屈折率と主成分元素組成が使われていた。しかし、希土類元素に着目した微量元素分析やテフラ層の全堆積物に対する微量元素分析はこれまでほとんど報告例がない。本論文では、東北地方の小河原湖の堆積物コアから採取したB-Tmテフラ及び十和田カルデラ(To-a)テフラについて、火山ガラス片と全堆積物の主要元素及び微量元素分析結果を示す。主要元素及び微量元素の深度プロファイルでは、B-Tmテフラ層においてK₂Oと微量元素の増加が確認されたが、To-aテフラ層においては、これらの元素の増加は確認されなかった。B-Tmテフラ層で検出された高濃度の微量元素は全堆積物だけではなく、ガラス片にも確認された。B-Tmテフラ層のガラス片にみられる元素（特に希土類元素）の組成パターンは、他の日本のテフラガラスとは明らかに異なる。ガラス片と全堆積物の微量元素組成は、B-Tmテフラと他の日本のテフラを区別する上で、有用な指標となると考えられる。