高レベル放射性廃棄物の地層処分研究開発

第3回地層処分研究開発検討委員会

原子力機構では、地層処分研究開発部門が実施している地層処分研究開発のうち、主として東海研究開発センターにおいて実施している研究課題について、大学や関連研究機関における専門家による「地層処分研究開発検討委員会」を機構内に組織し、審議検討を通じて客観的な助言をいただくことにより、研究開発の効率的な展開と、その成果による処分事業や安全規制等への技術基盤の確立に資することができるよう、時宜よく研究開発計画の実施にあたって反映させている。本資料は、2008年3月に開催した第3回委員会の会議報告を行うものである。

硫化物を含む人工海水における純銅の応力腐食割れ挙動に及ぼす電位と材質の影響

一般に、純銅は酸素を含まない天然水環境で熱力学的に安定であり、水の還元による腐食は生じない。しかし、硫化物を含む環境では熱力学的な安定性を失って硫化銅として腐食し、条件によっては応力腐食割れ(SCC)に対して感受性を示す。本研究では、硫化ナトリウムを含む人工海水中において純銅の低歪速度試験を実施し、応力腐食割れ感受性に及ぼす電位、材質の影響を検討した。その結果は以下のようにまとめられる。(1)低酸素濃度下での自然電位、 Ecorrより+100mV及び+300mV貴な電位では、自然電位の場合よりもSCC感受性は低下した。しかし、Ecorrより700mV貴な電位では、Ecorr+100mV、 Ecorr+300mVの場合よりもSCC感受性は大きくなった。(2)リン脱酸銅と無酸素銅を比べると、無酸素銅のほうが亀裂は発生しやすい傾向が認められたが、引張強さ、全伸びなど機械的特性に違いはなかった。(3)緩衝材共存下でのSSRTを行うため、試験片に装着する試験カラムを作成した。これを用いたリン脱酸銅に対する試験の結果、Na₂S濃度0.001M、-420mV vs. SCE(窒素雰囲気での自然電位に相当)において応力腐食割れの発生は認められなかった。

坑道掘削に伴う地下水の水理および水質変化に関する解析評価 —幌延深地層研究計画における水平坑道掘削影響試験の予察解析—

人工バリア定置後のニアフールド環境のより現実的な理解と信頼性の高い予測を行うためには、坑道掘削によって生じる応力場,水理場及び化学場の変化を把握する必要がある。本報告書は、これまでに開発してきた熱–水–応力–化学連成解析評価モデルの適用性を確認することを目的として、幌延深地層研究で計画されている坑道掘削影響評価試験の予察解析結果について報告するものである。予察解析では、深度140mの声問層を対象として、坑道掘削に伴う坑道周辺岩盤の水理場と地下水水質の変化に着目し、地球化学反応を考慮した水理–物質移行連成解析を実施した。その結果、飽和度95%以下の不飽和領域は、坑道壁面より約5m程度の範囲で発生し、これに伴って、地下水中に高い濃度で溶解している炭酸が脱ガスし、地下水のpHが変化するなどの地球化学特性の変化を把握した。

岩石の強度回復特性・一般化応力緩和挙動に関する研究（II） （委託研究）

支保工が設置される堆積岩系の地下坑道岩盤は支保内圧と地圧の双方が作用し、一般に時間の経過に伴い強度が回復するという特性を有していることが知られている。この強度回復特性は空洞の安定性や処分場閉鎖後の長期力学挙動の評価において配慮すべきものであり、本研究は、幌延深地層研究計画のコア試料をもとに実験的な検討を通じて、強度回復特性、一般応力緩和挙動や引張特性について今後の定量化に向けたデータの蓄積と分析を実施したものである。

オーバーパックデータベースの基本構造の検討

高レベル放射性廃棄物の地層処分におけるオーバーパックには所定の期間、地下水とガラス固化体の接触を防ぐ機能が要求されている。現時点では高レベル放射性廃棄物の地層処分におけるオーバーパックには所定の期間、地下水とガラス固化体の接触を確実に防ぐ機能が要求されている。現時点ではオーバーパックの設計寿命を1000年間とし、オーバーパックの設計手法、製作技術等の整備や設計・製作に反映させるための試験、長期信頼性向上のための試験研究等が行われている。これらの成果は、検討を実施した機関により報告書等の形で取りまとめられてはいるものの、実際の処分サイト条件に対応したオーバーパック設計、オーバーパックにかかわる規格や基準の制定のほか、汎用的な用途として有効に活用させていくためには、これらの成果を体系的にとりまとめ、実用的な知識ベースとして整備する必要がある。そこで、これまでに検討されてきたオーバーパック設計の考え方、設計・製作にかかわる技術、オーバーパックの基本特性に関する試験データなどを体系的にとりまとめるデータベースとしての検討を行っている。本報ではこのオーバーパックデータベースの基本構造と、市販のデータベースソフトウエアを用いた検討状況を報告する。また、データベース上で提示する予定の試験データや技術メニューの一部を例示した。

緩衝材長期安定性に関する概略的評価 —鉄–ベントナイトの相互作用に関わる影響評価—

これまで鉄–ベントナイト相互作用に関して、緩衝材の長期安定性には顕著な影響を与えないと評価されてきた。しかし近年、80℃における鉄粉と混合したスメクタイトが非膨潤性粘土鉱物に変質するという、緩衝材長期安定性に影響を与える可能性がある現象が報告された。また、これまでの処分概念よりも人工バリア中で使用される鉄の量が多い代替処分概念も検討されており、緩衝材の長期安定性に及ぼす鉄の影響が大きくなる可能性が出てきた。そこで、本報告書では鉄–ベントナイト相互作用のうち、処分環境で発生する可能性のある現象として、イオン型の変化(Fe²⁺型化)、鉱物学的変質、腐食生成物によるセメンテーションについて、最新の知見をふまえて緩衝材の長期安定性に与える影響について再評価を行った。

高レベル放射性廃棄物処分における隆起・侵食⁄沈降・堆積に起因するシナリオの検討

隆起・侵食⁄沈降・堆積は広域的で避けることが困難な現象である。そのため、それらの現象が発端となる地質環境、処分環境及び処分システムの性能への影響を適切に評価する必要がある。日本原子力研究開発機構では現象のバリエーションと推移のパターン、及びそれらに起因して生ずる可能性のある地質環境条件の変化とそれらの時間的な推移等の多様な変動パターンを地球科学の研究に基づき温度、水理、力学、化学、幾何形状(THMCG)の変化の組合せとして系統的に整理する手法を構築した。隆起・侵食⁄沈降・堆積のどのような組合せによりどのような変化が現れるのか、また処分場の初期の地質環境条件の相違が変動後にどの程度影響しうるのか、構築した手法に基づき網羅的に整理する必要がある。これらは、変動後の地質環境条件の変化の方向やその変動幅に影響するため、隆起・侵食⁄沈降・堆積に関する重要な変動シナリオを同定するために必要な検討である。本研究は、隆起・侵食⁄沈降・堆積について発生する可能性のある組合せパターンを可能な限り列挙し、それらに対する考えられる地質環境条件の変化の検討を目的とした。その結果、列挙した現象の組合せパターンに起因する地質環境条件の変化の方向性や程度についてTHMCGを用いた検討比較により、高レベル放射性廃棄物地層処分の安全評価の観点から重要な現象を、根拠を提示しながら抽出することができる見通しを得た。

処分環境や設計オプションに対応した性能評価手法の構築（2）

地層処分は段階的に進められることから、性能評価については、調査による情報の追加や設計オプションの詳細化・変更に伴い、それまで検討されてきた内容との整合性を取りつつ、合理的に進める必要がある。本研究では、性能評価シナリオを抽出する観点から設計や調査と性能評価における情報のやり取りの方法論を具体化し、より現実的な設計条件を踏まえつつ安全機能に基づく“総合性能評価の雛形”を構築し、これに対して、処分条件等の変更内容を反映させることによりシナリオの抽出が容易となることがわかった。このような条件の変更を摂動として取り扱う方法論は、既存の基本的な考え方を損なうことはなく、評価の段階的進展に対して有効であると考えられる。そのため、既存のシステムの情報の流れを本研究における情報整理の方法論を踏まえ、調査設計–処分環境–安全機能の構造に従いFepMatrix等により既存情報を整理する手法は有益であり、段階的な情報の変化に応じたシナリオ抽出の実施に見通しが得られた。

小型MACROによる塩水侵入試験の光学的手法を用いた塩水濃度分布の定量的評価

沿岸地域では、淡水と海水の密度差に起因した塩水侵入現象が生じており、この密度流により生じる塩水楔は地質環境に影響を与える因子になると考えられる。放射性廃棄物の地層処分事業を進める際には、このような密度流に起因して地下深部に侵入する塩水の濃度とその分布を適切に評価する技術の開発が課題となっている。この密度流に起因した塩水侵入現象は、塩水の移流分散と密度流の連成問題であり、その数値解法の検証が課題のひとつとなっているが、検証に必要な塩水楔の定量的な濃度分布はこれまでに取得されていない。このため、筆者らは塩水濃度分布を考慮した数値解析コードの検証データの取得を目的として、小型MACROを対象とした塩水濃度分布の光学的手法による定量的な計測技術の開発を行い、塩水楔の定常状態における定量的な濃度分布を取得し、得られた濃度分布を用いて遷移帯における塩水濃度分布の分析を行った。その結果、塩水と淡水の遷移帯での分散の幅は、Henryによる塩水楔の準解析解と比較して狭いことを定量的な測定データで示すことができた。

緩衝材及び岩石中での核種の拡散データベースの整備

既存の拡散データベースを基礎として、緩衝材及び岩石中での核種の拡散係数にかかわるデータの活用を容易にするため、データベースの整備を行った。今回のデータベース整備においては、特にデータ評価における推定値の導入、信頼性情報にかかわる記述の導入に重点を置き、さらにベントナイトのデータを対象に加えるためにデータベースの構成や定義の再構築を行い、対象データ範囲の大幅な拡充を実施した。また、更新後のデータベース定義に従い、既存の国内岩石を対象としたデータを文献調査によって拡充・更新するとともに、国産ベントナイトを対象とした文献調査を実施し、データを追加した。その結果、総データ数は、実効拡散係数Deが450件、みかけの拡散係数Daは1,350件となった。また、整備したデータベースの活用例として、乾燥密度や間隙率に対する拡散係数のプロットを例示し、元素・固相・試験環境による影響評価の例を示した。本データベース改良の結果実現した特徴として、拡散係数と関連するパラメータの相関に関する評価範囲の拡大(特に拡散係数の実測値と推定値の分布傾向を測定時の環境条件などと関連させた比較評価など)が挙げられる。

地層処分における酸化還元フロントに及ぼす放射線の影響に関する既往研究調査

高レベル放射性廃棄物の地層処分において、廃棄体からの放射線が処分システムの化学的環境に与える影響について検討した既往研究を調査した。地下水の放射線分解で生成した過酸化水素や酸素がニアフィールド中を拡散し、含鉄鉱物と反応し酸化還元フロントを形成する可能性は、1980年代にスウェーデンのNeretnieksにより指摘された。1990年代に実施された使用済燃料地層処分の総括的安全性能評価によれば、燃料表面で生成した酸化性化学種の全量が緩衝材に移行するという保守的な仮定では、酸化還元フロントが数百年で岩盤中に達し、酸化還元鋭敏核種の線量当量が数十倍高くなるという結果が得られた。一方、使用済燃料の溶解試験の結果から、燃料表面での地下水の放射線分解による酸化的溶解は、溶存水素の存在下で著しく抑制されることが明らかとなった。また、貯蔵容器の鉄は還元剤として働くことが期待できるが、その量は放射線分解による酸化性化学種に対して著しく過剰であることから、1990年代後半以降に実施された総括的安全性能評価では、地下水の放射線分解による酸化還元フロントの影響はほとんど考慮されていないことがわかった。

光学的手法による単一亀裂内測定データに基づく水理物質移行特性評価手法の検討

高レベル放射性廃棄物地層処分の安全評価などにおける、花崗岩などの結晶質岩を対象とした亀裂中の水理物質移行特性評価では、一般に亀裂を平行平板で近似したモデルが用いられる。しかし、実際の亀裂の表面形状は複雑で、亀裂開口幅分布も不均質であることから、不均質に分布する亀裂開口幅が亀裂の平均的な透水特性と物質移行特性に与える影響が異なることが知られている。このため、人工割裂亀裂から作製した亀裂の透明レプリカを対象に、透水試験及び光学的手法による開口幅分布測定、亀裂内のトレーサー濃度分布測定を行い、開口幅分布から推定される透水量と透水試験結果の比較及び透水量係数と物質移行に関する開口幅の関係を検討した。光学的手法を用いて得られた開口幅分布から、有限要素法による2次元浸透流解析を行い透水量を比較した結果、モデル全体の透水量は透水試験で得られた透水量の約1.6倍と過大評価される結果となり、これまでに報告されている局所三乗則の不成立性を実験的に証明できた。

幌延深地層研究センター換気立坑140ｍ試錐座における初期応力測定

原子力機構は、高レベル放射性廃棄物の地層処分技術に関する研究開発として地下研究施設の建設を伴う幌延深地層研究計画を進めている。本報告は地下研究施設周辺の初期応力の把握とこれまで地上からの調査によって得られている初期応力結果の妥当性の確認を目的とし、換気立坑の深度140m小型試錐座において水圧破砕法・ブレイクアウト法を利用した初期応力測定を実施し、その結果について示したものである。2つの方法で実施した初期応力の主応力方向の分布・大きさとも、比較的良い一致が認められた。水平面内の最大主応力の値は、その深度の土被り圧にほぼ一致しているものの、既往の結果と比較するとわずかに小さな値であった。また、水平面内の最大主応力の方向については、既往の調査でほぼ東西方向であったが、今回の結果では、東西方向から反時計回りに25°、43°の方向にある結果が得られた。これまでの傾向と異なる原因については、今後、声問層を対象とする深度140m水平坑道及び稚内層を対象とするさらに深い深度の水平坑道での初期応力測定データと比較検討し、明らかにしていく予定である。

研究所設置地区における高密度電気探査（その2）

本報告書は、日本原子力研究開発機構が北海道天塩郡幌延町で進めている幌延深地層研究計画の地質環境モニタリング技術の開発として、坑道掘削に伴う地下水挙動の変化を捉える目的で、高密度電気探査を実施し、その結果をまとめたものである。本調査は今回が第2回目の調査であり、研究所設置地区に設定した2本の測線について、2極法の電気探査を実施した。その結果、比抵抗の断面分布は、地表近傍が20Ω・m前後と高く、深くなるにつれおおむね2Ω・m程度と低くなり、既存調査結果と整合する結果が得られた。また、比抵抗モデルと水質モデルを比較した結果、比抵抗値が塩分濃度を反映していることが確認できた。昨年度の電気探査結果と比較した結果、見掛比抵抗の値及び分布傾向については、大きな差異は認められず、再現性の高い良好なデータが取得できたと考える。また、このことより、立坑掘削による地下水挙動への影響は現時点では認められない結果が得られた。

瑞浪超深地層研究所・換気立坑における堆積岩部を対象としたポストグラウチング試験施工とその評価

トンネル、地下発電所などの地下空洞建設にあたっては、掘削に伴い大量の湧水が発生することがある。空洞内への湧水は地上までの汲み上げや水質浄化に多大な費用を要することがあるため、場合によってはできるだけ湧水量を抑制することが望まれる。日本原子力研究開発機構で建設中の瑞浪超深地層研究所では、研究坑道の掘削に伴って発生する湧水の処理(水質調整)及び湧水抑制にかかわるコストを最小限に抑えることが施工上の課題となっている。さらに、今後掘削する領域の地質構造や地下水状況を調査した結果、特定の深度で大量湧水が発生する可能性が高いことがわかった。そこで瑞浪超深地層研究所においては、既に研究坑道掘削を終了した区間における湧水抑制対策としてポストグラウチング工法を採用し、その有効性を把握するために、換気立坑堆積岩部を対象としてポストグラウチングの基本的な設計・施工方法を検討し、試験施工を実施した。その結果、今回実施したポストグラウチング工法は、透水性の改良効果や、注入次数の増加に伴う注入量の減少傾向による改良効果を確認することができた。本報告書では、ポストグラウチング試験施工の概要とともに、その過程で得られた知見などをとりまとめた。

瑞浪超深地層研究所における工学技術に関する検討（平成19年）（委託研究）

超深地層研究所計画における工学技術に関する研究のうち、大深度地質環境下における工学技術に関する研究は、研究坑道の設計・施工計画技術の開発、研究坑道の建設技術の開発、研究坑道の施工対策技術の開発、安全性を確保する技術の開発の4項目に分類して進めている。平成19年度の工学技術に関する研究では、「第2段階」で実施してきた工学技術の成果と課題の整理、花崗岩部において掘削時に得られた計測データを用いた現段階(200mレベルまで掘削済み)までにおける設計の妥当性の確認、地山補強対策工の注入効果の検討、施工実態の把握と当初設計との差異の評価に資する情報の整理、高差圧の影響評価に関する検討、坑道の長期維持・補修に関する調査計画方針の立案などを実施した。さらに、プロジェクト全体を対象としたリスク事象を抽出し、既往の検討事例を参考に各リスク事象に対するリスク評価方法について概略的な検討を行った。

光ファイバー式岩盤内変位計の開発（その2）

本報告書は、大成基礎設計が日本原子力研究開発機構との契約により実施した研究成果に関するものである。この業務は、幌延深地層研究計画の第2段階以降における調査・研究計画(地下施設関連)に伴い、立坑部と水平坑道部の周辺岩盤の変形挙動計測を有効に行うための多段式の光ファイバーセンサー式岩盤内変位計を開発することを目的としている。この業務では、従来型の電気式岩盤変位計では困難であった66mmボーリング孔における10段あるいはそれを上回る連装が可能な岩盤内変位計の開発に関して前年度に実施した装置の基本仕様の検討などの成果に基づき、原位置測定に適用可能なプロトタイプを製作してその性能を確認するとともに、実地盤中に掘削したボーリング孔において設置方法を含めた実証実験を実施した。

GEOMASS system

日本原子力研究開発機構では、複雑な水理地質環境における地下水流動を効率的にモデル化・解析するため、これを一貫して実施できるGEOMASS(GEOlogical Modelling Analysis And Simulation Software)システムを開発してきた。本システムは、地質構造モデルの構築とモデル化・解析結果の可視化を行う市販ソフトウェアであるEarthVision®と、原子力機構が所有権を有する地下水流動解析コードであるFracAffinityが統合された環境となっており、情報量の増加などによるモデルの更新に迅速に対応することを可能としている。また、岩盤の連続構造と断層や割れ目などの不連続構造を同時に扱える手法を取り入れることにより、より現実的な地下水流動の表現を可能としている。本報告書は、GEOMASSシステムのマニュアルとして整備したものであり、“Overview of GEOMASS system”、“FracAffinity Theoretical Background”及び“FracAffinity User Guide”から構成されている。“Overview of GEOMASS system”ではGEOMASSシステムの概要、“FracAffinity Theoretical Background”ではFracAffinityが有する機能の理論的背景、“FracAffinity User Guide”ではFracAffinityの入力ファイルの構成や解析を実行する際のインターフェイスの使用方法などについて述べるものである。

「平成20年度 東濃地科学センター 地層科学研究 情報・意見交換会」資料集

独立行政法人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(以下、地層科学研究)を実施している。地層科学研究を適正かつ効率的に進めていくため、研究開発の状況や成果、さらに今後の研究開発の方向性について、大学,研究機関,企業の研究者・技術者等に広く紹介し、情報・意見交換を行うことを目的とした「情報・意見交換会」を毎年開催している。本資料は、平成20年10月16日に岐阜県瑞浪市で開催した「平成20年度東濃地科学センター地層科学研究情報・意見交換会」にて用いた発表資料を取りまとめたものである。

超深地層研究所計画 年度報告書（2006年度）

独立行政法人日本原子力研究開発機構(原子力機構)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段階からなる約20年の計画であり、現在は、第2段階である「研究坑道の掘削を伴う研究段階」を進めている。本報告書は、2002年2月に改訂した「超深地層研究所基本計画」に基づき、超深地層研究所計画の第2段階「研究坑道の掘削を伴う研究段階」における2006年度に実施した(1)調査研究、(2)施設建設、(3)共同研究等の成果を取りまとめたものである。

超深地層研究所計画 年度計画書（2008年度）

独立行政法人日本原子力研究開発機構(原子力機構)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段階からなる約20年の計画であり、現在は、第2段階である「研究坑道の掘削を伴う研究段階」を進めている。本計画書は、2002年2月に改訂した「超深地層研究所基本計画」に基づき、2008年度の超深地層研究所計画の(1)調査研究計画、(2)施設建設計画、(3)共同研究計画等を示したものである。

結晶質岩を対象とした長期岩盤挙動評価のための理論的研究 （委託研究）

本報告書は、2007年度に実施した研究をまとめたものである。第1章では、研究内容とその背景を概括した。続いて、第2章では、長期挙動予測評価手法の開発において解明が必要と考えられる石英の圧力溶解反応現象について、現象の理論的取り扱いと均質化法をベースにした数値解析手法を考案し、その適用例としてベントナイトに含まれる石英粒子の溶解を解析している。次の、第3章と第4章は、第3段階の研究で評価手法の検証が行えるよう、主要な研究対象とする土岐花崗岩をモデルとする基礎的な検討を行ったものである。このうち、第3章では、応力緩和状態下の土岐花崗岩に認められる微視的変形状況を約1か月まで顕微鏡で観察し、鉱物表面の変形から内部のひずみを計算している。また、第4章では、微視・巨視問題を同時に扱うことのできる均質化解析を用いて土岐花崗岩の巨視的な力学的挙動を再現するとともに、微視問題には強不連続解析を導入して土岐花崗岩内のマイクロクラック進展を再現している。

超深地層研究所計画における岩盤力学に関する調査研究 年度報告書（2006年度）

岐阜県瑞浪市において日本原子力研究開発機構が実施している超深地層研究所計画では、平成17年3月に第1段階(地上からの調査研究)が終了し、現在、第2段階(地下施設建設時の調査研究)を進めている。第2段階においては、第1段階の成果との比較から、調査量と個別目標や課題に対する理解度や不確実性との関連性を評価する。そのうち、岩盤力学に関する分野では、深度100mごとの連絡坑道から岩盤力学調査ボーリングを行って、第1段階で構築したサイトスケールにおける岩盤力学モデルを評価し、地表からの調査手法を評価するとともに、そのモデルを新しい情報に基づいて更新したブロックスケールの岩盤力学モデルを構築することを目標としている。またそのほかに、重要な課題とされる力学的な掘削影響や長期挙動の評価に関する研究を実施する計画である。本報告書は、第2段階の調査研究のうち、2006年度に実施した岩盤力学に関する以下の成果を取りまとめたものである。(1)-100m連絡坑道における岩盤力学に関する調査研究、(2)三次元応力場同定手法の高度化に関する研究、(3)ボーリングコアを用いた岩盤応力評価手法の高度化に関する研究、(4)長期岩盤挙動評価に関する研究。

研究所設置地区における高密度電気探査

日本原子力研究開発機構が進めている幌延深地層研究計画では、地上からの調査研究より岩盤中の比抵抗値と地下水挙動には良好な相関関係があることを把握した。この結果を踏まえ、地下施設建設に伴う周辺岩盤中の地下水挙動などの変化を、比抵抗分布の変化として把握することを目的に高密度電気探査を実施し、地下施設建設初期段階の比抵抗分布を把握した。

HDB-9〜11孔における岩盤力学的調査結果及び研究所設置地区の岩盤力学的概念モデル更新

本報告は、研究所設置地区及びその周辺に関する地質環境モデルの構築・更新に必要な地質環境データを取得するために平成16、17年度に実施したHDB-9〜11孔のボーリング調査のうち、力学的調査試験結果についてまとめ、研究所設置地区の岩盤力学的概念モデルの更新を行った。その結果、研究所設置地区内において物理、力学物性値とも、深度方向の変化やその絶対値がよく一致し、当該領域では同じ岩盤物性値を有する地層が水平的に分布していることが予想される点において、これまでのボーリング調査と同様の特徴を示した。また、国内に分布する新第三紀堆積岩の物性値の分布の範囲内に含まれることや、有効空隙率が大きい値に分布している傾向も同様に得ることができ、研究所設置地区及びその周辺では場所によらず深度方向に3つのゾーンに区分できる点やその区間長において、岩盤力学的概念モデルに大きな変更はなかった。

超大深度立坑における高抜け崩落機構に関する調査・解析 （委託研究）

瑞浪超深地層研究所においては深度1000mの研究坑道の掘削を予定しているが、その掘削工事においては“高抜け”と呼ばれる大規模不連続面のすべり挙動に伴う崩壊が重要な問題の一つとなっている。本報告では、有限差分法を用いた数値解析的研究を実施し、高抜け崩壊の発生機構を客観的に明らかにすることを試みた。その結果、不連続面の上部・下部で異なる二つの応力状態が発生することが明らかとなった。また、瑞浪超深地層研究所立坑工事における高抜け崩壊の可能性を検討するため粒状体解析を実施した。その結果、瑞浪地点のボーリング調査で確認されている傾斜角79°にも達する断層は、高抜け崩壊が発生する可能性は非常に小さいことがわかった。

幌延深地層研究計画 平成20年度調査研究計画

本計画は、独立行政法人日本原子力研究開発機構(以下、原子力機構)が堆積岩を対象に北海道幌延町で実施しているものである。原子力機構の中期目標では、深地層の研究計画について、中間的な深度までの坑道掘削時の調査研究を進めるとともに、工学技術や安全評価に関する研究開発を他の研究開発機関と連携して実施し、これらの成果を地層処分の安全性にかかわる一連の論拠を支える知識ベースとして体系化することとされており、これに基づき、原子力機構では幌延深地層研究計画を着実に推進することとしている。本計画は、調査研究の開始から調査研究の終了まで20年程度の計画とし、「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つの段階に分けて実施することとしており、平成20年度は第2段階の4年目にあたる。平成20年度は、地層科学研究として、地質環境調査技術開発、地質環境モニタリング技術開発、深地層における工学的技術の基礎の開発及び地質環境の長期安定性に関する研究を、地層処分研究開発として、処分技術の信頼性向上及び安全評価手法の高度化についての調査研究を継続する。また、地下施設の建設については、換気立坑と東立坑の掘削及び、先行ボーリング調査を継続する。地上施設については、国際交流施設(仮称)の建設に着手する。

幌延深地層研究計画 平成19年度地下施設計測データ集

本データ集は、(1)幌延深地層研究計画における地下施設建設時に取得した調査・計測データの共有化並びに逸散防止を図ること、(2)当該切羽や後続施工箇所の設計・施工にフィードバックする情報化施工プログラムを実施していくための基礎データとすることを目的として、2007年度(平成19年度)に実施した地下施設建設時の調査結果を取りまとめたものである。

地下水流動に対する地質環境の長期的変遷の影響に関する研究

地層処分システムの長期挙動予測の信頼性を向上させるためには、隆起・侵食や気候・海水準変動等の天然現象の影響を考慮した地下水流動のモデル化が重要である。このため、(1)天然現象の影響を組み入れた地下水流動解析手法の高度化、(2)現実的な地質構造や涵養量などを反映した地下水流動解析に基づき、(3)地下水流動に影響を及ぼす天然現象の感度解析を行った。(1)地下水流動への地質環境の長期変遷の影響を連続的にモデル化するシステムを考案した結果、課題であったモデル形状が変化する際の解の不連続性を低減できることを確認した。(2)地層の応力状態の変化による過剰間隙水圧の発生には間隙率や有効応力に対応した透水係数の設定が重要であること、氷期の涵養量の影響は丘陵部や沿岸域で見られること、塩分の密度差の影響は沿岸域で見られ、地下深部への淡水の侵入を抑制することが判明した。(3)断層の2種類の形状について透水係数に関する感度解析を実施したが、設定した条件では深度約500mまでの影響は顕著でないことを示した。

地質環境の長期安定性に関する研究 年度計画書（平成20年度）

我が国は変動帯に位置しており、安定大陸にある欧米諸国に比べて、地震や火山活動等が活発である。地質環境の長期安定性に関する研究においては、地層処分の場としての地質環境に重要な変化をもたらす可能性のある天然現象に着目して、それらの特徴を明らかにするとともに、それらが地質環境に及ぼす影響を評価するための調査技術・手法にかかわる研究開発を進めている。平成20年度においては、以下の項目について調査・研究を行う。地震・断層活動については、断層の発達履歴や活動性に関する調査技術の整備、断層帯における影響評価モデルの開発に関する事例調査を実施する。火山・地熱活動については、第四紀の火山・地熱活動(特に低温領域の熱履歴)や地下深部のマグマ・高温流体等の基礎的な探査技術の適用性を検討する。隆起・侵食/気候・海水準変動については、古地形・古気候を復元する調査技術の整備や地形変化をシミュレートする技術の開発を行う。地質環境の長期安定性にかかわる総合評価研究については、熱水活動等に伴う地質環境条件の変化に関する情報の整備、地殻変動及び気候変動などを考慮した地下水流動解析手法の開発を行う。また、これらの研究に必要なデータ取得を行うための分析技術開発の整備を行う。