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深度500mの地質環境への挑戦
超深地層研究所計画で得られた研究成果

  • 1 地上からの地質環境調査
    • リージョナルスケール
      • 1_1 既存情報の評価・解析
    • ローカルスケール
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      • 1_3 物理探査
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      • 1_6 モデル化・解析
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      • 1_7 調査の進め方
      • 1_8 既存情報の評価・解析
      • 1_9 地表からの調査・解析
      • 1_10 ボーリング孔を利用した調査・解析
      • 1_11 地下施設建設前の地質環境モデルの構築と予測解析
    • 地上からの調査技術
      • 1_12 各技術の有効性および留意点
  • 2 地下施設の建設・維持管理時の地質環境調査
    • 2_1 地下施設の建設・維持管理時に必要な工学技術
    • 2_2 地下施設の建設・維持管理時の地質環境調査技術
    • 2_3 地質環境調査技術開発
  • 3 施設閉鎖時および閉鎖後に必要な技術
    • 3_1 施設閉鎖時および閉鎖後に必要な技術
    • 3_2 瑞浪超深地層研究所での埋め戻し事例
  • 4 その他
    • 4_1 研究に携わった人々
    • 4_2 共同研究・施設共用
    • 4_3 人材育成・技術継承
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    • 6_9 岩盤力学の調査研究
    • 6_10 深地層の工学技術研究
    • 6_11 成果取りまとめ
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1 地上からの地質環境調査(ローカルスケール)

1_5 ボーリング調査

物理探査などにより推定された大規模な不連続構造(断層など)の空間分布,地質構造の特徴(割れ目帯など)に基づく岩盤の大まかな領域区分,岩盤の透水性および地下水の地球化学特性の把握を主な目的として複数の500~1,000m長のボーリング孔を利用した調査研究(1_5_1)を実施しました。これらの結果に基づいて,既往の地質環境概念を更新するとともに,地下水流動解析を行いました。また,サイトスケール領域の地質環境を予察的に推測しました。

ボーリング調査では,地質・地質構造を把握するためにボーリングコアを用いた地質学的調査,孔壁画像観察,物理検層(1_5_3)を行い,また,各ボーリング孔において,透水性割れ目を把握するための流体検層,単孔式水理試験,透水性割れ目や断層の水理学的連続性を把握するための孔間応答モニタリング(ボーリング掘削中の逸水や水理試験時の揚水に伴う水圧応答を周辺のボーリング孔においてモニタリングすること)を行い,花崗岩の透水性を把握して,岩相を区分し分布を把握(1_5_4)するとともに,間隙水圧分布を把握し,ローカルスケール領域での大局的な地下水流動方向を確認しました(1_5_5)。さらに,地下水の採水・分析などを実施し,地下水の水質を把握するとともに,ボーリングコアの室内試験を行い,初期応力(1_5_7),力学特性(1_5_8)の深度分布を把握しました。これらの経験をとおして,ボーリング孔の掘削方法と品質管理方法を整備しました(1_5_2)。ボーリング調査により得られた地質環境の知見は,モデル化に反映されました(1_6)。

得られた主な知見

ローカルスケール領域におけるボーリング調査により,以下に示す地質環境に関する知見を把握しました。

  • 土岐花崗岩と瑞浪層群との不整合面,岩相,上部割れ目帯・下部割れ目密度帯などの三次元的な岩相分布を把握(1_5_4)。
  • 上記の区分ごとにボーリング調査で取得された水理特性を整理した結果,花崗岩中の上部割れ目帯と下部割れ目低密度帯の透水性を把握(それぞれ,4.0E-11~1.0E-4[m/s],5.0E-12~8.0E-5[m/s])。断層や割れ目帯の透水性は,下部割れ目低密度帯と比較して1~2オーダー以上高いことを確認(なお,本内容は水理地質構造モデル(1_6_2)に含めて示します)。
  • 領域北部と南部で異なる水質型の地下水が分布(北側;Na-(Ca)-HCO3型地下水,南側;Na-(Ca)-Cl型地下水)。異なる水質の地下水が観察される領域の間に月吉断層が存在しており,同断層が水質の境界になっている可能性を想定(1_5_6)。

また,技術的な知見として,断層主要部および断層周囲のダメージゾーンの水理特性(透水異方性)の評価は,単孔式水理試験のみでは困難(特に,断層面に直交する方向の水理特性は,単孔式水理試験では測定困難)であり,単孔式水理試験に加え断層上下での間隙水圧測定および孔間の掘削応答モニタリング水理試験を実施する必要があることが示されました。なお,多数の断層が分布している場合は,地下水の主流動方向に直交し,トレース長の長い断層の水理特性を優先的に調査すること,複数本のボーリング孔を配置できる場合は,これらの調査に掘削応答モニタリングを組み合わせることが有効でした。

実施したボーリング調査の概要
1_5_1 ボーリング位置の選定


ローカルスケール領域周辺のボーリング孔の配置図

ローカルスケール領域においては,合計21本のボーリング孔を掘削し,調査対象領域に分布する地質構造の特徴や大規模な断層などの空間分布の確認,ならびに調査対象領域内の地下水の水圧分布や水質分布を把握することができました。

1_5_2 ボーリング掘削方法と品質管理


DH-8号孔のビット径・ケーシング径の実績図

地下深部の地質環境を調査・研究するために,ボーリング孔の掘削においてボーリングコアを回収するとともに,掘削後に水理試験や地下水の採水を行うため,清水掘削(泥水を使わない)でボーリング孔を掘削しました。

1_5_3 岩芯記載・物理検層


岩芯調査と物理検層の結果をまとめた柱状図

地下深部の地質学的データを取得するため,回収したボーリングコア(岩芯)の岩芯記載と,掘削したボーリング孔を利用した物理検層を実施し,ボーリング孔周辺の地質・地質構造や水理特性を把握しました。

1_5_4 土岐花崗岩中の岩相分布


鉱物組成および化学組成から区分された土岐花崗岩の岩相分布

ボーリングコアを用いた地質調査や孔壁画像の観察結果から,土岐花崗岩を3つの岩相に区分するとともに,岩体上部の低角度傾斜の割れ目が密に分布する領域 (上部割れ目帯) と,岩体下部の割れ目密度が低い領域(下部割れ目低密度帯)に区分されました。

1_5_5 間隙水圧の深度分布


ボーリング孔における間隙水圧の深度分布とそれに基づく地下水の流動系の推定結果

ローカルスケール領域内およびその周辺に配置されたボーリング孔で間隙水圧を測定し,地下水流動系の涵養域から流出域までの間隙水圧の深度分布を把握することができました。

1_5_6 地下水水質の空間分布

主にボーリング孔で得られた地下水水質データを集約し,ローカルスケール領域の水質分布を整理しました。領域北部と南部で異なる水質型の地下水(Na-(Ca)-HCO3型地下水とNa-(Ca)-Cl型地下水)が分布することが明らかになりました。

1_5_7 鉛直応力の深度分布

ボーリングコアを用いた室内試験により,鉛直方向の初期応力(鉛直応力)の深度方向への変化を推定しました。

1_5_8 岩盤の物理・力学特性

ボーリングコアを用いた室内試験により,密度,弾性波速度,一軸圧縮強度,弾性係数などの物性値を取得しました。

1_5_9 地温の深度分布

ボーリング孔の検層により,地温の深度方向への変化を推定しました。

1_5_10 岩盤の熱特性

ボーリングコアを用いた室内試験により,岩盤の熱特性に関する情報を取得しました。

1_5_11 現場映像

ボーリング調査の動画をご覧いただけます。

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