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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
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      • 1_1 既存情報の評価・解析
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      • 1_3 物理探査
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    • サイトスケール
      • 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
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    • 6_5 地質・地質構造の調査研究
    • 6_6 地下水流動の調査研究
    • 6_7 地球化学の調査研究
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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_12 各技術の有効性および留意点

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1 地上からの地質環境調査(サイトスケール)

1_10 ボーリング孔を利用した調査・解析

サイトスケール領域において,地表地質調査や地上物理探査に基づき推定された不連続構造(断層など)および地質構造の空間分布を確認するとともに,岩盤中の透水性分布,特に水みちとなる構造とその分布を把握すること,地下水の水質の三次元分布および岩盤の物理・力学特性を詳細に把握することを重点に,主に堆積岩部を対象とした浅層ボーリング孔(4本:MSB-1~4号孔)と花崗岩部を対象とした深層ボーリング孔(1本:MIZ-1号孔)による調査を行いました。これらの結果に基づき,地質・地質構造(1_10_1, 1_10_2)や,その透水性,地下水圧,水理学的連続性(1_10_3),水質(1_10_4),初期応力(1_10_5)の深度分布を詳細に把握し,地質環境モデルの更新および研究坑道の設計に反映しました(1_11)。この際,広域地下水流動研究で掘削され,研究所用地に隣接するDH-2号孔(深度約500m)および研究所用地から約800m離れた地点にあるDH-15号孔(深度約1,000m)で得られた情報も参照しました。これらのボーリング調査終了後,地下施設の建設に伴う間隙水圧や水質の変化を把握するために,間隙水圧・水質モニタリング装置を設置し長期モニタリングを開始しました(1_10_6)。

得られた主な知見

サイトスケール領域におけるボーリング調査で,以下の地質環境に関する知見が得られ,モデルに反映されました(1_11)。

  • 浅層ボーリング調査により反射法物理探査で抽出されていた瑞浪層群中の地層境界面や土岐花崗岩との不整合面などの境界深度を確認するとともに(1_10_1),深層ボーリング調査で上部割れ目帯の境界深度と,その中に新たに確認された低角度割れ目集中帯の分布,研究所用地を横切る断層を数条(地表地質調査および地上物理探査で予測されていたものに加え,新たに確認された断層も含む)確認しました(1_10_2)。さらに,弾性波および比抵抗トモグラフィ探査ならびにマルチオフセットVSP探査と反射法弾性波探査による詳細な補足調査により上記の地質構造の連続性の推定精度を向上しました。
  • 浅層ボーリング調査により土岐花崗岩中の上部割れ目帯の水理特性が確認されるとともに,深層ボーリング調査により行われた単孔式水理試験や電気伝導度検層などにより,上部割れ目帯とその中に新たに確認された低角度割れ目集中帯,下部割れ目低密度帯の透水性のコントラスト(低角度割れ目集中帯と上部割れ目帯の間には40倍程度,上部割れ目帯と下部割れ目低密度帯の間には6倍程度の透水性のコントラスト)が確認されるとともに,研究所用地を横切りその領域の地下水流動に影響を与える北北西走向,北西走向,東西走向の断層の幾何学形状および水理特性や連続性が把握されました(1_10_3)。さらに,孔間水理試験により取得された非定常データに基づき地下水流動解析が行われ,水理地質構造モデルのキャリブレーションにより,断層の異方性などが推定されました。
  • 浅層ボーリング調査により,瑞浪層群浅部の地下水がNa-Ca-HCO3型水質を示し,トリチウムが検出されることから滞留時間が数年~数十年スケールであることに加え,瑞浪層群深部と土岐花崗岩上部ではNa-Cl型水質を示し,瑞浪層群の低透水層を境界に水質が変化することを確認しました。深層ボーリング調査では,土岐花崗岩深部にはNa-Ca-Cl型地下水が存在しており,その同位体組成や溶存化学成分比から化石海水や長期にわたる水-岩石反応を経て生成した塩水が希釈されたものである可能性が示されました(1_10_4)。
  • 深層ボーリング孔における水圧破砕法による初期応力測定により,主応力の大きさは深度に対し比例的に増加するが,深度600mを境にして増加傾向が大きく変化しており,深度600mを境に初期応力状態により2つのゾーンに区分できることが確認できました(1_10_5)。

また,ボーリング調査をとおして,ボーリング掘削技術(1_12_3),ボーリング孔における各種の調査・試験技術(1_12_4,1_12_5,1_12_6,1_12_7,1_12_8)の適用性を確認しました。

整理した地質環境情報の概要
1_10_1 浅層ボーリングによる基盤岩被覆層の調査

サイトスケール領域における地質・地質構造の三次元分布データや地下水の水理特性・地球化学特性を把握するため,掘削長99~201mの4本の浅層ボーリング孔を領域内において掘削し,ボーリングコアや孔壁の地質学的調査,水理試験や物理検層,物理探査,地下水の採水・分析などを行いました。

1_10_2 深層ボーリングによる基盤岩の調査

ローカルスケールおよびサイトスケール領域における地下深部の岩盤を対象としたこれまでの調査・解析で重要と考えられた地質構造(北北西走向の断層,上部割れ目帯など)の分布,水理特性,地下水の水質,力学特性の把握を目的として,深層ボーリング調査を実施しました。本段階で掘削されたMIZ-1号孔(掘削長1,350mの傾斜孔)は,地下深部の地質環境特性の把握に加えて,ボーリング孔が研究所用地を越境しないこと,地上設備の設置工事の妨げにならないこと等の制約条件や,調査後には地下水モニタリングへ活用することも念頭に置いて計画・調査を行いました。

1_10_3 不連続構造の水理特性の調査

ボーリング孔において地質観察,物理検層,流体検層および水理試験を実施するとともに,孔内に長期モニタリング装置を設置し地下水の水圧観測を行いました。その結果,岩盤中の主要な水みちとなる不連続構造の分布や水理特性を推定することができました。また,水圧応答データからは不連続構造の水理特性の解釈に有効な岩盤中の水理学的な連続性を把握することができました。

1_10_4 地球化学調査

地下施設建設前の地球化学環境を把握し,ローカルスケール領域の調査で得られた知見を確認,更新するためにボーリング調査を行いました。

1_10_5 初期応力場の調査

ボーリング孔を利用した試験やボーリングコアを用いた室内試験により,岩盤の初期応力状態を三次元的に把握します。

1_10_6 モニタリング計画の立案


地下施設周辺の地質・地質構造と地下水の水質分布の概念図

処分事業におけるモニタリングでは,処分場周辺の地質環境の把握と,処分場の建設・維持管理によるその変化を把握するために必要なデータを取得することが考えられます。これらのデータが地質環境モデルの更新や安全評価に利用されることを考えると,モニタリングは,実際の立地地域において処分事業を進めていくかどうかを議論するうえで,利害関係者となる地元住民や自治体の理解醸成や,その意思決定プロセスの支援などに必要な情報を取得する手段とも言えます。

地上から掘削されたボーリング孔での地下水モニタリングについては,既存技術によるモニタリング事例が蓄積されており,その実用性が確認されつつあります。ここでは,地上からの地質環境調査の段階におけるモニタリング計画の立案に係る現状の知見や課題を整理しました。

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