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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
      • 1_2 既存情報の評価・解析
      • 1_3 物理探査
      • 1_4 表層水理調査
      • 1_5 ボーリング調査
      • 1_6 モデル化・解析
    • 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
    • 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
    • 4_4 国際連携・貢献
    • 4_5 理解醸成活動
    • 4_6 地域との対話
    • 4_7 広報事例
  • 5 各種データ
    • 5_1 地下水環境データベース
    • 5_2 地上からのボーリング調査データ
  • 6 成果リスト
    • 6_1 基本計画書
    • 6_2 段階計画書・報告書・中間取りまとめ
    • 6_3 年度計画書
    • 6_4 年度報告書
    • 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
    • 6_8 物質移動の調査研究
    • 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
    • 6_12 建設
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  • 2 地下施設の建設・維持管理時の地質環境調査
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    • 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

2 地下施設の建設・維持管理時の地質環境調査

2_2 地下施設の建設・維持管理時の地質環境調査技術

地下施設の建設・維持管理時には,地下施設が建設されることで地下深部の新たなデータが取得される一方で,地下施設の建設に伴い地質環境は人工的な擾乱を受けます。そのため,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)および第3段階(研究坑道を利用した研究段階)では,第1段階で構築した地質環境モデルの妥当性確認と更新や,研究坑道掘削による人工的な擾乱の把握のため,坑道から掘削されたボーリング孔による地質環境調査を実施するとともに(2_2_1),第1段階で掘削されたボーリング孔において地下水の水圧・水質モニタリングを実施しました(2_2_2)。それらのデータに基づき,研究坑道周辺の掘削擾乱領域(2_2_3)や掘削損傷領域(2_2_4)の把握・評価を行いました。また,花崗岩中の物質移動現象の理解を深め,モデル化技術を試行するととともに(2_2_5),それらに影響を与えるコロイド・有機物・微生物の調査を行いました(2_2_6)。さらに,取得されたデータに基づき地質環境モデルを更新するとともに(2_2_7),坑道閉鎖時の環境回復現象の理解を深め(2_2_8),坑道周辺および地下施設全体を対象とした地下施設閉鎖後の回復挙動の予測解析を行いました(2_2_9,2_2_10)。

これら個々の主な成果は,各項目をご覧ください。

2_2_1 ボーリング孔による地質環境調査技術

地上からの地質環境調査で構築した地質構造モデルの妥当性確認と更新のため,研究坑道内においてボーリング掘削を実施し,地質・地質構造の観察やモニタリング装置の設置を行いました。

2_2_2 ボーリング孔を利用した水圧・水質モニタリング技術

地下施設の建設・操業時には,地下施設に湧出する地下水を長期にわたって地上に排水するため,周辺の地下水流動が変化し,それにより地下水の水圧・水質の変化が引き起こされます。瑞浪超深地層研究所では,研究坑道掘削前の初期環境条件から10年間以上にわたり,地下施設の建設・維持管理に伴う地下水の水圧・水質の変化を確認しました。

2_2_3 地下施設周辺の掘削擾乱領域の評価技術

大規模な地下施設の建設時には,周辺の地下水環境が初期状態から大きく変化する可能性があります。それらに関わる知見を得るため,ボーリング孔を利用した地下水の水圧・水質モニタリングの結果に基づき,地下施設周辺の地下水環境の擾乱領域とその内容について整理しました。

2_2_4 坑道周辺の掘削損傷領域の評価技術


深度500mにおいて取得された坑道周辺岩盤中の弾性波速度分布と弾性波の減衰特性分布

地下施設の建設によって,坑道周辺には掘削損傷領域や掘削擾乱領域が形成されます。坑道内で弾性波探査や比抵抗探査などの物理探査を実施することにより,これら領域の分布を推定することができます。

2_2_5 物質移動特性の評価技術 -花崗岩中の物質移動-

日本の結晶質岩は,海外と比較して割れ目の密度が高く,岩体の形成年代も新しいという特徴があります。このような特徴を持つ岩盤の物質移動特性を把握するため,岩盤中に存在する移動経路や地下水中の元素の挙動などに関するさまざまな調査や技術開発(①岩盤中での物質移動現象の理解と②物質移動に影響を与えるコロイド,有機物,微生物の評価(2_2_6),③坑道周辺を対象とした地下施設閉鎖後の回復挙動の予測解析(2_2_9)の中の物質移動の評価に必要な割れ目ネットワークのモデル化技術の開発)を実施しました。

ここでは,①岩盤中での物質移動現象の理解について紹介します。

2_2_6 物質移動特性の評価技術 -コロイド・有機物・微生物の影響-

日本の結晶質岩は,海外と比較して割れ目の密度が高く,岩体の形成年代も新しいという特徴があります。このような特徴を持つ岩盤の物質移動特性を把握するため,岩盤中に存在する移動経路や地下水中の元素の挙動などに関するさまざまな調査・技術開発(①岩盤中での物質移動現象の理解(2_2_5)と②物質移動に影響を与えるコロイド,有機物,微生物の評価,③坑道周辺を対象とした地下施設閉鎖後の回復挙動の予測解析(2_2_9)の中の物質移動の評価に必要な割れ目ネットワークのモデル化技術開発を実施しました。

ここでは,②物質移動に影響を与えるコロイド,有機物,微生物の評価について紹介します。

2_2_7 地質環境モデルの更新

研究坑道掘削に伴う地質環境の変化に関するデータに基づき地質環境モデル(地質構造モデル,水理地質構造モデル,地球化学モデル,岩盤力学モデルの総称)を更新しました。そのモデル更新によって,地上からの地質環境調査で構築したモデル(1_11)の妥当性確認や不確実性低減の程度を評価するとともに,地下施設の建設や維持管理時におけるモデル更新の考え方を整理することができました。

2_2_8 坑道閉鎖に伴う環境回復現象の評価(再冠水試験)

地下施設の建設・操業段階では,地下水の排水や換気に加え,セメント系材料などの人工物を持ち込むため,地下水環境は乱され初期状態から大きく変化することになります。一方,坑道閉鎖後は,地下水が戻って空気が無くなっていき,初期状態に向かって回復していくことが考えられます。その閉鎖後における地下水環境の回復・定常化過程を把握することを目的として,坑道を地下水で満たす再冠水試験を実施しました。

2_2_9 地下施設閉鎖後の回復挙動の予測解析 -坑道周辺を対象として-


再冠水試験時の冠水坑道周辺におけるCl-濃度分布の予測解析結果

地下施設の建設に伴う坑道からの排水により坑道周辺の地下水の水圧や水質が変化しますが,地下施設閉鎖後にも坑道からの排水の停止などにより地下水の水圧や水質の変化が予測されます。坑道閉鎖後の回復挙動の予測解析として,瑞浪超深地層研究所の深度500mの冠水坑道で実施した再冠水試験を対象に,坑道閉鎖時の地下水の水圧・水質変化の予測・再現解析を実施しました。

2_2_10 地下施設閉鎖後の回復挙動の予測解析 -施設全体を対象として-

瑞浪超深地層研究所では,深度500mに及ぶ研究坑道の埋め戻しに関する予測解析を実施し,坑道埋戻し後10年程度の地下水の水圧およびCl-濃度の変化を推定しました。また,坑道の埋め戻し材の透水性の違いが地下水環境の回復挙動に及ぼす影響について確認しました。

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