(57)【要約】【課題】井戸を掘削しながら並行して簡便且つ迅速に塩淡境界を判別する。【解決手段】掘削水を用いてボーリングマシン１４により井戸１６を掘削し、その際に、孔口から溢流する泥水中のＮａ＋  イオン及び／又はＣｌ−  イオンとＳＯ４２−  イオンの濃度を測定し、Ｎａ＋  イオン及び／又はＣｌ−  イオン濃度が急増するか又は増大した状態で、且つＳＯ４２−  イオン濃度が低減している深度を古海水帯水層と判別する。またＳＯ４２−  イオン濃度が増大している深度を現世海水帯水層と判別する。更に、孔口から溢流する泥水中のＨＣＯ３−イオンを測定し、ＨＣＯ３−イオン濃度が小さい領域を天水性淡水地下水帯水層とし、ＨＣＯ３−イオン濃度が大きい領域を流動性淡水地下水帯水層と判別する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削水を用いてボーリングマシンにより井戸を掘削し、その際、孔口から溢流する泥水中のＮａ＋  イオン及び／又はＣｌ−  イオンとＳＯ４２−  イオンの濃度を測定し、Ｎａ＋  イオン及び／又はＣｌ−  イオン濃度が急増するか又は増大した状態で、且つＳＯ４２−  イオン濃度が低減している深度を古海水帯水層とすることを特徴とする泥水中のイオン濃度分析による塩淡境界判別方法。
【請求項２】
ＳＯ４２−  イオン濃度が増大している深度を現世海水帯水層とする請求項１記載の泥水中のイオン濃度分析による塩淡境界判別方法。
【請求項３】
孔口から溢流する泥水中のＨＣＯ３−イオン濃度を測定し、ＨＣＯ３−イオン濃度が小さい領域を天水性淡水地下水帯水層とし、ＨＣＯ３−イオン濃度が大きい領域を流動性淡水地下水帯水層とする請求項１又は２記載の泥水中のイオン濃度分析による塩淡境界判別方法。
【請求項４】
孔口から溢流する泥水を掘削水タンクに貯め、ボーリングマシンに戻して再注入する循環方式とし、孔口と注入部とで各イオン濃度の差を求め、その差の大小で判別する請求項１乃至４のいずれかに記載の泥水中のイオン濃度分析による塩淡境界判別方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、井戸を掘削しながら塩淡境界を判別できる方法に関し、更に詳しく述べると、掘削時に孔口から溢流する泥水中に存在する所定イオンの濃度を求めることにより、簡便且つ迅速に塩淡境界を判別する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【非特許文献１】
「物理探査による沿岸地域の地下水塩淡分布調査」地球惑星科学関連学会２００２年合同大会Ｈ０６０−００８、２０００年５月２７−３１日、東宏幸他
【０００３】
沿岸地域では、地下に存在する水には通常の地下水（淡水）と塩水がある。一般に塩水の方が密度が大きいため深度の大きな領域（深部）にあるが、その中でも深い部分には現世海水とは性質の異なる古海水（化石海水）が存在する。これらの地下水は、その性質が異なるため、利用目的も異なり資源としての価値も異なる。
【０００４】
図２に模式的に示すように、関東平野を始めとする殆ど全ての平野や大地は、海洋性堆積物で構成されており、人間居住域の地下水は、その殆ど全てが、
１．表層の天水性淡水系地下水
２．流動性淡水系地下水
３．（特に海岸域で）現世海水系地下水
４．深部に存在するミネラル分の多い古海水系地下水
の順で堆積している。勿論、これらの帯水層の全てが常に存在しているわけではない。
【０００５】
ここで沿岸地域の深部に存在する古海水は、その地層ができたときに取り込まれた海水であり、拡散せずに止まっている。つまり、この古海水帯水層は、海水（現世海水）が潮汐などで動いても動かずに止まっている安定な地層である。そのため、最近、高レベル放射性廃棄物の地層処分場の構築箇所として注目されている。また地下水（淡水）には、表層の天水性淡水系地下水と流動性淡水系地下水があるが、流動性淡水地下水は遠くから流れてくる枯れない水であり、安定しているために、特に地下水資源として有用である。
【０００６】
従って、必要に応じてこれら各層の境界を判別することが必要となる。しかし従来方法では、井戸の掘削を行い、地下水の深度方向の混入を避けるためにパッカー工法などの煩雑な処理を行った後、深度毎に地下水を採取し、採取した試料を特別な分析機関に送り、炭素あるいは水素の放射性同位体による年代測定を行うことによって古海水帯水層の位置を特定している。しかし、これら放射性同位体の分析は高度な技術を必要とし、多くの時間と費用がかかる欠点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
最近、本発明者等は、物理探査による沿岸地域の地下水塩淡分布調査を試みた（非特許文献１参照）。ここでは、物理探査手法を利用して間隙水の電導度を測定し、塩淡の区分を行っている。この手法による調査結果は信頼性が高いと考えられるが、測定が大掛かりになる。
【０００８】
また、飲料用や温泉などに地下水を利用する場合には、井戸を掘削して地下水を採取した後、実験室に持ち帰り、各種の水質分析を行い地下水の性状を判定している。その後、適切な深度まで井戸を埋め戻したり、あるいはケーシングパイプを挿入して関係のない深度の地下水が井戸に混入しないように施工し、目的とする深度の地下水だけを井戸内に導入する措置を講じている。
【０００９】
しかし、この方法では井戸掘削から竣工までに時間がかかり、管理経費の増大や事故（孔壁の崩壊など）の可能性を解消できないなどの問題も生じる。
【００１０】
更に、いずれにしても従来技術では井戸を掘削しながら並行して効率よく塩淡境界を判別することはできない。
【００１１】
本発明の目的は、井戸を掘削しながら並行して簡便且つ迅速に塩淡境界を判別できる方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
塩水が地層に長期間取り込まれ還元状態に長く置かれるとＳＯ４２−  イオンが減少することが分かってきた。本発明は、その現象を利用して地下水の性状を掘削と並行して判定する方法である。即ち本発明は、掘削水を用いてボーリングマシンにより井戸を掘削し、その際、孔口から溢流する泥水中のＮａ＋  イオン及び／又はＣｌ−  イオンとＳＯ４２−  イオンの濃度を測定し、Ｎａ＋  イオン及び／又はＣｌ−  イオン濃度が急増するか又は増大した状態で、且つＳＯ４２−  イオン濃度が低減している深度を古海水帯水層とすることを特徴とする泥水中のイオン濃度分析による塩淡境界判別方法である。また、ＳＯ４２−  イオン濃度が増大している深度は現世海水帯水層と判別する。
【００１３】
更に、淡水系地下水は、滞留時間が長くなると、その地下水中でのＨＣＯ３−イオンの溶存比率が増すことが分かってきた。本発明は、その現象を利用して地下水の性状を掘削に並行して判定する方法である。即ち本発明は、掘削水を用いてボーリングマシンにより井戸を掘削し、その際、孔口から溢流する泥水中のＨＣＯ３−イオン濃度を測定し、ＨＣＯ３−イオン濃度が小さい領域を天水性淡水系地下水帯水層とし、ＨＣＯ３−イオン濃度が大きい領域を流動性淡水系地下水帯水層と判別することを特徴とする泥水中のイオン濃度分析による塩淡境界判別方法である。
【００１４】
泥水は産業廃棄物となる。そこで実際には、環境汚染を極力低減するために、孔口から溢流する泥水を掘削水タンクに貯め、ボーリングマシンに戻して再注入する循環方式が採用されている。その場合には、井戸の孔口と掘削水注入部とで各イオン濃度の差を求め、その差の大小で必要な判別を行うことになる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明方法を実施する掘削装置の一例を示す説明図である。先端に掘削ビット１０を装着したボーリングロッド１２をロータリ式ボーリングマシン１４によって回転駆動することにより、井戸１６を掘削する。掘削の際、地上に設置した掘削水タンク１８からポンプ２０で吸引し、掘削水を圧送しボーリングロッド１２を通して先端の掘削ビット１０に供給する。掘削水は、掘削ビットを冷却する機能を果たす。そして、この掘削水と地下水とが混合した泥水が孔口から溢流し、掘削水タンク１８に貯められる。泥水は、切削したスライムを孔外に排出する機能、逸水を防止する機能、孔壁を保護する機能などを果たす。孔口から溢流する泥水は産業廃棄物となるので、通常、掘削水タンク１８に一旦貯め、濃度などを調整して掘削水としてポンプ２０でボーリングマシン１４に戻してボーリングロッド１２を通して再注入し、循環使用する。
【００１６】
このような井戸掘削システムにおいて、この実施例では、孔口から溢流する泥水と注入部からボーリングロッドに注入する掘削水に現れる所定のイオン（ＨＣＯ３−イオン、Ｎａ＋  イオン及び／又はＣｌ−  イオン、ＳＯ４２−  イオン）の各濃度を、例えば図１のＡ位置とＢ位置で測定する。勿論、測定に便利なように、Ｂ位置に代えて吸引口のＣ位置で測定してもよい。そして、それぞれのイオン濃度の差を求める。
【００１７】
井戸掘削の掘削水としては、通常、河川水や水道水（工業用水道）を使用することが多い。これらの水には、上記のような特定のイオンは殆ど含まれていない。従って、掘削時に孔口から溢流する泥水（掘削水と地下水が混合したもの）中のイオン濃度に着目し、孔口の泥水と注入部の掘削水とのイオン濃度差を求めることで、掘削時に井戸に流入する地下水の影響を正しく反映させることができるのである。
【００１８】
図３の（ａ）〜（ｄ）に掘削深度と地層の関係を示し、各状態おける特定のイオンの濃度について以下説明する。
【００１９】
まず、表層の天水性浅部淡水系地下水帯水層まで掘削した場合には（ａ）、泥水中に現れるＨＣＯ３−イオン濃度は小さい。掘削が進んで、流動性深部淡水地下水帯水層に達すると（ｂ）、泥水中のＨＣＯ３−イオン濃度は急増する。流動性深部淡水系地下水のＨＣＯ３−イオン濃度は２００〜７００ｐｐｍ  （平均的には３００ｐｐｍ  程度）であり、これと掘削水が混合した後の泥水中では、最低でも５０ｐｐｍ  程度の濃度となる。また孔壁を保護するために使用するベントナイトなどの保護材料にはＨＣＯ３−イオンは含まれていないため、保護材料濃度に関係なく循環してくる泥水中のＨＣＯ３−イオン濃度を測定するだけで、その深度の地下水が天水性浅部淡水地下水か流動性深部淡水地下水かが判定可能である。つまり、溢流する泥水中のＨＣＯ３−イオン濃度がほぼ０ｐｐｍ  であれば天水性浅部淡水系地下水帯水層であり、数十ｐｐｍ  であれば流動性深部淡水系地下水帯水層であることが分かる。因みに、例えばＨａｃｈ社製ＴｅｓｔＫｉｔを用いれば、０〜１０００ｐｐｍ  までの範囲で０．１ｐｐｍ  の精度でＨＣＯ３−イオン濃度を測定することができるため、十分に判定可能である。
【００２０】
更に掘削が進むと塩水が存在する深度に達する。これは、泥水中のＮａＣｌ、即ちＮａ＋  イオン及び／又はＣｌ−  イオンが急増することで分かる。従って、原理的にはＮａ＋  イオン又はＣｌ−  イオンのいずれかを測定すればよい。そして、ＳＯ４２−  イオン濃度を指標とすることで還元状態に長く置かれていたか否かを判定できる。掘削が現世海水帯水層に達しているとすると（ｃ）、ＳＯ４２−  イオン濃度は大きいが、古海水帯水層に達しているとすると（ｄ）、ＳＯ４２−  イオン濃度は小さい。即ち、現世海水のＳＯ４２−  イオン濃度は２０００〜３０００ｐｐｍ  程度であるが、通常の応力状態では百年程度が経過すると１００ｐｐｍ  以下になる。従って、例えば共立理化学研究所製デジタル簡易水質計ラムダ８０００シリーズを使用すると、５〜２００ｐｐｍ  の範囲で測定可能であるため、泥水中のＳＯ４２−  イオン濃度を測定することで、その深度での塩水が現世海水であるか古海水であるかが判別できる。つまり、溢流する泥水中にＮａ＋  イオン及び／又はＣｌ−  イオンが十分に存在し、しかもＳＯ４２−  イオン濃度が数百ｐｐｍ  であれば現世海水帯水層であり、ＳＯ４２−  イオン濃度がほぼ０ｐｐｍ  であれば古海水帯水層であることが判別できる。
【００２１】
古海水帯水層の探査では、地下数百ｍ〜千数百ｍの深度まで井戸を掘削する。このとき、掘削に並行して例えば５０ｍ毎にＮａ＋  イオン及び／又はＣｌ−  イオン、ＳＯ４２−  イオンの各濃度をする。これによって、上記のように古海水帯水層の位置を特定することができる。また、掘削に並行してＨＣＯ３−イオン濃度も測定すれば、掘削の過程で、現在掘削している深度が、天水性淡水系地下水、流動性淡水系地下水、現世海水系地下水、古海水系地下水のいずれの領域であるかの区分を行うことができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は上記のように、掘削水を用いて井戸を掘削し、孔口から溢流する泥水中の所定のイオンの濃度を測定する方法であるから、井戸の掘削と並行して簡便且つ迅速に塩淡境界を判別できる。また、天水性淡水系地下水、流動性淡水系地下水、現世海水系地下水、古海水系地下水の領域区分を行うことができる。本発明方法は、簡便且つ迅速に判別可能であるため、掘削コストを下げ、掘削事故の可能性を低減でき、地下水資源の適切な評価が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を実施するための装置の一例を示す説明図。
【図２】沿岸地域の地下水分布の説明図。
【図３】帯水層と井戸の関係を示す説明図。
【符号の説明】
１０  掘削ビット
１２  ボーリングロッド
１４  ロータリ式ボーリングマシン
１６  井戸
１８  掘削水タンク
２０  ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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