フィッション・トラック

ニュースレター 第26号

16-20

2013年

北海道幌延地域に分布する堆積岩中のU, Thおよび微量元素の存在形態
小瀬村隆*・本多照幸*・水野崇**・村上裕晃**・野村雅夫***

Chemical forms of uranium, thorium and trace elements
in sedimentary rocks distributed in Horonobe area, Hokkaido
Takashi Kosemura*，Teruyuki Honda*，Takashi Mizuno**，Hiroaki Murakami** and Masao Nomura**** 東京都市大学大学院工学研究科, Graduate School of Engineering, Tokyo City University** (独)日本原子力研究開発機構地層処分研究開発部門,Geological Isolation Research and Development
Directorate Japan Atomic Energy Agency*** 東京工業大学原子炉工学研究所,Tokyo Institute of Technology Research Laboratory for Nuclear
Reactorsはじめに逐次抽出法

我が国では，原子力発電所から生じる高レベル岩石試料に含まれる希土類元素およびU，Thの放射性廃棄物（HLW）を中間貯蔵した後，深度存在量を存在形態毎に把握するために，既報の逐300m以深の岩盤中に地層処分することとなって次抽出法の手順（木川田ら，2007）に順じて逐いる．地層処分の安全性を評価するためには，次抽出処理を行った.

HLW中に存在する放射性元素であるマイナーア

本研究では，以下の3段階で抽出を行った；

クチノイド（MA）が地層中においてどのようなstep1：酢酸による抽出，step2：塩化ヒドロキ挙動をするかを把握することが重要となる.

シルアンモニウム溶液による抽出，step3：過酸

本研究では，堆積岩におけるMAの挙動を把握化水素水および酢酸アンモニウム溶液による抽することを目的とし，MAのアナログ元素として出．これら3段階の処理後で抽出されなかったも利用可能な希土類元素およびU，Thを逐次抽出のを残渣とした．各段階の存在形態は，酸可溶態法により堆積岩試料より抽出し，誘導結合プラズ

並びにイオン交換態(step1)，酸化物態(step2)，

マ質量分析計(ICP-MS)において分析を行った.な

硫化物態および有機物態(step3)，ケイ酸塩態(残お ， 本 研 究 で は ， ラ ン タノイ ド （ L n ；渣)と仮定し，試料中の各成分の存在形態とその57La-71Lu）とイットリウム（Y）を含めたものを割合を類推した．

希土類元素と呼称する.
分析

試料

誘導結合プラズマ質量分析計(ICP-MS)を用い岩石試料として，(独)日本原子力研究開発機構て，前述の方法より抽出した各段階の溶液が北海道幌延町において掘削したボーリング孔で

表 1:岩石試料のプロファイルた(表1)．これらの試料は幌延地域に分布する新表1 高速摩擦実験条件と試料分画箇所．

第三系の稚内層(珪質泥岩)およびその上位に分布

試料名

深度(m)

HDB6-177.70-77.80

HDB6-2(断層部)

104.40-104.50

HDB6-3134.25-134.30

各岩石試料は乾燥機器により50℃，24時間乾HDB6-4397.00-397.10

燥させた後，メノウ乳鉢を用いて粉砕し，粒径をHDB6-5(断層部)

412.90-423.00

HDB6-6491.80-491.90

する，同じく新第三系の声問層(珪藻質泥岩)から採取した.
実験

分析用試料の調整

100メッシュ以下に揃え，分析試料とした.

地質

声問層

稚内層

80
元素濃度変化率(％)(Sample/HDB6-6)

あるHDB-6孔から得られた岩石試料6試料を用い

60
40
200

HDB

HDB-20Th

図 3:稚内層での2

step1-3（液相全体）

20

Ce/Ce*率(％DB6-1)

160

声問

（step1，2，3）中に含まれる希土類元素およびら，断層部において，断層形成時の地下環境が酸U，Thの濃度を分析した．測定方法として, マト化的な環境であったか，現在は酸化的な地下水がリックス効果を補正するために内標準法を適用し涵養するような環境である事が示唆される．

た．添加する内標準には，天然存在度が低く，かつ分析目的の元素に干渉しない元素としてイン

健岩部に対する変質部のU，Th及び希土類元素ジウム（In）を選定した．の濃度変化率

なお，本稿では岩石試料中の希土類元素(La，酸化的な地下水が関与したと考えられる岩石でCe，Nd，Sm，Eu，Tb，Dy，Yb，Lu)およびの希土類元素およびU，Thの挙動を把握するた

U，Thの分析値を平賀・石井(2007)より引用しめ，肉眼観察により岩石試料を“健岩部”(声問た．

層：HDB6-1，稚内層：HDB6-6)，“変質部”(声問層：HDB6-2およびHDB6-3，稚内層：結果と考察

HDB6-4およびHDB6-5)と区別し，健岩部に対す各岩石試料がおかれていた酸化還元環境の推定る変質部の希土類元素およびU，Thの濃度変化

岩石試料に対し，逐次抽出処理を実施し得られを調べた．比較にあたっては，抽出相と固相のた各段階の溶液の濃度の総和に対し，Ce/Ce*値データを利用した．抽出相のデータは，本研究にを調べ岩石中の酸化還元環境を評価する．Ce/おいて実施した逐次抽出処理により得られた液相Ce*値の算出式(木村ら，2003)を次に示す．

中の濃度の総和である．また，固相のデータ(バルク)については，既存のデータを利用した(平!"!" ∗=賀・石井，2007)．なお，濃度変化率の算出式を3!" !"!"#$次に示す．

2!" !"!"#$ + !" !"!"#$

元素濃度変化率(％)＝{(Elα/Elρ)-1} 100

ここで，式中にあるNASCとは平均北アメリカ

表 1:岩石試料のプロファイル
頁岩(Nyakairuand Koeberl，2001)のことを指80

元素濃度変化率(％)(Sample/HDB6-6)

表し，E60 l ρは健岩部(声問層：HDB6-1，稚内層：
60Lnの価数は通常+3価であるが，Ceは酸化的環
試料名

深度(m)

80

ここで， E l αは変質部における各元素の濃度をす．
地質

境下では+4価となって水に溶けにくくなり，他HDB6-6)における各元素の濃度を示す．

HDB6-177.70-77.80のLnと比べて岩石中の濃度が高くなる傾向があ4040
声問層の断層部であるHDB6-2では，健岩部とる．すなわち，岩石試料中のCe/Ce*値を把握す
HDB6-2(断層部)
104.40-104.50
声問層

比較してThがバルクで低くなり，抽出相では高2020ることによって，その試料が酸化的な環境下におくなる傾向を示す（図2）．このことから，声問かれていたか，還元的な環境下におかれていたか層の断層部では，健岩部と比較してThが逐次抽
00

HDB6-3134.25-134.30

HDB6-4397.00-397.10を推測できる．各試料におけるCe/Ce*値を図1に示す．HDB6-5(断層部)

412.90-423.00

HDB6-4（バルク）

HDB6-4（液相）
出されるような存在形態として多く存在している
HDB6-5（液相） -20-20と示唆される．

稚内層

ThU

HDB6-5（バルク）ThU

図1より，断層部であるHDB6-2，HDB6-5にお稚内層の変質部では，健岩部と比較してUがバいてCeの正の異常が確認できる．このことか

ルク，抽出相で高くなる傾向を示す（図3）．ま図 3:稚内層での健岩部に対する変質部の U，Th 濃度変た，変質部の中においても違いが認められた．稚化率
内層の断層部であるHDB6-5は，HDB6-4と比較

HDB6-62491.80-491.90

step1-3（液相全体）

して，UおよびThの元素濃度変化率がバルクおよ20Ce/Ce*

HDB6-2（液相）
声問層
び抽出相共に高い割合を示すことから，UやTh
HDB6-3（液相）

元素濃度変化率(％)(Sample/HDB6-1)

Ce/Ce*値

は断層部に濃集する傾向がある．このことから，
0健岩部に対し断層部に含まれるUやThは存在形1態に差異があることが示唆された．図2，3よ-20
り，声問層と稚内層の変質部においては，Uの挙動が異なる傾向を示した．また，声問層と異な-40
り，Thに加えてUもバルク試料の元素濃度変化率
Pr Sm Gd Dy
Er Yb
HDB6-4（液相）
100 La稚内層

0.5

HDB6-5（液相）が高く，断層部に濃集する傾向を示した．
8017B6-1)

80

100
HDB6-2（液相）

80

HDB6-2（バルク）

0-20Y

図 1:各試料における Ce/Ce*値

20LaCePrNdSmEuGdTb
Dy
HoErTmYbLu

図1 各試料における Ce/Ce*値．

100

元素濃度変化率(％)(Sample/HDB6-6)

各試料の健岩部に対する変質部の希土類元素の60

元素濃度変化率(図4)より，声問層の断層部で
40

図 4:声問層および稚内層の健岩部に対する変質部の希土類元素濃度変化率

元素濃度)(Sample/

図 1:各試料における Ce/Ce*値

200La
CePr
Nd
Sm
Eu
Gd
Tb
Dy
HoEr
Tm

-20

元素濃度変化率(％)(Sample/HDB6-1)

100

ル

100
HDB6-2（液相）

8060

2000-20-20

声問層
稚内層

稚内層

元素濃度変化率(％)(Sample/HDB6-6)
元素濃度変化率(％)(Sample/HDB6-6)

地質
声問層

Th80 -40

U

土類元素濃度変化率

HDB6-3（バルク）402080

地質60

HDB6-3（液相）

40-40ル80

図 4:声問層および稚内層の健岩部に対するHDB6-2（バルク）6060406040化率
6020402040Th

図2 声問層での健岩部に対する変質部のU,Th 濃度変化率．

U8080
図 2:声問層での健岩部に対する変質部のU，Th 濃度変020

U，Th の NASC 規格化値

020

HDB6-4（バルク）

HDB6-5（液相） -20
ThU0
HDB6-4（液相）

Th
U
HDB6-4（バルク）

HDB6-4（液相）-200

図 5:声問層の断層部における希土類元

HDB6-5（バルク）-1-

HDB6-5（バルク）

HDB6-5（液相）-20-20
図 3:稚内層での健岩部に対する変質部のU，Th 濃度変ThUThU

図3 稚内層での健岩部に対する変質部のU,Th 濃度変化率．

化率6-3（バル-2（バル声問層-200-40-2010080-406010040

HDB6-2（液相）
HDB6-3（液相）

La稚内層
Pr Sm Gd Dy
Er Yb
HDB6-4（液相）
HDB6-5（液相）

La稚内層
Pr Sm Gd Dy
Er Yb
HDB6-4（液相）
HDB6-5（液相）

80
2060020

Y40-20

図4 声問層および稚内層の健岩部に対する変質部の希 土類元素濃度変化率．

0

図 4:声問層および稚内層の健岩部に対する変質部の希-20

土類元素濃度変化率

18Y*値

6-2（バル020

HDB6-2（液相）

化率HDB6-3（液相）

La
CePr
NdSmEuGdTb
Dy
HoErTmYb
Lu

e*値

声問層

LaCePrNdSmEuGdTb
Dy
HoErTmYb
Lu

Ce/Ce*

図 3:稚内層での健岩部に対する変質部のU，Th 濃度変
20
元素濃度変化率(％
元素濃度変化率(％元素濃度変化率(％元素濃度変化率(％)(Sample/HDB6-6))(Sample/HDB6-6) )(Sample/HDB6-1))(Sample/HDB6-1)

Ce/Ce*

図 4:声問層および稚内層の健岩部に対する変質部の希土類元素濃度変化率

6-3（バルU

U，Th 濃度変
図5 声問層の断層部における希土類元素および U,Th の NASC 規格化値．

図 5:声問層の断層部における希土類元素およびU，Th の NASC 規格化値

-1-

図6 稚内層の断層部における希土類元素および U,Th の NASC 規格化値．

図 6:稚内層の断層部における希土類元素およびThおよび希土類元素のNASC規格化値を示す．
U，Th の NASC 規格化値

は，健岩部と比較して逐次抽出される軽希土類元素の元素濃度変化率が低く，声問層中のUと似た声問層，稚内層共にstep2およびstep3で抽出さような挙動を示す傾向がある．一方で，稚内層のれた希土類各元素の濃度が高い．このことから，断層部では逐次抽出される軽希土類元素の元素

断層部に含まれる希土類元素は酸化物態や硫化物濃度変化率が健岩部と比較して高く，稚内層中の態として存在している可能性がある．また，U，U，Thの傾向と同様である．すなわち，稚内層

Thは声問層，稚内層を問わずstep3で抽出された中の断層部において，軽希土類元素はU，Thと同U,Thの値が高いことから，UやThは断層部にお様の挙動を示すと推測される．

いて硫化物態として存在していると示唆される．

断層部に含まれるU，Th及び希土類元素の存在

結論

形態

本研究により以下の知見が得られた.

逐次抽出処理により得られた各stepの溶液を(1) 声問層，稚内層において，断層部は健岩部とICP-MSを用いて分析し，断層部においてU，Th比較して酸化的な環境であったことが示唆さおよび希土類元素がどのような化学形態で存在しれた．ているかを調べた．図5，6に声問層(HDB6-2)，(2) U, Thは断層部において主に硫酸物態として稚内層(HDB6-5)の断層部を逐次抽出して得られ存在していることが示唆された．

たstep1，2，3溶液および引用したバルクのU，(3) 断層部では，希土類元素は主に珪酸塩態とし19て存在していることが確認された．の化学組成及び同位体組成より推定した古日

今後は声問層および稚内層の水-岩石反応等の本海海洋環境．地学雑誌112(4)，p586-607

検討を行い，より詳しく微量元素の挙動を把握し木川田喜一，早津岳宏，前川裕子，本多照幸，大ていく必要がある．

井隆夫2007：逐次溶解法を用いた火山性海底堆積物の微量元素形態別分析．日本海水学文献

会誌61(5),p286-292

平賀正人，石井英一，2007：幌延深地層研究計

George W.A.Nyakairu and Christian Koeberl，

画(第1段階)において採取されたボーリング

2001:Mineralogical and chemical

コアの鉱物組成・全岩化学組成および地表

composition and distribution of rare earth

ガスの化学組成．JAEA-Data/Code-022，

elements in clay-rich sediments fromp51-57

central Uganda．Geochemical

木村進一，鹿園直建，野原昌人，2003：堆積岩

Journal,Vol.35，p13-2820