ンタトピックス
GEMENT@ CENTER@ TOPCSノⅠ

次目l

地殻の力学的安定，生昔O
O平価、センタ一のうこき

地殻の力学的安定性評価@

たときの地下の 処分場の超長期安定性について

はじめに処分サイトあ るいはその候補地が 決まる段階では ，サイト周辺の地質構造の現状と 将来の予測を大方の専門家の 賛同が得られた

ノⅡ検討を行っている 例を紹介する。
宇宙と海洋と 地下 co ことを ビ 0つ 程度人類は埋 解

えで一般の方たできたのかと 考えてみると ，地下はぽとんど 未知

ちにも解りやすく ，J;すことが重要であ り， 原子力の領域てあ るといえる。 特に地Ⅰ ，ほ つくられた 人

ぅ

環境整備センタ 一ではそのために 必要なデータを収集して確実な 解析ができるシステムの 確立を目旨して研究を 行っている。
この調査研究は ，放射性廃棄物の 陸地処分に関才て 処分場周辺の 地質構造の安定性を 評㎜」 ，そ09 結果を画像として 解りやすく示すことを 目的としている。 ここては，内懐として 示すために行っている解析の 進め方，ほ ついて報告する。 なお， 本
小高は昨年・Ⅱ同27 日に当センター 20 周年‑記念講演において報告されたものてある。

放射性廃棄物の 陸地処分に関して ，処分場周辺の地質岩盤の安定性を 評価する手法には ，化学的な 側面，水理地質学的な 側面等様々あ るが， 力学的な側面もその 一つであ る。 日本列島は太平洋 プレートとフィリピン 海 プレートによって 東西方向の 圧縮を受けている ，世界でも最も 活動的な場に置かれている(第 l 図 っ 。

第 l図

この圧縮場を 考慮しO

工
構造物が超長期にわたってどのようにか，変化して計算を効率よく 実行するコードの 開発を行 ‑フということを 考える必要が 生じたのは 最(6) 計算機上での 不連続 体 取り扱い手法の 開発

近のことであ り， ぱ とんど手つかずの 状態てあ る
大工構造物の 力学的解析は ，単純な数式化が 難しい地層や 断層の不連続現象

これまて橋梁やビルの 設計，岩盤の安定性評価等に 利用されているが ，を計算機で取り 扱う 干 ・法を開発する。同時にこれ

地殻の安定性に 関する問題を 取り扱った例は 多く

までに二次元断面図で 検討していたことを ，三次ない。

元 的に計算機て 取り扱えるよる

うにテータをカロエす

オ ・法を開発する。

2 . 開発検討要素

Ⅲ 地殻構造モデルの 作成
地下構造を人間が 直接 目 で見て知る方法は ，坑本稿には詳しく 紹介しないが ，以下の検討を行ぅ

必要があ る。

きには，掘削して 得られる，情報はあくまて線の情
報 ずあ る。試錐は旧ソ連 ( ロシア ) が深度12,261

解析結果表示方法の 開発

m を達成し，唯一世界で 10,000m

検証方法の検討

メⅡ

道を掘削するほかなりが ，広い 領域を議論すると(7) その他の開発検討要素

データベース・ソフトの 開発を超えているが ，これまた線の 情報でしかない。 三次元的な評価をするためには 別の手段を用いる 必要があ る。 そこ

3 . 研究の方法

で 使われているのが 物理探査データであ る。地表
地質データと 物理探査データとから 地ト構造を推定し 力を加えたときの 岩盤の挙動が 粘性的であⅢ 調査地域の選定
資源探査や防災の 観占から地質データや 地球物理データ等が 比較的多く取られており ，地質構造るか，弾性的であ るか， あ るいは塑性的であ るかが明瞭で， かっ H 本の一般的な 地質を代表するとを合理的に推定する。

兄 なせる近畿地方と 東北地方からモデル 化地域を選定した。

(2) 地殻の長期変動構成則の 検討
有限要素法 (Finite 団 ementMethod) や馴*バネモデル (Rigid Body
Sp ing Model) を(2) モデルの設定用いて計算するときの 地殻の挙動を 数式に表現す広域モデルる。地震の発生のように

城モデル (20kmX20kmX5km),

Ⅰ 仁中り間欠的に起きる 現象も取(約 150kmX

X 数 l00km
約 l50kmXl0

X 数 l0km),
数 km),
山

近傍モデル (lkm

Xlkm Ⅹ lkm)
規模の異なるモデルを 設定した。
最終的な地下構造物の 安全性の評価は 近傍モデル扱える式にする 必要があ る。とず 議論することになるが ，大きな視野からモデルの構築と検討を 行 い ，評価を行い ，規模の異なる動きにより集積された応力の 解放結果として 発生した地震の ，地衣における傷跡であ る。 したがって地震は 応力のモデル問の整合性が 取れて，初めて局所的な現象をも正しく考察することができる。

たまる所に発生し ， また一度 傷 がてきると何度もそこに発生することになる 0 発生確率はどこても㈹る

同じというわけてはない。 この断層の発生に 関す

地質データの 調査解析
地表地質データ ，各種物理探査データを 組み合わせて構造解析計算に 使用するためのモテルを 作成する。

検討を 4% ,フ(4) 解析に必要な 物性値の決定

丘(4) 力学的構造解析

め午析 に必要な応力，岩盤の 弾性係数や ポァ ソン
上ヒを推定する。 また， 断層の動きを 定量化するた地質データの 解析から得られたモデルをの の ば れ定数などを推定する。

用いて有限要素法や 剛体バネモデル 等の構造解析コード

により，近傍および 中城モデルの 地質構造の変動(5) 三次元大規模計算機コードの 開発@llm午折る行 ,フ

三次元にすることで 飛躍的に要素数が 増大するO

せ㈹ 断層の進展に 関する検討
活断層の地下のテクトニックな(数 100km列島モデル「

4 . 地質 デ 一ク の 調査解析 例

右 が地表近くに 存在してりることが 多い。 地形Ⅲ 物理探査 デ 一ク の 持つ意味
地質構造モデルの 作り方を紹介する 前に，物理を等高線 ぞ 表すよさに，正力 の 測定値を等高線。の形で示すことができる。 この等高線の 間隔が狭くなっているところは・ 重力が急激に 変化し探査データの 持っ意味を簡単に 紹介する。ているところで ，地下て 。 密度の高 い岩体 に断層
重 /} テ 。 一タ

等の何らかの 理由により @ 度の差が生じている

重力探査とは 地表面において 重力加速度を 測定し，地下の密度構造を推定する 方法であ る。
重力は，質量に 比例し，距離の二乗に 反 ヒ倒 する。 したがって，地表での 測定値が大きいとい断面を姉 ‑W に沿って作成すると ，等高線の間隔の狭くなっている 箇所は，地表で知られていこヒ が考えられる

上る(第 2 図 ) 。 近畿地方の重力活断層と一致している(第 3 図 )0

うことは・小さいところに 比べて密度の 高い岩
地震探査データノ

地表あ るいは地下 浅 所で人工的に 発生させたⅠ

茸・力 @Bルヒ 直

地震波を，受信機を 使って測定し ，地下構造を推定する方法であ る。岩石の中を通る 地震波速地表面平方根に反比例すると りぇる 。 すな む ち，地震Ⅲ

層
密度の低 い 岩石

度は ，

波速度は円石が 硬 いぱビ 大きく．密度が大きい
j@ⅢⅠ t示を．1き密度の低 い 岩石

ぽぼ 弾性係数の平方根に 比例し，密度のぽビ 小さくなる。 岩石の違いによる 密度の差はあ まり大きくなく ，だいたい 2.79 <Cm,程度で密度の高 い 岩石ノ

あ るのに 上ヒ べて，弾性係数は 大きく変わるので地震波速度は 岩石の硬さによるといってよい。

堆積岩でいえば ，地表近くにある地質年代の 新第2図

しい岩石は柔らかく 速度が小さ l、 のに対して，地質年代の占い 同結の進んだ 岩石は硬く速度が大きい。 地下の同 結 度や密度が異なる 地層面で反射してくる 地震波の受信機までの 到達時間をもとに。 他ド 0 層状構造を計算 ず 求める，
第 4 図 " は 四国の室戸岬沖から 日本海側の松江 沖 にかけて行った 地震探査データに 基づき，Ⅰ南北に断面を 作成したものであ る。 地震波速度の違い な 濃淡で表している。 図中の数字が 地震
波速度 ず ， 単位は km 。Sec であ る。 図の右側が四回 沖 に相当し， フィリピン 海 プレートが緩く
ノ左 (Ⅱりに傾いて 日本列島の ドに 沈み込んで し8 棟 子 がみられる。
地震データ

地震探査は地中を 伝わる地震波の 速度から構造を推定する 方法であ るが， ここで いう地震データはこの地震探査データではない。 自然発生している地震の 震源地の姉次元的な 分布から地下岩盤の物性の 違いを推定することを 目的ヒしている。 日本で発生する 地震の大部分はプレートの沈み込みによる 大規模地震てあ る。

第 3図

Oヒ直下型地震 とこの直下型地震の 発生する深度はせl6 0・じ， ‑/， TnK

@rl
@@

第4図
ぜぃ 30k Ⅲまでずあ り， 地 蓑の発生する 浅いとす地質 断而 図を作成する。 地質断面を岩相によりころと発引しない 深し、 ところとては 物性に違いフロック分けし ，それぞれのフロックに 一定の密度をザぇ ると，地表の 任意の地点でこがあ ると考えることがてきる。

なるはずう

第 5 図に近畿地方の 地震震源分布断面図を 示だという重力加速度を 計算 ず 求めることができるす。 この図によれば ，地震の起きている 場所のこのようにして 計算 ず 得た値と，実際の 地表 ず 測

深度は 20 ないし 30km定した値とを 上ヒ べることにより ，推定した断面がまでであ ることがわかる@ いところは力が 加わったときガラスのよに 壊れる 塑 ,4@変形をする 0ヮに 対し ，Ⅱう

正しいかビ ラか判定することがてきる。 計算 値と深いところ

測定値が一致するよう ，地質的に矛盾がなり 範囲は 極端な高 い力 をすれば水飴のように 変形して内て ，何回か断面を 変更して再計算するという破壊が起こらな い 粘性変形をすると 考えられて

行 錯誤を繰り返すことによりいる。

i‑
与ることができる

考慮しなけ

試

より正確な 断而を(第 6 図，第 7 図，第 8 図 ) 。

第 6 図の地質構造図から 第 7 図の密度構造図を

このような物性の 違 いは構造計算をする 上て甘，田メ作成し，地表の重力を計算で i長 める。 第 8 図 閃 9@l

L ばならなし、屯要 な要素てあ る

定 して得られた 実測値 (実線 )と，計算ぞ 得られた値 (九印 ) を 上ヒベ ，密度構造図を 試行錯誤によ(2) 地質構造モデルの 作成
地表地質データ ，地震探査データから 堆積岩，修正しながら 再計算し，結果としてよい 一致 が兄 ら nL た 状態を示している。 このようにして 得られた密度構造図を 基に，地質構造図の 修正を行う
地震データから 塑性変形領域と 粘性変形領域の噴出岩，貫入岩等の 分布状況， ならびに断層を 表境界を描き，構造図を 作成する。
5 . 構造解析 例
地質資料に基づく 六甲山の上昇予測

旧ノ人中地域における 過去数百万年から 現在に至る
地質 構 近の変遷は，概念的に第5図

一川イ女士 也ル接

氷海山 m 断屑(第 9 図 ) のように(%従 横上六千地域・。，槻‑六出‑淡路構造幣 ゲ中断

培

大阪湾中央構造線ぢ//Ttヒ2 : 1)

ヌく， 「 @羊標円ル
ほス・と土 Ⅱ

代 ハ6O

図第）

一(縦横比22 : 1)
太 平 洋 ‑ 2

こてⅠ。
2.46。 。 """ Ⅰr@'
@2n4@@@@ノL

垂示小ル

‑

102.55

一一 10

P :密(km)Ⅳ cm,度:

20

第 7図

一 測定値

重プ
Ⅰ

カ25.0

値

25.0000

計算値(m eg@alj
Ⅰ

第8図m・」

Ma‑l‑‑/ⅠMf)m2l︐︐︐︐ a︐Ⅲ

標

100@h@;!

つ3り‑"隆起@Bll

標高差

基盤焼曲

卜

上層

ト白成半

海Maa7M乍㌧

鮮新世

lf6n刀 午前 87 万午前

現在

年

代第9図

第 l0 図表現ずきる。 300 万年前に大阪 層群最下部層の堆海 成 粘土層の標高差と 堆積年代から 推定されてい積が開始され ，1f60万午前に大阪 層 群下部層の堆る

積 開始， 87 万午前に大阪 層 押上部層の堆積開始し(第 l0 図 っ 。
5D 万年前から現在に 至るまでは一定の 割合で変た。 50 万午前からは 断層地塊運動が 活発化し，硯動していることを 考慮すると，将来においても左 に至っている。のような動きがもうしばらく

この図によると，六甲山頂は二(例えば l 万年) 継

l,0oom 弱 隆起し，大阪湾最下部はl,500m 程 沈降

続すると考えてもおかしくはないがしていることになる。 大阪湾は新規堆積物が 加わっているの て湾 そのものが深くなっているわけて。

条件 て 1 万年後の地形を 予測すると， (第 Ⅱ 図 )はない。 このような構造の 変遷は大阪の 上町付近に 誇ヲ 長してあ る。 六甲山の上昇は 実際の数値てはを 南北に通るⅠ:町 断層の東側と 西側における 同一

約 20m 程度となる。

るぅ 。 似ト 0のようになる。 高さ方向の変動量の 縮尺を200O

ャ去り〜，

目文Ⅱぺl目寸

Ⅰ"'Ⅰつ山山叱叱, 1 万年後の地形匝丈レよ目寸

5 km

5,目

弍

せノⅠ

目く

第 Ⅱ図

(2) 構造計算による 大阪ブロック 回転の再現
大阪ブロックとは 大阪湾を取り 囲む三つの構造綜 により区分されたブロックを指す (第 ]2 図り) 。

三つの構造線とは ，兵庫県南部地震 (阪神・淡路大震災 ) を引き起こした 高槻一六千 一 淡路構造線，

紀伊半島から 四国を東西に 走る中央構造線， 大阪
平野末緑の花 折

金剛断層であ る。 高槻一六 甲一淡路構造線と 中央構造線は 顕 蕃 な右横ずれ断層で ，それぞれ 1,000 年あ たり 0 ． 5 一 1.5m,0 ． 9 一3.1m

ずれることが 知られている。 花押

金剛断層も右横 ずれと考えられている。 右横ずれとは 断層を挟Ⅰ

んて一方の側にたつと 反対側が右に 助くものを ぃ

フ,三つの構造線がそれぞれ 右横ずれで動くと ，中にあ るブロックは 相 3% 的に反時計回りに 回転することになる。
この大阪ブロックの 反 時計Ⅲ りのⅡ転を構造 計算ず再現ずきるかどうかを 検討した。 大阪ブロック，ぜはぼ 中央として東西 180km,南北 200km] の範

川を断層の分布に 基づいてブロック 分けした (第Ⅱ 図 ) 。 断層の動きやすさを 表現する構造計算に必要な接線方向バネ 定数は，地質学や 地形学で観測 されている断層のずれ 速度から見積った。
このようにして 作成したモデルに ，第 lm 図

東西方向かを加えて 計 覚したところ ，大阪ブロックの反時計回りの回転を 再現することがてきた。
ら力Oリ)ぼシ安勺ノ図
第lⅠ升雁げコ︶
しい型

ミ」に近いか，形 という漢字の 芳に近いかによって「「2 型雁行」，杉型 雁行」 とよぶことがあ る。
雁行配列をしている 断層に応力がかかったときに起きる現象を 解析している。
これまでの解析では ，雁行している 端と端 とに挟まれた領域では 圧縮心力が働き ，㌧

それ以外の領域では引っ張り 広 ] が働くことが 判明した (第 Ⅱノ図り。

O2る。 その配列の形がカタカナの「拙 Ⅱ桟牡

血圧㈲ 断層の進展に 関する検討
地表に表れる 断層はしばしば 雁行状の配列をすのえ い

第 Ⅱ図れ沃地 っ九のこ二を︒九次進︐︒沃たに二てため手し上にしうた析認のも続よる解確果と継り介を的ここ画作
わ結し学る︐視のおト通力行後町ム

ノⅠ

センタ一のう ごき
公益法人の業務等の 検査
平成 9 年 2 月 25 日に科学技術庁並びに 通商産業省の 検査を受けました。

平成 8 年度調査研究 受 青モ状況
平成 8 年 12 月 1 口以降平成 9 年 2 月末までの間に ， 次の受 ‑p 契約が行われました。

委 託 者
通商産業省

電力各社等

調 査 研 究 課 題・高レベル放射性廃棄物等の 処理・処分に 関するフィージビリティ 調査
・低レベル放射性廃棄物施設貯蔵 安全性実証試験
・ウラン廃棄物処理処分システム 開発調査
・放射性廃棄物有効利用システム 開発調査
・低レベル放射性廃棄物処分可視画像 仕 調査
トレンチ処分対象廃棄物の 拡大に関する 研究・大型金属廃棄物の 取扱い等に関する 研究

契約年月日
8.

12. 189.

1 . 309.

1 . 309.

1 . 30

9.

2. 25

8.
8.

12. 17
12. 17田ノノビ
第Ⅱ
口
0
万3504
｜一㏄
8番
一O

団
法門
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人
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原54子
円‑力丁l環財〒Ⅱ編集発行