HCG34-01

会場:101A

時間:5 月 26 日 09:00-09:15

花崗岩の地史を考慮した割れ目形成過程の検討−中部日本土岐花崗岩の事例−
Formative process of fracture in granite on the basis of geological history at the Toki
Granite, central Japan
笹尾 英嗣 1∗ ; 石橋 正祐紀 1 ; 湯口 貴史 1
SASAO, Eiji1∗ ; ISHIBASHI, Masayuki1 ; YUGUCHI, Takashi1
1
1

日本原子力研究開発機構東濃地科学センター
Japan Atomic Energy Agency

高レベル放射性廃棄物の地層処分においては，花崗岩などの結晶質岩では割れ目が地下水流動や物質移動の経路になることから，その分布を知ることが重要である。しかし，割れ目の分布は岩体内でも不均一であるため，それを把握す
ることは容易ではない。
北欧諸国の花崗岩では日本の花崗岩に比べて割れ目が少ないとされており，花崗岩の地質学的セッティングや形成プ
ロセスの違いによって，割れ目頻度に差が生じる可能性が考えられる。わが国に分布する花崗岩では，規模や形成年代が異なることから，個々の岩体が置かれた地質学的要因に相違があると思われ，割れ目頻度などは岩体ごとに異なる可能性がある。
このような背景のもと，本論では，花崗岩中の割れ目の形成および充填の履歴を花崗岩マグマ定置後の地史を合わせて検討することにより，割れ目の形成と充填の履歴を検討するために重要な地質学的事象を抽出することを目的とした。
対象とした花崗岩は中部日本に分布する土岐花崗岩で，日本原子力研究開発機構が岐阜県瑞浪市で建設を進める瑞浪超
深地層研究所で得られたデータを活用した。
土岐花崗岩は，岐阜県東濃地方の土岐市から瑞浪市にわたって分布し，地表では東西約 12km，南北約 14km の範囲に分布する。土岐花崗岩は白亜紀後期に，美濃帯中古生層および濃飛流紋岩中に貫入した（年代値として以下がある；モ
ナザイト CHIME 年代：約 68Ma，Suzuki and Adachi, 1998，全岩 Rb-Sr 年代：約 72Ma，Shibata and Ishihara, 1979）。土
岐花崗岩は中新統瑞浪層群と中新〜更新統東海層群に不整合で覆われる。瑞浪層群の基底部の年代は約 20Ma とされており（笹尾ほか，2006），この時期までに花崗岩は地表に露出した。
土岐花崗岩の冷却年代として，角閃石 K-Ar 年代 74.3 ± 3.7Ma，黒雲母 K-Ar 年代 80〜60Ma，ジルコン FT 年代 80〜
50Ma が得られている（Yuguchi et al., 2011）。このことから，土岐花崗岩は 250 ℃程度までは，最長でも 2000 万年の間に急速に冷却され，その後，約 5000〜3000 万年をかけて地表に露出したと考えられる。
瑞浪超深地層研究所周辺の土岐花崗岩では，低角度傾斜（水平面に対して 30°未満の傾斜角）の割れ目の分布密度が高い上部割れ目帯と，割れ目密度が低い下部割れ目低密度帯が認められる。
上部割れ目帯では， 20Ma 以前の露出時に除荷で形成とされたと考えられる低角度傾斜の割れ目と，高角度傾斜（水平面に対して 60°以上の傾斜角）の割れ目が認められる。下部割れ目低密度帯では高角度傾斜の割れ目のみが分布する。
割れ目頻度は瑞浪超深地層研究所の換気立坑では，深度約 460m を境に，上部で多く，下部で少ない。
割れ目充填物として，熱水性と推定される緑泥石，雲母粘土鉱物，方解石，および天水起源と推定される方解石が認められた（石橋ほか，2014）。
瑞浪超深地層研究所の深度 300 ｍおよび深度 500 ｍの水平坑道床面から 1〜2m の高さに設定したスキャンラインに交差する割れ目では，充填物を介在する割れ目が大半であり，その割合は深度 300m では 94%，深度 500m では 86%であった。割れ目充填物としては，方解石と絹雲母または緑泥石からなるものが最も多く，絹雲母または緑泥石からなるものと，方解石のみからなるものはほぼ同数である。
割れ目は脆性領域で形成されるため，300〜400 ℃以下の温度領域で形成される。このため，割れ目を充填する鉱物は花崗岩がその温度以下に冷却された以降に形成された。
熱水起源と考えられる方解石は，割れ目周辺母岩中の斜長石の絹雲母化に伴い産出することから，割れ目への熱水の浸透に伴い割れ目周辺母岩の斜長石中の Ca 成分が溶け出して形成されたと推察されている（石橋ほか，2014）。また，緑泥石の形成温度は一般に 200〜300 ℃程度とされており（Yuguchi et al., in press），熱水性の鉱物はこの温度領域で形成されたと考えられる。東濃地域では大規模な熱水活動は知られておらず，この熱水は花崗岩冷却過程で形成される熱水による変質であると考えることが可能である。
天水起源と考えられる方解石は，天水が地下へ浸透する過程で形成され，その時期としては瑞浪層群堆積時から現在までの期間であると考えられる。
以上のことから，割れ目の形成および熱水性鉱物による割れ目の充填は，マグマ冷却過程で生じるものであると考えられる。したがって，岩体スケールでの割れ目の形成過程を知るためには，マグマ冷却過程についての理解が必要である。また，天水起源の方解石の形成については，花崗岩露出後の地史についての考察が必要である。
文献

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HCG34-01

会場:101A

時間:5 月 26 日 09:00-09:15

石橋ほか, 2014, 応用地質, 55, 156-165.
笹尾ほか, 2006, 地雑, 112, 459-468.
Shibata and Ishihara, 1979, Geochem. Jour., 13, 113-119.
Suzuki and Adachi, 1998, Jour. Metamorphic Geol., 16, 23-37.
Yuguchi et al., 2011, Contrib. Mineral. Petrol., 162, 1063-1077.
Yuguchi et al., in press, Amer. Mineral.

キーワード: 割れ目, 土岐花崗岩, 地史
Keywords: fracture, Toki Granite, geological history

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HCG34-02

会場:101A

時間:5 月 26 日 09:15-09:30

地層処分場のサイト選定における水理学的コンパートメント構造とその意義についてSignificance of the Hydrogeological Compartment Structure in the Geological Disposal
Program
竹内 真司 1∗ ; 貴島 望文 1
TAKEUCHI, Shinji1∗ ; KIJIMA, Mifumi1
1
1

日本大学
Nihon University

１．はじめに
変動帯に位置する日本列島には多くの断層が存在し、特に、トレース長がキロメートルオーダーの断層については、その多くが破砕帯の中央部（コア部）に細粒の粘土物質を含み、その両側にダメージゾーンを伴う、いわゆるサンドイッチ構造を呈することが知られている。このコア部の粘土物質の存在により、断層に直交する方向の透水性は、断層に平行な方向のそれと比べると低くなることが知られている（Caine et al. 1996）。仮に低透水性の断層で四方を囲まれた領域（以下、水理学的コンパートメント構造（HGCS））の中に処分坑道を建設した場合、排水に伴う水位低下領域は、主として HGCS の内側に限定され、その外側での水位変動は内側に比べて小さくなるとともに、排水停止後は、HGCS 外側からの流入が少ないため、水位回復には時間を要することが予想される。また、HGCS 内側では、外側の後背地の影響が緩和されることから動水勾配が小さくなり、流速が小さくなることが期待される。この水理学的コンパートメント構造については、（独）日本原子力研究開発機構の瑞浪超深地層研究所において実施された、揚水試験、地震に伴う水圧応答、さらには地下研究施設建設に伴う水圧変動などにより、その詳細が明らかにされてきている（Salden et al. 2005、三枝ほか 2007、尾上ほか 2008、竹内ほか 2013 など）。このような HGCS は、日本列島には多数存在する可能性があり、地層処分場のサイト選定において考慮すべき構造となる可能性がある。
そこで本研究では、日本列島における地質図の判読に基づき、断層で囲まれたコンパートメント構造の分布とその特徴について検討した。さらに、この結果に基づき、サイト選定における水理学的コンパートメント構造の特徴と課題等について検討した。
２．我が国におけるコンパートメント構造の分布（独）産業技術総合研究所が公開している地質図 Navi に記載された断層で囲まれた領域をコンパートメント構造として認定した。具体的には、北海道、東北、関東、北陸、中部、近畿、中国、四国、九州の 9 地方において、上記断層に囲まれた領域の面積が 100km2 以下となるコンパートメント構造を対象に抽出した。抽出した構造の面積を算出し、面積のヒストグラムを作成した。
その結果、約 1400 個のコンパートメント構造を抽出した。地域別にみると、四国地方を除くほとんどの地域で面積が2.25km2 にピークをもち、9km2 程度までに高い頻度を有する傾向を示すことが判明した。
３．サイト選定における水理学的コンパートメント構造の特徴と課題
これまでの検討の結果、日本列島に分布するコンパートメント構造は、四国地方を除いて概ね 2.25〜9km2 （1.5km ×
1.5km〜3km × 3km に相当）が卓越していることが判明した。この面積は、現在想定されている処分場の面積（2km ×3km）と概ね同等である。なお、コンパートメント構造の抽出に用いた地質図 Navi に記載された断層以外にも、瑞浪超深地層研究所の事例のように記載のない断層が HGCS を形成する例は存在することから、実際のコンパートメント構造の数は、今回抽出したものよりも多くなると考えられる。
仮に HGCS の中に処分場が選定された場合は、既述のように、坑道掘削中には外側への水位低下の影響は少なく、外側からの地下水の流入量は小さくなる。加えて、排水後（埋め戻し後）は HGCS 内部での動水勾配は小さいことから、地下水流動にとっては好ましい環境と考えられる。一方で、水位回復が著しく遅く、地表水の流入等により酸化性の環境が長く続く場合は、地球化学的な観点からは好ましい環境とはならない。これらについては、HGCS を形成する断層の水理学的な特性（断層コア部の粘土物質の厚さや透水性）や地表水の流入の経路などが影響すると考えられることから、
HGCS が推定される場合は、これらについて個別に調査することが必要である。加えて、HGCS を考慮したモデルに基づいて、坑道掘削中（排水中）や排水後（埋戻し後）の地下水流動や物質の移行挙動について予め予測しておくことも必要である。
キーワード: 水理学的コンパートメント構造, 地層処分, サイト調査, 高レベル放射性廃棄物, 地質図ナビ
Keywords: hydrogeological copartment structure, geological disposal, site characterization, high-level radioactive waste, Geomap Navi

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HCG34-03

会場:101A

時間:5 月 26 日 09:30-09:45

多重のデータセットを考慮したベイズ統計学による未知の活断層の評価
A Bayesian approach to assess the probability of concealed active faults existing frommultiple datasets
マーティン アンドリュー 1∗ ; 浅森 浩一 2 ; 石丸 恒存 2 ; 梅田 浩司 2
MARTIN, Andrew1∗ ; ASAMORI, Koichi2 ; ISHIMARU, Tsuneari2 ; UMEDA, Koji211

放射性廃棄物管理共同組合, 2 日本原子力研究開発機構
NAGRA, 2 JAEA

Assessing the stability of the geological environment including the spatio-temporal distribution of active faulting is of particularconcern in the context of site selection of nuclear facilities such as radioactive waste repositories and nuclear power plants.
In order to assess the spatio-temporal distribution of active faults, one typically starts by looking at mapped active faults (e.g.
AIST’s active fault database) to estimate spatial frequencies and orientations. However, active faults listed in current databases
do not represent a complete picture of active faulting, as not all active faults have a surface rupture, and their existence might beunknown. In this case, additional datasets are needed that may imply the existence of active faulting.
Datasets such as high He-3/He-4 ratios which tend to be found in volcanic regions have been attributed to degassing fromthe mantle with faults potentially acting as conduits. Studies carried out in the western Tottori district have shown the potentialof using He-3/He-4 ratios as a means of providing indirect evidence of the existence of source fault(s) that caused the 2000
Western Tottori earthquake, but which had no apparent surface indication prior to the earthquake (e.g., Umeda and Ninomiya,2009). Other factors that may need to be taken into account when assessing the existence of active faults include horizontal stressorientation, change in stress regimes, regional stresses and so on.
The Bayesian approach can be used to construct probabilistic models from multiple datasets in order to assess the likelihood ofgiven natural phenomena occuring over defined time periods. This method has previously been applied to assessing future new
volcano formation (e.g. Martin et al., 2004, 2012) but not to new active fault segment formation. We have thus been developing
such a Bayesian model in the Western Tottori district as a case study. In the first step, known active faults are divided into equal
fault segments. We assume that unknown fault segments do not exist far from known fault segments. Also, the probabilityof unknown faults existing decreases with distance from the known faults. 2-D a priori probability distributions are calculatedusing kernel functions centered over the fault segments with varying values of standard deviation depending on the degree ofconservation required. A Cauchy probability density function (PDF) is assigned conservatively as the kernel function in the firststep so that probability is never zero.
In the second step, Kolmogorov-Smirnov statistical tests are used to remap additional datasets (e.g. He-3/He-4, horizontal
stress orientation) into a likelihood PDF. The a prior PDF from the first step above is then combined with the likelihood PDF
using Bayes’ rule to produce a a posteriori PDF. In the third and final step, the a posteriori PDF is evaluated by comparing
probability maps calculated from datasets before and after the 2000 Western Tottori Prefecture earthquake.
The whole procedure can be repeated as new information/data becomes available where the derived a posteriori PDF from thefirst cycle is then used as the starting point, i.e. the a prior PDF in the next cycle.
References
AIST, Active fault database of Japan, https://gbank.gsj.jp/active-fault/index gmap.html
Martin et al. (2004) J. Geophys. Res., 109, B10208, doi:10.1029/2004JB003201.
Umeda, K. and Ninomiya, A. (2009) Geochem. Geophys. Geosys., 10, Q08010, doi:10.1029/2009GC002501.
Martin, Umeda and Ishimaru (2012) InTech Pub., doi:10.5772/51859
キーワード: 活断層, ベイズ確率
Keywords: Active fault, Bayesian approach

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HCG34-04

会場:101A

時間:5 月 26 日 09:45-10:00

Cesium adsorption on redox zone pumice tuff at different geochemical condition
Cesium adsorption on redox zone pumice tuff at different geochemical condition
RAJIB, Mohammad1∗ ; OGUCHI, Chiaki T.2 ; SASAKI, Takayuki3 ; KOBAYASHI, Taishi3
RAJIB, Mohammad1∗ ; OGUCHI, Chiaki T.2 ; SASAKI, Takayuki3 ; KOBAYASHI, Taishi3
1

Grad. Sch. Sc. Eng., Saitama University/Bangladesh Atomic Energy Commission, 2 Department of Civil and Environmental
Engineering, Saitama University, 3 Department of Nuclear Engineering, Kyoto University
1
Grad. Sch. Sc. Eng., Saitama University/Bangladesh Atomic Energy Commission, 2 Department of Civil and Environmental
Engineering, Saitama University, 3 Department of Nuclear Engineering, Kyoto University
Non-redox-sensitive element Cesium (Cs) was used to investigate the ionic strength effect on the adsorption behavior on apotential host rock for low and intermediate radioactive wastes. Now-a-days, formation of redox zones in subsurface host rockformation surrounding radioactive disposal facility is a major concern. As such, different geochemical reactions during waterrock interaction around the disposal facility have gained interest to nuclear researchers. The present study attempts to compare
the adsorption phenomena, an important geochemical reaction in waste disposal research field, between fresh rock and rock fromsuch redox zone of an underground research facility of Japan. The surrounding rock formation is rhyolitic pumice tuff belong
to tuffaceous sandstone which has been affected by redox environment and oxidation to the rock formation has been greatly
observed. Physical, mechanical and chemical analyses were carried out to distinguish between fresh and oxidized solid phase.
Batch adsorption study was carried out at different geochemical condition including several initial nuclide concentration of Cs,
ranging from 10−3 mol/dm3 to 10−7 mol/dm3 ; wide range of pH from 4-12, and very low to very high ionic strength ranging
from 0.001 to 3.0 mol/dm3 . The ionic strength was controlled by Na+ ion concentration of NaClO4 . Based on experimental
distribution coefficient values, K d , ionic strength was found to be the most influential for Cs adsorption on both oxidized andfresh pumice tuff. With increasing salt concentration, the K d of cesium apparently decreases, reflecting the competition of
the electrolyte Na+ with the sorption of Cs+ . However, such salt concentration effect became minimum at higher nuclide
concentration due to its saturation capacity and a threshold concentration has been observed. Oxidation of pumice tuff did notaffect the adsorption of Cs significantly even at variable salt concentration, due to being redox inactive element. Simple surface
complexation model without considering the electrostatic layer has also been adopted to explain the adsorption mechanism.
キーワード: Cesium, Redox zone, Pumice tuff, Salt concentration, Adsorption coefficient, Surface complexation model
Keywords: Cesium, Redox zone, Pumice tuff, Salt concentration, Adsorption coefficient, Surface complexation model

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HCG34-05

会場:101A

時間:5 月 26 日 10:00-10:15

江若花崗岩中の小規模破砕帯の走向に関する方位統計学的検討の試み
Preliminary study on the directional statistics of crush zones’ strikes in the Kojaku Granite
島田 耕史 1∗SHIMADA, Koji1∗
1
1

原子力機構
Japan Atomic Energy Agency

はじめに：（独）日本原子力研究開発機構（以下，「JAEA」）の高速増殖原型炉もんじゅ（以下，「もんじゅ」）においては，敷地内破砕帯の追加地質調査の報告書を取りまとめて，原子力規制委員会に提出し，その後，評価が進められている
ところである。例えばもんじゅのような重要構造物の地盤に関係する自然現象に対する施設の安全性に関連して，地質等の調査結果が専門家との協働により公開の場で評価される状況は，地質学の実際問題への対応という意味で新たな領域を形成しつつある。そのような場では，現地を共に確認し，より科学的・客観的な吟味や評価を行うことが重要であろう。本報告では，JAEA が報告した内容のうち，もんじゅ敷地内に見られる江若花崗岩中に発達する小規模破砕帯の走向が示す複数の系統について，客観性の向上により説明をわかり易くすることを目的として試行している方位統計学的検討結果と若干の構造地質学的考察をのべる。
課題：これまでの報告（島田ほか，2014）では，互いに切断しあう「2 系統」の破砕帯（β 系，走向 N10 ゜ E 前後；α‐ 3 系，走向 N50 ゜ E 前後）が分布することは露頭観察から自明としていた。
「2 系統」とした客観的な判断基準が与えられるべきである。
方法：水平露頭で観察される高角度傾斜の破砕帯および粘土を挟む不連続面の走向と長さを約 15m 四方の範囲の 1/200
スケッチから読み取り，長さを単位長さで割り，走向を単位長さ個数ならべたリストを作る。走向（0〜180 度）を方位
統計学的に検討するために 2 倍する。García − Portugués（2013）の方法（フリー統計ソフト R とパッケージ movMFを使用）により，方位分布がいくつのフォン‐ミーゼス分布の混合か検討する。各分布の平均方位を 2 で割り走向に換算する。
結果：データは，8 個のフォン‐ミーゼス分布の混合であると算出された。各平均走向（北から時計回りに 180°表示）と集中度パラメータと全体に占める割合（mean strike in deg./kappa/fraction）は，10/12.5/0.147（≒ β 系）
，14/3.79/0.117，
26/3.22/0.134，44/15.3/0.145（≒ α-3 系），47/3.55/0.116，66/2.55/0.110，132/4.14/0.066，169/4.63/0.167 であった。これまで 2 系統と表現してきた破砕帯は，それぞれ集中度パラメータが 10 を超える 2 方向に近い。全体の方位密度分布曲線は 2 個のピークを示す（Fig. 1）。このことから，これまで自明とした主要な「2 系統」は，方位集中度の方位統計学的検討によっても客観的に根拠づけられた。
考察：2 系統の破砕帯は，β 系は右ずれ，α-3 系は左ずれを主体とする。両破砕帯内には黒雲母の塑性変形が普遍的に観察されるので，形成温度条件は比較的高温である。両破砕帯は方位統計学的に同程度に発達しており，N30 ゜ E 方向
を挟む斜方対称的な分布をなし，互いに切断する関係である。これらのことから両破砕帯は共役系をなすと解釈される。
すなわち，両破砕帯の形成時に，この付近は，N30 ゜ E 方向に短縮かつ直交方向に伸びるように変形した。この変形は，第四紀後期の東西短縮の状況とは整合しない。これらの状況は，両破砕帯が，現在の地表付近の環境で形成されたものではなく，古い地質構造であることを示している。
文献：Eduardo García-Portugués, 2013, Exact risk improvement of bandwidth selectors for kernel density estimation withdirectional data. Electron Journal of Statistics, vol. 7, 1655-1685.
Hornik, K. and Grun, B., 2014, movMF: an R package for fitting mixtures of von Mises-Fisher
distributions. Journal of Statistical Software, 58(10):1?31
R Core Team, 2014, R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria. URL http://www.R-project.org/.
島田ほか，2014，江若花崗岩中の小規模破砕帯の剪断センスの逆転．日本地質学会第 121 年学術大会講演要旨．
Fig.1 方位密度分布曲線 横軸は走向で 360°表示，縦軸は分布密度（平均 1）を示す。
キーワード: 方位統計学, 破砕帯, 江若花崗岩, もんじゅ
Keywords: directional statistics, crush zone, Kojaku Granite, Monju

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HCG34-05

会場:101A

時間:5 月 26 日 10:00-10:15

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HCG34-P01

会場:コンベンションホール

時間:5 月 26 日 18:15-19:30

コア・スケール花崗岩の透水性の影響因子に関する検討
Identifying influence factors on permeability of granite core samples
松田 典大 1∗ ; 久保 大樹 1 ; 柏谷 公希 1 ; 小池 克明 1
MATSUDA, Norihiro1∗ ; KUBO, Taiki1 ; KASHIWAYA, Koki1 ; KOIKE, Katsuaki1
1
1

京都大学
Kyoto University

数万年単位の超長期時間スケールで低透水性岩体の貯留機能を利用する高レベル放射性廃棄物の地層処分では、地下
水流動とこれに伴う物質移行を推定し、施設の安定性を評価する必要がある。そのためには、広域的な地下水系の把握、および岩体マトリクスでの極めて遅い地下水流動場における放射性核種の拡散（マトリクス拡散）という現象の解明が不可決である。しかし、岩体のマクロな透水性と亀裂構造、およびマトリクス部の微小構造との関連性は未だ十分には理解されておらず、「水みち」の推定精度は低いのが現状である。そこで本研究では、土岐花崗岩を対象として、実験的アプローチによりその透水性の空間変動を明らかにし、異なるスケールの亀裂構造と透水性との関連性を検討すること
で岩体の水理学的特性を詳細に把握することを目的とした。
試料は、岐阜県東濃地域の JAEA 瑞浪超深地層研究所でのボーリング孔（MIU-2）から採取された岩石コアを用いた。
このボーリング孔は主として本地域の基盤岩である土岐花崗岩内に掘削され、断層帯を貫通している。窒素圧入式のパー
ミアーメーターを用いて、ボーリングコアの浸透率を測定し、岩体の性状と比較した。また、岩体マトリクス部における透水性の支配要素を見出すため、コアに蛍光剤を浸透させた後に薄片を作成し、その蛍光画像を用いて亀裂を抽出した。これから亀裂の長さや配向性などの空間分布特性を定量化し、浸透率の異方性と比較した。なお，本研究では目視による確認が可能な cm スケールの亀裂をメソクラック、マイクロクラックや粒子間間隙など，マトリクス部の透水性に寄与する mm スケールの微小構造を微小割れ目と称する。
解析の結果、風化・変質の進行や断層の存在による岩体の劣化に調和して、浸透率が増加する傾向が見出された。また、蛍光画像からメソクラックの存在が確認された部分では、数十〜数千 md という高い浸透率が測定された。一方、微小割れ目に関しては蛍光剤が浸透しているのにも関わらず、割れ目特性（長さ、密度、角度）と浸透率との関連は得られなかった。
以上の特徴より、メソクラックは流体のパスとして機能するのに対し、微小割れ目は単一ではパスになり得ず、連続性の良いネットワークの形成が必要であると考えられる。この解釈の妥当性を検証するため、試料の追加とさらに詳細な画像解析を行う予定である。
謝辞：ボーリングコアの提供や薄片画像の撮影などにおいて多大なご協力をいただいた独立行政法人日本原子力研究開発機構の研究者諸氏に深甚の謝意を表したい。

キーワード: 浸透率, 花崗岩, 東濃地域, 画像解析, 割れ目特性
Keywords: Permeability, Granite, Tono Area, Image analysis, Crack characteristics

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HCG34-P02

会場:コンベンションホール

時間:5 月 26 日 18:15-19:30

3D レーザースキャナーを用いた山地森林の土砂生産量と放射性セシウム流出量の推定
Estimates of a sediment yield and a outflow of radioactive Cs with 3D laser scanner
渡辺 貴善 1∗ ; 大山 卓也 1 ; 石井 康雄 1 ; 新里 忠史 1 ; 阿部 寛信 1 ; 三田地 勝昭 1 ; 佐々木 祥人 1 ;北村 哲浩 1WATANABE, Takayoshi1∗ ; OHYAMA, Takuya1 ; ISHII, Yasuo1 ; NIIZATO, Tadafumi1 ; ABE, Hironobu1 ;MITACHI, Katsuaki1 ; SASAKI, Yoshito1 ; KITAMURA, Akihiro1
1
1

日本原子力研究開発機構
Japan Atomic Energy Agency

福島県の約 70%を占める森林については，人の生活圏の周辺では放射性セシウムによる環境汚染への対策等が進められているものの，大部分の森林では放射性セシウムが未だ留まったままの状況にあると考えられる．このため，数年から数十年にわたる生活圏での被ばく評価においては，森林から生活圏へと至る放射性セシウムの環境動態を考慮することが重要となる．日本原子力研究開発機構では，東京電力福島第一原子力発電所事故により放出された放射性セシウムが森林，河川，ダム，河口域を移動することによる生活圏内の空間線量率の将来予測や移動抑制対策の提案を目的とした「福島長期環境動態研究プロジェクト（F-TRACE プロジェクト）」を行っている．これまでに同プロジェクトでは，阿武隈山地の生活圏に隣接する森林からの放射性セシウム流出量の評価を進め，現地観測から放射性セシウム流出率は年間
約 0.1〜0.2%であり，森林からの流出量は著しく少ないことが明らかになった（新里ほか，2014）．本発表では，福島県
阿武隈山地の急峻な山岳地からの放射性セシウム流出量の評価を目的として，同山地の河谷に設置された治山ダムに堆積した土砂量を 3D レーザースキャナーにより計測し，堆積土砂の放射性セシウム濃度分析値を用いて，森林からの放射性セシウムの流出量を推定した．
計測を行った治山ダムは，福島県阿武隈山地中央部の急峻な山岳地に位置する河谷にあり，治山ダムの流域は広葉
樹とスギの針広混交林である．計測は，2013 年 8 月 29 日と 2014 年 12 月 3 日に実施し，3D レーザースキャナーを用いて治山ダム堤体の上流側における地表面を計測した． 3D レーザースキャナーにより得られた点群データを水平断面が 5cm × 5 cm となる領域ごとに分割し，領域ごとに標高が最低となる点 1 点を抽出した．さらに，樹木表面上の点を除去することで約 25 cm2 に 1 点の密度となる地表面の点群データを作成した．抽出した点群データを用いて TIN メッシュを生成し，地表面をモデル化した．2013 年 8 月 29 日の地表面モデルから 2014 年 12 月 3 日の地表面モデルの高低差を求めることにより，堆積土砂量の変化を算出した．
計測の結果，15 か月間で堆積土砂量は増加しており，その増加量は 0.5 m3 であった．治山ダムの流域面積が 21,000
2m であることから，治山ダムの流域における年間あたりの侵食深は約 0.02 mm/年となり，堆積土砂の密度を 1 g/cm3 と仮定すると，年間あたりの比土砂生産量はおおよそ 20 g/m2 （密度 2 g/cm3 の場合はおおよそ 40 g/m2 ）となる．
塚本 (1998) では，草地・林地の地被別年侵食量を 10−1 〜10−2 mm/年としており，侵食深さについては，本調査とほぼ同程度の結果であった．対して，藤原ほか (1999) は，基準高度分散量と侵食速度の相関から阿武隈山地の年間の侵食量を 0.132 mm/年と推定しており，本発表の計測結果と 1 桁の差がある．藤原ほか (1999) では，捕捉率が 100%とみなせる貯水量が 200 万 m3 以上で堆砂率が 25 ％以下のダムにおいて，流量の変動が平均化されているダムを対象とし，堆砂量が安定した約 30〜40 年間のデータの平均値に基づき算出している．本件で対象としている治山ダムは堤体の幅が 20m 程度の小型のダムであり，平常時の土砂の移動量が少なく，稀頻度で大規模な土砂崩れが発生する場所に位置している．このため，侵食量が藤原ほかによる推定値より小さな値になったものと考えられる．
また，対象の治山ダムの地形は，流路が下流側 3 分の 1 のところで屈曲しており，小規模な堆積面が複数確認できる．このため，平常時には流域の上流側 3 分の 2 の部分からの移動土砂が屈曲部で堆積し，治山ダムの位置する最下流部まで到達せず，今回の土砂の堆積量が過小評価されている可能性も考えられる．ここで，同屈曲部までの流域面積である 6,200 m2 を土砂流出の寄与面積と仮定し算出すると，侵食深さは約 0.08 mm/年，年間あたりの比土砂生産量はおおよそ 70 g/m2 となる．以上の検討を踏まえると，本調査地における山岳地の河谷からの土砂生産量は 10−1 〜10−2 mm/年のオーダー，年間あたりの比土砂生産量は 101 g/m2 のオーダーになると推定される．
ここで，本調査地における深度 5 cm までの土砂の放射能濃度は，Cs-137：40 万 Bq/kg，Cs-134：15 万 Bq/kg である
ことから，15 か月間に治山ダム上流の河谷から流出した放射性セシウムは Cs-137：1 万 Bq/m2 ，Cs-134：3 千 Bq/m2 と推定される．
なお，講演では現地調査で得られた推定結果と数値解析で得られた結果との比較結果についても報告する．
キーワード: F-TRACE プロジェクト, 福島第一原子力発電所事故, 3D レーザースキャナー, 侵食深Keywords: F-TRACE project, accident at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station, 3D laser scanner, denudation rate

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