2004年度バックエンド週末基礎講座

2004年度バックエンド週末基礎講座
2004年度バックエンド週末基礎講座
研究最前線２
研究最前線２

地層処分と深部地質環境
地層処分と深部地質環境−サイクル機構東濃地科学センターにおける研究を例にして−−サイクル機構東濃地科学センターにおける研究を例にして−2004年10月10日 10：40〜12：10
核燃料サイクル開発機構
東濃地科学センター
長谷川 健

地層処分と深部地質環境

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地層処分とは地層処分（Geological Disposal）とは？
岩盤（Rock Formation）が持つ地質環境（Geological Environments）を活用する処分（Disposal）
GEOLOGICAL ENVIRONMENTThis includes the rock formations, groundwaters and surface cover,and their behavior as affected by climate, terrain, geologicalevolution and the effect of the waste itself,
as of whose properties vary with time.
after N.A. Chapman et al.(1988)
地層処分と深部地質環境

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わが国の地層処分の概念
わが国の地層処分の概念
安定な地質環境中に安定な地質環境中に性能に余裕を持たせた人工バリアを含む性能に余裕を持たせた人工バリアを含む多重バリアシステムを構築
多重バリアシステムを構築

ガラス固化体

緩衝材

岩盤

安定な地質環境
廃棄物自体が、直接人間に影響を及ぼさないようにする

オーバーパック（鋼製容器）

多重バリアシステム
廃棄物中の放射性核種が地下水を介して人間に影響を及ぼさないようにする
地層処分と深部地質環境

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国の地層処分計画とサイクル機構の研究の位置づけ
処分事業

研究開発

安全規制

第１次取りまとめ高レベル事業推進準備会（SHP）の設立（1993年5月）（1992年9月）「地層処分の技術的可能性」

特定放射性廃棄物の最終処分に関する法律（2000年６月）

国に（1999年11月）
よ「地層処分の技術的信頼性」 る
評
価第２次取りまとめ

原子力発電環境整備機構の設立（2000年10月）
NUMO公募開始（2002年12月）

概要調査地区の選定（〜2007年頃）
精密調査地区の選定（2008年〜2012年頃）

2000年以降の研究開発と評価

高レベル放射性廃棄物の処分に係る安全規制の考え方について（第1次報告）
原子力安全委員会（2000年12月6日）

高レベル放射性廃棄物処分の概要調
査地区選定段階において考慮すべき環境要件について
原子力安全委員会
2002年9月30日

最終処分施設建設地の選定（2023年〜2027年頃）

処分場の建設・操業（2030年代から遅くとも2040年代半ばまでに操業開始）

安全基準，評価指針の策定
地層処分と深部地質環境

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サイクル機構の研究開発施設
サイクル機構の研究開発施設

釜石鉱山（結晶質岩）
平成10年3月原位置試験終了

幌延深地層研究センター

東濃地科学センター（堆積岩）●東濃鉱山（堆積岩）●瑞浪超深地層研究所（結晶質岩）○ 広域地下水流動研究計画

東海事業所●地層処分基盤研究施設（ENTRY）●高ﾚﾍﾞﾙ放射性物質研究施設（CPF）●プルトニウム燃料開発施設●地層処分放射化学研究施設（QUALITY）
地層処分と深部地質環境

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地層処分の特徴（１）

高レベル放射性廃棄物の放射能の減衰過程
きわめて長い時間スケール（数十万年以上）を考慮しなければならない→【時間的な不確実性】
地層処分と深部地質環境

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地層処分の特徴（２）オーバーパック
ガラス固化体

緩衝材

オーバーパック（鋼製容器）
緩衝材
岩盤

安定な地質環境

ガラス固化体岩盤
多重バリアシステム

2020年頃には４万本のガラス固化体に相当する使用済燃料が発生すると見込まれている
天然の地質環境という不均質で大きな空間領域を有するシステム要素を含む→【空間的な不均質性】とそれに伴う【空間的な不確実性】
地層処分と深部地質環境

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安全評価の体系
安全評価の体系
シナリオ解析
シナリオ解析

数学モデル・
数学モデル・
データ
データ「もし地層処分 システムがこうなったら････」という筋書き

数学モデルの例-場の性質(Feature)-事 象(Event)-プロセス(Process)
を抽出

Rdi

∂Ci
∂ 2C= D 2i − λi Rdi Ci + λi−1Rdi−1Ci−1∂t∂x

必要なデータ

評価解析
評価解析

安全基準

シナリオに基づくモデルを用いた影響の推定

Rd：遅延係数λ：崩壊定数D ：拡散係数安全性の判断地層処分と深部地質環境

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地層処分で考慮する現象の例
地層処分で考慮する現象の例

地層処分と深部地質環境

2004年度バックエンド週末基礎講座

地下に埋設された放射性核種が生物圏に到達するというシナリオは・・・・・・・・
処分場を横切る断層が新たに発生することで、処分場と生物圏を直接つなぐパスが発生する、あるいは火山の噴火で放射性核種が直接生物圏に放出される（接近シナリオ）

人工バリアから放射性核種が漏れ出し、地下水の流れとともに生物圏に到達する（地下水シナリオ）

地層処分と深部地質環境

2004年度バックエンド週末基礎講座「第２次取りまとめ」における安全評価シナリオの分類と取り扱い
FEP
リスト
FEPリスト

地層処分システムの安全性能に影響を及ぼす特質(Features) ，事象(Events) ，プロセス (Processes) の抽出

接近シナリオ
接近シナリオ

地下水シナリオ
地下水シナリオ
想定を超える天然現象の影響（火山の噴火、断層運動、隆起・侵食、人間侵入）

適切な処分サイトの選定と処分場の設計によって影響を回避

将来の人間活動の影響
処分場の欠陥による影響

基本シナリオ
基本シナリオ

変動シナリオ
変動シナリオ

モデルとデータによる解析評価

・レファレンスケース
・データ不確実性ケース ・概念モデル変更ケース
・地質環境変更ケース ・代替デザインケース
地層処分と深部地質環境

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接近シナリオ：地質環境の長期安定性に関する研究
地下水シナリオ：地質環境特性に関する研究
地層科学研究（深部地質環境の科学的研究）として実施

隆起・沈降・侵食
気候・海水準変動
地質構造

岩盤
地下水流動

火山活動

地震
地震
（活断層の動き）
地層処分と深部地質環境

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プレート収束帯に位置する日本列島では，地層処分を進めている
プレート収束帯に位置する日本列島では，地層処分を進めている
多くの諸外国に比べ地殻変動や火成活動が活発
多くの諸外国に比べ地殻変動や火成活動が活発

北米プレートユーラシアプレート
太平洋プレート
西北西方向：8cm/年

フィリピン海プレート
北西方向：4cm/年（ 地震調査研究推進本部地震調査委員会編， 1 9 9 7 より ）（地質調査委員会編，1997に加筆）
地層処分と深部地質環境

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地質環境の長期安定性に関する研究「第２次取りまとめ」までの研究開発の目標
地層処分システムに影響を与える可能性が想定される天然現象の性質や影響範囲等を調査し，それらの影響が及ばないような安定な地域が存在し得ることを示すこと（原子力委員会ﾊﾞｯｸｴﾝﾄﾞ対策専門部会，1997）① わが国における地震・断層，火山活動，隆起・侵食，気候・海水準変動に関する基盤情報の整備＜日本列島活断層図，第四紀火山カタログ，海成段丘アトラス等＞② 天然現象の規則性，地域性の検討③ 天然現象が地質環境に及ぼす影響の検討
地層処分と深部地質環境

2004年度バックエンド週末基礎講座

活断層の定義「最近数十万年間に概ね千年から数万年の間隔で繰り返し活動し、今後も活動を繰り返すと考えられる断層」

地層処分と深部地質環境

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過去数十万年間，断層活動は既存の活断層帯で繰り返し起こっている40

0 40 80km

地層処分と深部地質環境

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天然現象の地域性，規則性の検討（火山活動）
Osore V.R.

■ 第四紀の火山フロン
トは，ほぼ一定の位置に存在。

41

41
Hakkoda V.R.

■東北日本の場合，火山フロント付近の火山は，ある特定の地域（火山地域）において繰り返し活動。

40

40

Sengan V.R.

39

Onikobe V.R.

39

■火山地域の背弧側には，1.0 Ma以降，いくつかの火山（岩木，鳥海等）が形成。

Zao V.R.

38

38
Bandai V.R.
Aizu V.R.

37
139

140

141

142

37143 139

140

141

142143

東北日本における第四紀火山の分布と形成年代（林ほか，1996）
地層処分と深部地質環境

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火山と活断層の分布
火山と活断層の分布
2 km×2 km

10 km×10 km

100 km×100 km

：火山
：活断層
0300km地層処分と深部地質環境

2004年度バックエンド週末基礎講座

天然現象の地域性，規則性の検討（隆起運動）■ 脊梁山脈，房総南部，飛騨山地，赤石山地等では隆起速度が1mm/yr.を超える。

(mm/yr)■ 沿岸地域では，一般に隆起速度は，0.2〜0.4 mm/yr.
(20〜40 m/100,000 yr.)程度である。

日本列島の最近10万年間の隆起速度（藤原ほか，2004）
海岸段丘・河岸段丘堆積物の年代および段丘面の比高から計算した。
地層処分と深部地質環境

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天然現象の地域性，規則性の検討（侵食作用）■ 侵食速度は第四紀の隆起量が大きい中部日本や紀伊半島，四国地方等で大きく，北上・阿武隈山地や中国地方で小さい。
■ 山地の侵食速度は，第四紀の隆起量（平均隆起速度）との相関が高い。
侵食速度（mm/y.）
5.0〜
3.0〜5.0
2.0〜3.0
1.0〜2.0
0.5〜1.0
0.3〜0.5
0.1〜0.3〜0.1

1000200 km

ダムの堆砂量から推定した侵食速度分布（藤原ほか，1999）
ダム流域の堆砂量（侵食速度）と地形起伏（高度分散量）の関係から各グリット（6km四方）の侵食速度を計算した。
地層処分と深部地質環境

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天然現象が地質環境に及ぼす影響の検討（地熱）（℃/100m）
30地温勾配

大雪
八甲田
吾妻
焼岳
霧島

201000102030

4050（km）

日本列島地温勾配図と火山周辺の坑井の地温勾配（梅田ほか，1999）
高温異常の背景となるバックグラウンドは東日本で3〜5℃/100m，西日本で2℃/100m程度である。また，火山周辺の地温勾配値は一般的に高いが，噴出中心から離れるにしたがって低減。
地層処分と深部地質環境

2004年度バックエンド週末基礎講座

地質環境の長期安定性に関する研究の「第２次取りまとめ」の結論・評価◆地震・断層活動，火山活動は，主要な活断層や第四紀火山の分布や活動履歴等からその活動および影響の範囲が限定される。
⇒場所が特定されていない現段階において，これらの活動による重大な影響が及ばない安定な地域が存在し得ることが科学的根拠に基づき示されている。
◆隆起・侵食等は，段丘などの地形情報等を活用することによって個々の地域における変動量を推定できる。
⇒将来にわたっての変動量を推定することが可能であること，また，変動量の著しい地域をあらかじめ避けることが可能であることが示されている。
（原子力委員会ﾊﾞｯｸｴﾝﾄﾞ対策専門部会，2000）
地層処分と深部地質環境

2004年度バックエンド週末基礎講座

地質環境の長期安定性に関する研究の「第２次取りまとめ」以降の研究開発の方向性

第２次取りまとめ
第２次取りまとめ
わが国における地層処分の技術的信頼性

地層処分システムの設置に適した地質環境が，我が国にも存在し得ることを立証するためのサイトジェネリックな評価処分事業や安全規制への反映① 調査技術の開発・体系化⇒実際の地質環境を念頭に置いた調査技術② 長期予測・影響評価モデルの開発⇒将来の自然現象および地質環境への影響の予測・評価手法
地層処分と深部地質環境

2004年度バックエンド週末基礎講座「第2次取りまとめ」以降の主な研究開発課題① 調査技術の開発・体系化■ 古地形・水系等の復元技術■ 震源断層等の抽出技術■ マグマ・高温岩体等の探査技術■ 活断層周辺の影響調査技術■ 火山・地熱活動等の精密復元技術

等② 長期予測・影響評価モデルの開発■ 三次元地形変化モデル■ 火山活動域の長期予測モデル■ 断層周辺の力学・水理モデル■ 地熱地帯の熱・水理・水質モデル 等
地層処分と深部地質環境

2004年度バックエンド週末基礎講座

震源断層の抽出技術
2000年鳥取県西部地震は，地震前に活断層が認定されていない場所で発生し，地震後においても明瞭な断層変位地形が地表に現れていない

地表に明瞭な断層変位地形を現さない震源断層（Mw７クラス）を抽出するための調査技術が必要

断層変位地形である可能性が否定できない地形に着目した空中写真判読を実施

リニアメントab ： 断層変位地形である可能性が否定できない地形（系統的でない河谷・尾根の屈曲，鞍部，直線状谷の発達，山地高度の有意な不連続）を伴う線状地形

地層処分と深部地質環境

2004年度バックエンド週末基礎講座

震源断層の抽出技術

余震域には震源分布と平行に短いリニアメントが多数認められる。
これらについて，遠田（2002）
は，地表に達していない断層変位が地表の弱面のすべりを誘発して生じた表層部の根無し断層であることを指摘。
震央
活断層
リニアメント
第四紀火山（噴出中心）

2000年鳥取県西部地震の震源分布（1985〜2001年）と活断層・リニアメントの関係
地層処分と深部地質環境

2004年度バックエンド週末基礎講座

中国地方のリニアメント密度分布図

地層処分と深部地質環境

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地下深部のマグマ・高温岩体等の探査技術
非火山地帯においても高温の温泉が湧出する地域（例えば，常磐地域，紀伊半島，飯豊山地等）が存在。しかしながら，これらの熱源や地熱流体の上昇過程については不明。
将来の火山活動によるサイトの潜在的なリスクを排除するため，地下深部のマグマ・高温岩体等を予め確認するための調査技術が必要。
地球物理学的手法（地震波トモグラフィー，ＭＴ法観測等），地球化学的手法（希ガス同位体等）の適用性を検討。

ＭＴ法調査：ﾌｧｰﾘﾓｰﾄﾘﾌｧﾚﾝｽ処理によるＳ/Ｎ比の向上，Ｓ/Ｎ比がｲﾝﾊﾞｰｼﾞｮﾝに及ぼす影響の評価→鳴子火山，紀伊半島南部
希ガス同位体比：非火山地帯の高温異常域における3He/4He比データの取得，ﾏﾝﾄﾙ起源のHeの上昇過程の検討→紀伊半島，四国
地層処分と深部地質環境

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地下深部のマグマ・高温岩体等の探査技術

Volcanic Front ?

本宮
050

100 ℃

近畿・中国・四国地方における泉温分布図（矢野ほか，1999）
地層処分と深部地質環境

2004年度バックエンド週末基礎講座

地下深部のマグマ・高温岩体等の探査技術
本宮

MT法による二次元深部比抵抗構造（梅田ほか，2003）○は1995〜2002年までの震源分布（東京大学地震研究所データ）
地層処分と深部地質環境

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地下深部のマグマ・高温岩体等の探査技術
応力場
Compression

堆積岩
花崗岩

Tension流体

脱水？

紀伊半島下におけるスラブの脱水・深部流体の上昇モデル○：微小地震，★：低周波微動（2002〜2003年の気象庁の一元化震源データによる）地層処分と深部地質環境

2004年度バックエンド週末基礎講座

三次元地形変化シミュレーション技術

２ｋｍ
現 在
４万年後12万年後

瑞浪市北西部日吉川流域の現在と４万年後，１２万年後の地形の陰影図
地層処分と深部地質環境

2004年度バックエンド週末基礎講座

地下水シナリオ：地質環境特性に関する研究

隆起・沈降・侵食
気候・海水準変動
地質構造

岩盤
地下水流動

火山活動

地震
地震
（活断層の動き）

地層処分と深部地質環境

2004年度バックエンド週末基礎講座

東濃地科学センターにおける地質環境特性に関する研究のフレームワーク
今どうなっているか、なぜそうなのか？
システム研究地質構造
地下水の水理地下水の地球化学
物質移行
岩盤力学

研究サイト
・東濃鉱山（1986〜2003)
・釜石鉱山(1988〜1997)
・広域地下水流動研究の研究実施領域（約10km四方）
・超深地層研究所用地（正馬様用地）（瑞浪超深地層研究所用地）
地層処分と深部地質環境

2004年度バックエンド週末基礎講座

地層科学研究の各プロジェクトの流れ
地層科学研究の各プロジェクトの流れ
第一次取りまとめ

第2次取りまとめS61 S62 S63 H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 H9 H10 H11 H12 H13 H14 H15 H16 H17 H18 H19 H208687888990919293949596979899

012345678

地質環境の長期安定性に関する研究「全国を対象とした事例研究」「長期安定性の調査・評価技術の開発」

東濃鉱山における調査試験研究
立坑掘削影響試験

釜石原位置試験広域地下水流動研究（ 要 素 技 術の 開 発 ）（地質環境調査技術の体系化）

超 深 地 層 研 究 所 計 画
第１段階
第２段階
（正馬様用地）（瑞浪超深地層研究所用地)
幌延深地層 研究計画
第１段階

第２段階

：坑道を利用した又は坑道掘削段階における調査研究

青字：堆積岩が主な研究対象：地表からの調査研究

赤字：結晶質岩が主な研究対象
地層処分と深部地質環境

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地層科学研究の研究実施領域

地層処分と深部地質環境

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東濃地域の地質(糸魚川，1980を簡略化)
地層処分と深部地質環境

第四紀

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瀬戸層群

164万年前最上部の湖成層の堆積(500万年)

生俵累層
明 世 類 層

瑞 浪 層 群

第 三 紀

大野類層 土岐夾炭類層

土岐花崗岩

白亜紀

6500万年前

中新世中期(ca. 1500万年)：海成層の堆積ウラン鉱床の生成 (>1000万年)
中新世初期 (ca. 1800万年)：湖成層の堆積白亜紀末期 (ca. 7000万年)：基盤花崗岩の生成
地層処分と深部地質環境

2004年度バックエンド週末基礎講座

東濃鉱山における調査試験研究

130〜150m

ナチュラルアナログ研究
地層処分と深部地質環境

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ウラン鉱床露頭

黒雲母とウランの濃集

何故この地にウラン鉱床が生成され、この地が数々の地質学的な変遷を受けてきたにもかかわらず、一千万年という長期にわたってウラン鉱床が維持されてきたのか？

放射性核種が移動しない ＝強還元状態 ＝酸素がない
地層処分と深部地質環境

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ウラン鉱化帯周辺の化学的緩衝プロセス
長期間にわたる酸化的表層水の浸透深度 (m)
0-200

花崗岩

-100

湖成層

海成層

CO2 O

2

水酸化鉄帯・炭酸塩溶脱帯

O2 水酸化鉄海成層からの硫酸イオンのSO 24
溶脱炭質物

SO42H2 S

硫酸還元
バクテリア

pH：弱アルカリ性
酸化還元電位：+50 〜 -300 mV
Fe2+
Pyrite 黄鉄鉱帯

pH：弱アルカリ性
酸化還元電位：-280 〜 -400 mV

ウラン鉱化帯堆積岩深部（深度40〜60m以深）では、炭酸塩鉱物の緩衝反応・有機物を介した硫酸還元反応により、UO2(am.)の溶解度を低く保つpH, Eh条件が長期にわたって続いている。
地層処分と深部地質環境

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坑道周辺の環境条件の変動

東濃鉱山の例では、地下坑道からの鉄の酸化フロントは約10年で数十cm進む。
鉄の化学種の酸化還元が主な緩衝反応であり、地下水のpHが中性〜弱アルカリ性とすると、坑道周辺では酸化還元電位が+50〜-300 mVの範囲で乱されている。
地層処分と深部地質環境

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岩盤の長期挙動に関する試験研究の成果の一例

東濃鉱山坑道における長期変位計測結果
・ 坑道周辺岩盤の変形； 掘削から１０年経過後も変形が増大⇒ 工学的に貴重なデータの蓄積
地層処分と深部地質環境

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釜石原位置試験

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釜石原位置試験
研究対象岩種：栗橋花崗閃緑岩

地層処分と深部地質環境

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釜石原位置試験の研究成果の一例
釜石鉱山での地震観測例(三陸はるか沖地震：平成6年(1994年)12月28日 21時，ﾏｸﾞﾆﾁｭｰﾄﾞ7.5, 震央距離 212.6 km）
102030405060

708090sec

31.25 gal

地表部
14.46 gal

深度125m
12.98 gal

深度260m

11.32 gal

深度730m●地下深部での地震による揺れは、地表の半分以下
地層処分と深部地質環境

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釜石原位置試験の研究成果の一例
観察に基づく岩体の空隙構造のモデル化

割れ目の開口幅＝２√（透水量係数） ：経験則
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広域地下水流動研究の目的
本研究は、広域（ここでは地下水流動に関する涵養域から流出域包含む数km四方以上の領域を指す）における地表から地下深部までの地質・地質構造、地下水の水理や水質などを明らかにするために必要な調査・解析ならびに調査・解析結果の妥当性を評価するための技術の開発を目的とする。

内陸部における深部地下水流動の概念図
地層処分と深部地質環境

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研究実施領域の概要

広域地下水流動研究の地表調査実施領域

地層処分と深部地質環境

2004年度バックエンド週末基礎講座「・・・高レベル放射性廃棄物は、・・・・冷却のための貯蔵を行い、その後、地下数百メートルより深い地層中に処分する・・・」
原子力長期利用計画 昭和６２年６月２２日 原子力委員会
広域地下水流動研究の研究領域

涵養域

東濃鉱山

流出域（土岐川）

010 km

東濃鉱山近傍の地下1,000m付近を通過する地下水の流動系の範囲

地層処分と深部地質環境

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調査機器の開発（１）1000m 対応水理試験装置

地層処分と深部地質環境

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調査機器の開発（２）1,000m 対応地下水の地球化学調査機器

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調査機器の開発（３）ＭＰシステムによるモニタリングの適用試験

地層処分と深部地質環境

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ボーリング孔を用いた調査とは①ワイヤーライン工法によるオールコアリング掘削②掘削水には河川水または地下水を使用

堆積岩③掘削水にはトレーサーとして蛍光染料を添加

掘削流体
花崗岩

掘削の手順
①堆積岩部を掘削②堆積岩部の調査を実施③堆積岩部を拡孔④堆積岩部にケーシングを設置⑤花崗岩を掘削

地層処分と深部地質環境

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広域地下水流動研究（要素技術の開発段階）

DH-３
DH-8DH-6DH-7DH-5DH-9DH-1
DH-４DH-２

地層処分と深部地質環境

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土岐花崗岩の透水係数分布

地層処分と深部地質環境

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動水勾配と深度の関係（東濃地域の２本の1000mボーリング間）

地下水面の勾配

深度（ｍ）

0200
400
600
地形勾配

800
1000
0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

動水勾配
地層処分と深部地質環境

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東濃地域における深部地下水の地球化学的性質

地層処分と深部地質環境

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地層科学研究および深地層の研究施設の役割
原子力の研究、開発及び利用に関する長期計画（抜粋）（平成6年6月24日, 原子力委員会)
地層処分の研究開発は,国の重要プロジェクトとして,動力炉・核燃料開発事業団を中核推進機関として関係機関が協力して進めていくこととします。研究開発は,当面,対象とすべき地質環境を幅広く想定し,地層処分を行うシステムの性能評価研究,処分技術の研究開発,地質環境条件の調査研究等の各分野において引き続き進めるほか,地層処分研究開発の基盤となる深部地質環境の科学的研究を着実に進めることとします。
深地層の研究施設は,深地層の環境条件として考慮されるべき特性等の正確な把握や地層処分を行うシステムの性能を評価するモデルの信頼性向上等地層処分研究に共通の研究基盤となる施設であり,我が国における深地層についての学術的研究にも寄与できる総合的な研究の場として整備していくことが重要です。また,このような施設は,我が国の地質の特性等を考慮して複数の設置が望まれます。さらに深地層の研究施設の計画は,研究開発の成果,特に深部地質環境の科学的研究の成果を基盤として進めることが重要であり,その計画は処分場の計画とは明確に区別して進めていきます。
地層処分と深部地質環境

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Underground Research Laboratory の分類
分

Generic URL（Off Site）類pre-existingundergroundexcavations

purpose-built

Site-specific URL（On Site）

URL名
Stripa Mine,Grimsel Test Site, Mt. Terri Proj.,・・・・
東濃鉱山（1986〜2003)
釜石鉱山（1989〜1998)
HADES-URF(Mol）,
Whiteshell URL, Aspo HRL, ・・
超深地層研究所計画（瑞浪)（ 1996〜 )幌延深地層研究計画（ 2001〜)
ONKALO, Meuse/Haute Marne,（Gorleben）, WIPP,
Exploratory Studies Facility

OECD/NEA : The Role of Underground Laboratories in Nuclear Waste Disposal Programmesの内容を整理地層処分と深部地質環境

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超深地層研究所計画の目標①深部地質環境の調査・解析・評価技術の基盤の整備②深地層における工学技術の基盤の整備

超深地層研究所の研究坑道レイアウトのイメージ
地層処分と深部地質環境

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超深地層研究所計画のスケジュール

地層処分と深部地質環境

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約10km四方の領域

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研究の進め方（１）繰り返しアプローチ

調査量に対する，理解度，情報の過不足，優先順位，の明確化
地層処分と深部地質環境

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調査

研究の進め方（２）
統合化データフロー
解釈/
データセット

生データ
00

100

100

300
400

400

500

500

600

600

700

700

800

800

900

900

1000

1000

深度(m)

結果/
反映先

不整合

上部
200
300 割れ目帯

200

概念化/モデル化/
シミュレーション¾サイト評価¾設計・施工計画¾調査研究計画¾地質環境の理解

健岩部

1100
1100
0 500 1000 1500 2000 1E-06 1E-05 1E-04 1E-03

月吉断層

累積割れ目本数 透水量係数(m2/s)

Frequency

Granite (Slug Test)
2520
15
1050-12-11-10-9-8-7-6-5-4

Hydraulic Conductivity

ねらい：反映先とアウトプットを明確にし，そこまでの調査・解析・評価の道筋を効率化・最適化すること地層処分と深部地質環境

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統合化データフローの例(地質・地質構造に関する統合化データフロー)

調査

生データ

解釈/ﾃﾞｰﾀｾｯﾄ 概念化/ﾓﾃﾞﾙ化/ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ 結果/アウトプット

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正馬様用地で実施された調査・試験[地下水圧観測][長期揚水試験][表層水理調査][地上物理探査][ボーリング調査]
物理検層，流体検層，BTV，水理試験，岩石鉱物試験，年代測定，岩芯室内物性試験，初期応力測定など
地層処分と深部地質環境

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MIU-2号孔での水理試験結果および割れ目分布深度︵ｍ︶

透水係数（単孔式水理試験）
および試験区間
透水係数（揚水試験）区間水圧断層周辺の割れ目帯

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NN

地質構造の概念モデル
風化部（高透水ゾーン）
上部割れ目帯（高透水ゾーン）

健岩部(低透水ゾーン)

高透水割れ目断層コア部：低透水性（水理的には遮水効果）
断層に伴う割れ目帯：高透水性

地下水流動：北東⇒南西
地層処分と深部地質環境

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広域地下水流動研究（地質環境調査手法の体系化の段階）

DH-10
DH-３
DH-8
DH-6
DH-7DH-5

DH-13

DH-9
DH-11

DH-1
DH-４

DH-２

DH-12
DH-12

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研究実施領域周辺の地下水流動と地下水の水質

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単一孔で複数の調査を行う場合の試錐調査プログラム−採水を組み合わせた水理試験法の開発−
基本的な調査プログラム

孔内崩壊への対応

試錐孔掘削

試錐孔掘削

掘削情報、岩芯観察、ﾄﾚｰｻｰ濃度管理

孔内崩壊

逸水

掘削停止

掘削停止

物理検層等

採水実施の判断あり

水理試験/採水
物理検層等

なし

水理試験/採水

崩壊部以浅で実施可能なすべての試験を実施

崩壊部の保孔試錐孔掘削

逸水防止対策
試錐孔掘削
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採水を組み合わせた水理試験法の開発−

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水理試験期間中の圧力変化プロファイル

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国の報告書に示された深地層の研究施設の研究課題等(第２次取りまとめ評価報告書，安全規制の基本的考え方)○ 実際の地質環境条件を適切に考慮した評価○ 深部地質環境データの蓄積○ 地表から地下深部までの調査の体系化○ 建設・操業・閉鎖技術の確認

地層処分と深部地質環境

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超深地層研究所計画の研究実施場所

正馬様用地

瑞浪超深地層研究所用地

月吉断層周辺の水理研究と要素技術開発の場として活用する

研究坑道の設置場所として，段階ごとに研究を進める
地層処分と深部地質環境

2004年度バックエンド週末基礎講座正馬様用地での研究成果

地質環境モデル・地質構造要素(花崗岩)のコンセプト−高透水部：風化部，上部割れ目帯，断層に伴う割れ目帯−低透水部：断層コア部，健岩部
調査技術
・試錐掘削技術−掘削水の管理，崩壊・湿潤・逸水・湧水対策など
・試錐調査技術−水理調査技術(試験手順，品質管理)−採水技術(採水方法，品質管理)−水みちとなる地質構造の抽出・分類技術

研究所用地における調査・研究の計画

研究のアプローチ
・統合化データフロー
・繰り返しアプローチ

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空間スケールの概念の整理
サイトスケール
ブロックスケール（数百m〜数km×深度2〜3km程度）（数十m〜数百m×深度数百〜1km程度）

0㎞程度
深度1数km程度

数km

ローカルスケール
地下水流動
数十km

リージョナルスケール
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モデル化領域の再設定−境界条件の設定−
広域モデル領域115km×115km
70km× 70km
35km× 35km
20km× 20km

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・側方境界条件：不透水境界：側方境界条件は地下水流動に大きな影響を与えない・底部境界条件：不透水境界（標高-2000m） ：標高-2000m以深には別の地下水流動系が存在する
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地下水流動解析結果（水頭分布）

地下水の流動方向は、概ね北東から南西であり、モデル化・解析領域の北東部を涵養域とし、土岐川を流出域としていることが推定された。
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北東端
南西端

間隙水圧測定結果

水質の分布から推定される地下水の涵養域から流出域までの地下水の流動方向
は地下水流動解析の結果と概ね整合的である

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地層処分と深部地質環境

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瑞浪超深地層研究所用地における調査研究スケジュール

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試錐孔位置図MSB-4DH-2（掘削長５００m）
再調査
水圧モニタリング装置の設置

MIZ-1MSB-1

MSB-1〜４堆積岩＋花崗岩上部

MSB-3
MSB-2

DH-2

MIZ-1（計画掘進長１３５０ｍ）

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地層処分と深部地質環境

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浅層ボーリング調査で得られた地下水の水質

TDS:総溶存成分濃度
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深層試錐調査深層試錐調査の掘削現場
深層試錐孔に沿った予測地質断面図
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平成15年7月〜

平成16年度

坑口上部工

坑口下部工

平成17年〜

平成21年頃立坑掘削工事計画

10m程度〜50m程度

堆積岩

180m程度花崗岩

1000m程度
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研究坑道の全体レイアウト

地上設備

主立坑
換気立坑

主立坑
（内径 6.5ｍ）

計測坑道Ａ

中間ステージ
予備ステージ

計測坑道Ｂ
計測坑道Ｃ

最深ステージ
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換気立坑

主立坑
換気立坑
換気立坑
（内径4.5m）
主立坑
主立坑（内径6.5m）

進入路

予備ステージ（深度100m毎）
主立坑（内径 6.5ｍ）

用地状況写真（平成16年6月現在）

中間ステージ（深度500m程度）

最深ステージ（深度1,000m程度）
研究坑道レイアウト

主立坑坑口（内径6.5m）

換気立坑坑内（内径4.5m）

施工の現状（坑口上部：地表〜深度20m程度）
地層処分と深部地質環境

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今後の主な予定
今後の主な予定
平成16年度(2004年)

地表からの調査研究終了
立坑本格掘削開始
平成１７年度
平成１７年度 地上からの調査研究成果
地上からの調査研究成果（2005年）（2005年） の取りまとめの取りまとめ

平成21年頃(2009年)

立坑掘削完了平成22年頃(2010年)

研究施設の完成

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