JAEA-Data/Code2021-009
DOI:10.11484/jaea-data-code-2021-009

幌延深地層研究計画における広域スケールを対象とした地質構造モデルの更新
Update on the Regional-scale 3D Geological Modelin the Horonobe Underground Research Laboratory Project酒井 利啓

石井 英一

Toshihiro SAKAI and Eiichi ISHII

核燃料・バックエンド研究開発部門
幌延深地層研究センター
深地層研究部
Horonobe Underground Research Department
Horonobe Underground Research Center
Sector of Nuclear Fuel, Decommissioning and Waste Management Technology Development

August 2021
Japan Atomic Energy Agency

日本原子力研究開発機構

本レポートは国立研究開発法人日本原子力研究開発機構が不定期に発行する成果報告書です。
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JAEA-Data/Code 2021-009
幌延深地層研究計画における広域スケールを対象とした地質構造モデルの更新
日本原子力研究開発機構

核燃料・バックエンド研究開発部門

幌延深地層研究センター
酒井利啓※，石井深地層研究部
英一（2021 年 6 月 21 日受理）

国立研究開発法人日本原子力研究開発機構では、高レベル放射性廃棄物の地層処分のための技術基盤の整備と、深部地質環境に関する科学的知見を得ることを目的として、堆積岩を対象とした幌延深地層研究計画を北海道幌延町において進めている。
本計画において 2018 年度までに構築された広域スケールの三次元地質構造モデルとその数値データは、2019 年に JAEA-Data/Code 2019-007 として取りまとめられた。本報告書では、その後に得られた地下施設周辺の稚内層浅部に関する知見を加え、幌延深地層研究センターを含む約 6 km 四方の領域に対して地質構造モデルを更新した。

幌延深地層研究センター：〒098-3224※

北海道天塩郡幌延町字北進 432 番地 2

技術開発協力員i

JAEA-Data/Code 2021-009
Update on the Regional-scale 3D Geological Model in the Horonobe UndergroundResearch Laboratory Project
Toshihiro SAKAI※ and Eiichi ISHII
Horonobe Underground Research Department
Horonobe Underground Research Center
Sector of Nuclear Fuel, Decommissioning and Waste Management Technology Development
Japan Atomic Energy Agency
Horonobe-cho, Teshio-gun, Hokkaido(Received June 21, 2021)

Japan Atomic Energy Agency is performing the Horonobe Underground ResearchLaboratory Project, which includes a scientific study of the deep geological environment asa basis of research and development for the geological disposal of high level radioactive
wastes, in order to establish comprehensive techniques for the investigation, analysis andassessment of the deep geological environment in the sedimentary rock.
The numerical data of 3D geological model in regional-scale was compiled in 2019 as
JAEA-Data/Code 2019-007, and then this report updates a part of the numerical data of 3D
geological model around the underground facilities.

Keywords: Horonobe URL Project, 3D Geologic Structure Model, 3D-PDF※ Collaborating Engineerii

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JAEA-Data/Code 2021-009

目
1．はじめに···································································································· 12．地質構造モデルの更新内容············································································ 33．地質構造モデルの構築・更新結果
参考文献
付録

次··································································· 5········································································································· 8··············································································································· 9

付録 1．3D-PDF ファイル··············································································· 9

付録 2．地層・断層面の数値データファイル····················································· 13Contents
1．Introduction ································································································ 1
2．Updating points of geological model ································································ 33．Updated geological model ·············································································· 5References ······································································································· 8Appendix ········································································································· 9Appendix 1．3D-PDF files ················································································ 9Appendix 2．Numerical data files ··································································· 13iii

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JAEA-Data/Code 2021-009

1．はじめに国立研究開発法人日本原子力研究開発機構が北海道幌延町で実施している幌延深地層研究計
画における調査研究は、地下施設の建設工程や研究開発課題の内容、実施時期の違いから「第1 段階：地上からの調査研究段階」、「第 2 段階：坑道掘削（地下施設建設）時の調査研究段階」、「第 3 段階：地下施設での調査研究段階」の 3 段階に分けて実施している。2020 年度からは、令和 2 年度以降の幌延深地層研究計画として 3 つの課題に取り組んでいる 1）。
幌延地域を含む広域スケールを対象とした三次元地質構造モデルは、第 1 段階の調査研究結果に基づき三次元地質構造モデルの構築ソフトウェア VulcanTM（Maptek 社）2）を用いて構築し、その後の調査研究を踏まえて更新してきた。2018 年度までに構築・更新した三次元地質構
造モデルとその数値データは、2019 年にデータ集として取りまとめられた 3）。
第 2 段階以降の調査研究により、幌延深地層研究センター近傍に分布する大曲断層周辺の稚内層浅部には高透水性の割れ目が形成・発達しており 4-6）、高透水領域の概念がまとめられた 6-7）。
広域スケールを対象とした地質構造モデルを構築する際、高透水領域である稚内層浅部はこの概念に基づいて地表からの深度により区分し、モデル化 3）していたが、地下施設周辺においてその浅部と深部との境界深度の推測には不確実な点があった。このため検討を進めた結果、稚内層浅部と稚内層深部の境界から深度方向に 100 m ほどの領域に、割れ目の水理的連結性が高い部分と低い部分が共存する遷移領域を仮定することで各種観測データを統一的に説明できることがわかった 8）。
稚内層浅部に関連してこのような知見が得られたことから、本報告書では幌延深地層研究センターおよびモデル更新に用いたボーリング孔を含む約 6 km 四方をモデル化領域とし（図 11、図 1-2）、稚内層浅部基底面モデルを更新し、稚内層深部上部に遷移領域基底面モデルを追加して 2021R_Model を構築した。
また、2019 年のデータ集 3）で示した地質構造モデル（2008R_Model、2018R_Model）の補2021R_Model（本報告書）のモデル化領域

142°E

足資料として、地質断面図を加えた 3D-PDF ファイルを付録 CD-ROM に添付する。

2008R_Model のモデル化領域
2015、2018R_Model のモデル化領域

45°N

幌延町域

図 1-1

2019 年のデータ集 3）と本報告書におけるモデル化領域（海岸線および幌延町域データは国土地理院の基盤地図情報のダウンロードデータを参考に作成）-- 1 --

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図 1-2

2021R_model のモデル化領域とモデル更新に用いたボーリング孔の位置（地形・地質図は酒井・松岡（2015）9）、領域の数値は WGS84 UTM 座標系 54 帯北による座標値）-- 2 --

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2．地質構造モデルの更新内容
1 章で述べた稚内層浅部と深部の違いは、稚内層中の割れ目の水理的連結性について DI（Ductility index：岩盤にかかる平均有効応力をその健岩部の引張応力で除した値）の概念と透水試験・水圧観測・水質分析結果を組み合わせて示したものである 10-11）。
具体的には、広域スケールを対象とした地質構造モデル（2015R_Model、2018R_Model）3）を構築する際の稚内層浅部と深部の境界は、分布している稚内層の中で地表からの深度による3 つの面で区分する概念モデル 7）によった（図 2-1）。このとき、本地域内の DI=2 の深度を決定するのに応力分布を一様に扱う経験式 6）を用いた。すなわち声問層と稚内層の境界面から 50m の層準を遷移帯上部、同じく 50～200 m の層準を遷移帯下部とし、それぞれの領域内で DI＝2 となる深度（遷移帯上部は地表からの深度 564 m、遷移帯下部は地表からの深度 462 m）を求め、それを稚内層浅部の基底面とした。また、声問層と稚内層の境界面から 200 m 以上深く、地表からの深度が 385 m の面を稚内層浅部の基底面とした 7）。
一方、立坑の掘削と近傍のボーリング孔での水圧応答観測結果について検討すると、この概念では十分な整合性がとれていなかった。このため既存データの見直しと解析を行った結果、稚内層浅部と稚内層深部の境界面（DI＝2 の深度）から深度方向に 100 m 程度、割れ目の水理的連結性が高い部分と低い部分が共存する遷移領域を仮定することにより、得られているデータを統一的に説明できることが分かった 8）（図 2-2）。この割れ目の水理的連結性に関する検討
では、本地域内の応力分布の不均質性を考慮した経験式 12）を用いた 10）。
以上を総合し、新たに仮定した遷移領域を 2019 年度にとりまとめた地質構造モデルに加えmbgl

地表面

声問層／稚内層境界面
声問層

稚内層浅部の基底面

DI=250m

DI<2150m

385462564

DI>2
稚内層深部
DI：Ductility Index

mbgl：meters below ground level
図 2-1

既往の稚内層浅部（高透水領域）・遷移帯の概念 7）-- 3 --

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るとともに、DI=2 の深度面についても本地域内の応力分布の不均質性を考慮した経験式 12）を用いて更新する必要がある。このため、同経験式に基づき、表 2-1 に示すようにボーリング孔を 4 つのグループに分類し、グループごとのエリアで稚内層浅部の基底面深度を設定した（図2-2 の A～C 面深度）10）。
2021R_Model の構築にあたっては、幌延深地層研究センターを含む約 6 km 四方の領域における稚内層に対して、最初に 4 つのエリアごとに DI＝2 となる深度に稚内層浅部基底面を求めた。次にそれぞれのエリアの間は、大曲断層をまたぐ場合は断層部で落差があるままとし、それ以外では急激な落差とならないように接合することで、ひとつの稚内層浅部基底面モデルとした。
さらに、遷移領域基底面はこの稚内層浅部基底面から深度方向に 100 m 下方に推定された 8）ことから、新たに遷移領域基底面モデルとして加えた。

地表面

声問層／稚内層境界面
声問層
50m

DI<2
稚内層浅部

A面
B面

150m

遷移領域C面

100m

DI>2
稚内層深部

DI：Ductility Index
A～C 面深度は表 2-1 に示す

図 2-2

再検討された稚内層浅部（高透水領域）・遷移領域の概念 8）
表 2-1

稚内層浅部の基底面深度（mbgl） 10）
A面

B面

C面

316379463411493603HDB-9323

387473

HDB-11545655

800

グループ
HDB-1, HDB-3, HDB-6,PB-V01, SAB-1
HDB-4, HDB-5, HDB-8,
HDB-10, SAB-2

mbgl：meters below ground level-- 4 --

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3．地質構造モデルの構築・更新結果更新した 2021R_Model の全体図を、南東上空から見た鳥瞰図として図 3-1 に示す。この図では断面がわかるよう、南東角部分を削除している。更新の対象は、稚内層浅部基底面と遷移領域基底面である。2021R_Model の 3D-PDF ファイル『geomodel2021.pdf』を付録 1 に、この領域内の全地層基底面と断層面の数値データをテキストファイルで付録 2 に添付する。
更新した状況を比較して見るため、更新前の 2018R_Model と更新した 2021R_Model の稚内層浅部基底面の分布を図 3-2 に、さらに同様に地下施設付近を拡大したものを図 3-3 に示す。
大曲断層より西側で HDB-1 孔より北側は、2021R_Model では稚内層浅部基底面は浅くなり、HDB-11 孔付近は深くなっている。大曲断層より東側は、HDB-9 孔付近は浅くなり、それ以外は若干深くなっている。
なお、付録 1 に示すように三次元の可視化ファイルである 3D-PDF ファイルで閲覧すると図3-2、図 3-3 は違いが一目瞭然となるので、紙面と見比べてご参照いただきたい。

地下施設建設箇所

更別層基底面勇知層基底面

稚内層浅部基底面
遷移領域基底面

声問層基底面1 km

稚内層基底面

古第三系基底面W

N：深層ボーリング孔

図 3-1

更新した地質構造モデル（2021R_Model）（地質図は酒井・松岡（2015）9））（S29°W 方向から俯角 17°で見下ろした鳥瞰図）-- 5 --JAEA-Data/Code2021-009
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2018R_Model（『geomodel2021.pdf』ファイルの“稚内層浅部 2018R_Model”ビュー参照）

2021R_Model（『geomodel2021.pdf』ファイルの“稚内層浅部 2021R_Model”ビュー参照）
2018R_Model にはなかった遷移領域基底面モデルが加わっている

図 3-2

稚内層浅部基底面の分布（S16°W 方向から俯角 32°で見下ろした鳥瞰図）-- 6 --

JAEA-Data/Code2021-009
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HDB-3

換気立坑
PB-V01
西立坑
SAB-1
HDB-6

大曲断層
HDB-1

HDB-11
350 m
調査坑道
東立坑

稚内層浅部（高透水領域）基底面
稚内層基底面

2018R_Model（『geomodel2021.pdf』ファイルの“地下施設 2018R_Model”ビュー参照）

換気立坑
HDB-3西立坑

PB-V01
SAB-1
HDB-6

大曲断層
HDB-1

HDB-11
350 m
調査坑道
東立坑

遷移領域基底面
稚内層浅部（高透水領域）基底面

2021R_Model（『geomodel2021.pdf』ファイルの“地下施設 2021R_Model”ビュー参照）
2018R_Model にはなかった遷移領域基底面モデルが加わっている

図 3-3

地下施設近傍の稚内層浅部基底面の分布（S15°W 方向から俯角 13°で見下ろした鳥瞰図）-- 7 --

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参考文献
1）中山 雅，雑賀 敦（編）：“幌延深地層研究計画 令和 2 年度調査研究計画”，JAEA-Review
2020-022，2020，34p．
2）Maptek：“Maptek VulcanTM”, https://www.maptek.com/products/vulcan/，（参照 2021
年 6 月 4 日）．
3）酒井利啓，松岡稔幸：“幌延深地層研究計画における広域スケールを対象とした地質構造モデルの構築データ集”，JAEA-Data/Code 2019-007，2019，29p．
4）Ishii, E., Funaki, H., Tokiwa, T. and Ota, K.：“Relationship between fault growthmechanism and permeability variations with depth of siliceous mudstones in northern
Hokkaido, Japan ” ， Journal of Structural Geology ， 32 (11) ， 2010 ， pp.1792-1805,
doi:10.1016/j.jsg.2009.10.012．
5）Ishii, E., Sanada, H., Funaki, H., Sugita, Y. and Kurikami, H.：“The relationships among
brittleness, deformation behavior, and transport properties in mudstones: An example
from the Horonobe Underground Research Laboratory, Japan”，Journal of GeophysicalResearch，116 (B9)，2011，pp.B09206_1-B09206_15，doi:10.1029/2011JB008279．
6）Ishii, E.：“Predictions of the highest potential transmissivity of fractures in fault zones
from rock rheology : Preliminary results”，Journal of Geophysical Research，120 (4),2015，pp.2220-2241，doi:10.1002/2014JB011756．
7）日本原子力研究開発機構：“平成 27 年度地層処分技術調査等事業地質環境長期安定性評価
確証技術開発報告書”，2016，pp.47-67，https://www.enecho.meti.go.jp/category/electricity_and_gas/nuclear/rw/library/2015/27fy_tyoukianteisei-1.pdf，（参照 2021 年 6 月 4 日）．
8）中山 雅（編）：“幌延深地層研究計画 令和 3 年度調査研究計画”，JAEA-Review 2021009，2021，54p．
9）酒井利啓，松岡稔幸：“幌延地域を対象とした地表踏査および地形データにもとづく地質分
布の推定”，JAEA-Research 2015-004，2015，109p．
10）Ishii, E.：“Assessment of hydraulic connectivity of fractures in mudstones by singleborehole investigations ” ， Water Resources Research， 54 (5) ， 2018 ， pp.3335-3356,
doi:10.1029/2018WR022556．
11）雑賀 敦（編）：“幌延深地層研究計画 平成 30 年度調査研究成果報告”，JAEA-Review
2019-018，2020，122p．
12）Ishii, E.：“Estimation of the highest potential transmissivity of discrete shear fracturesusing the ductility index”，International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences，100，2017，pp.10-22，doi:10.1016/j.ijrmms.2017.10.017．

-- 8 --

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付録
付録 1．3D-PDF ファイル
本文に鳥瞰図で示した地質構造モデルを、3D-PDF ファイルとして付録 CD-ROM に添付する。添付するファイルリストを付表 1 に示す。
『geomodel2021.pdf』には 2021R_Model と、比較できるように 2018R_Model の稚内層浅部基底面を格納している（付図 1）。左中段欄カメラアイコン（ビュー：付図 1 ○ 箇所）の“稚内層浅部 2021R_Model”と“稚内層浅部 2018R_Model”をクリックして切り替えると、その違いがわかりやすい。
『region-model.pdf』には 2019 年のデータ集 3）で示した広域スケールの 2008R_Model と2018R_Model を格納し、さらに 3 つの測線における地質断面図を追加した（付図 2）。3D-PDF
ファイルには断面表示機能があり、3 つの測線に沿った断面表示ビューを設定した。その中で、“2018_M 測線断面”ビューにより表示した例を付図 3 に示す。
付表 1
ファイル名

3D-PDF ファイルリスト

ファイル内容備考geomodel2021.pdf

2021R_Model／2018R_Model

図 3-1～図 3-3

region-model.pdf

2018R_Model／2008R_Model

広域スケール、断面図入り

付図 1

geomodel2021.pdf ファイルの初期表示-- 9 --

JAEA-Data/Code2021-009
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付図 2

付図 3

region-model.pdf ファイルの初期表示

region-model.pdf ファイルの“2018_M 測線断面”ビュー-- 10 --

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JAEA-Data/Code 2021-009

3D-PDF ファイルは、一般的な PDF 閲覧ソフトで閲覧することができる。以下、Adobe®
Acrobat®で閲覧する例を示す。
Acrobat®でファイルを開いた場合、最初は付図 4 に示すように画面上部に注意喚起バーが表示されるので、右側の『オプション』ボタンから『この文書を信頼する』をクリックする。次に左上の赤色『？』ボタンをクリックすると、3D 画像が表示される。いずれもクリックしてから表示ソフトウェアが反応するのに若干時間がかかる場合がある。
表示された 3D 画像は、マウスにより回転・拡大・縮小・移動などができる。基本的な使用法は以下となる。
・回転：画面内任意の場所でマウス左クリックしてドラッグ・拡大・縮小：マウス中ホイールを回転・移動：Ctrl キー ＋ 左クリックしてドラッグ
・左上段欄チェックボックス：パーツの表示／非表示切り替え（付図 5）・左中段欄カメラアイコン（ビュー）：設定している視点・パーツの切り替え（付図 5）
断面表示をする場合は、付図 5 に示す断面表示（クロスセクション）ボタンをクリックする。
測線の位置・方向などは、クロスセクションのプロパティで設定する（付図 6）。その他、画面の背景色は自由に変えられる（付図 5）。また、画面の任意の個所を右クリックすると様々なオプションが表示され、例えば『画面右クリック ⇒ ツール ⇒ 3D ものさし』で長さ、角度の計測ができる。

付図 4

3D-PDF ファイルを最初に開いたときの画面表示（Adobe® Acrobat®の例）-- 11 --

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JAEA-Data/Code 2021-009

付図 5

付図 6

3D-PDF ファイルの使用法

クロスセクションのプロパティ-- 12 --

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JAEA-Data/Code 2021-009

付録 2．地層・断層面の数値データファイル
2021R_Model の全地層基底面と断層面の数値データを、テキストファイルで付録 CD-ROMに添付する。三次元地質構造モデルの構築に用いた VulcanTM の面モデルは TIN（不規則三角網）により作られており、それをテキスト変換した。テキストファイルの記述は、TIN の頂点の座標と、その頂点を示す番号の組合せからなる。添付するファイルリストを付表 2 に示す。
座標値は、WGS84 UTM 座標系 54 帯北による。
付表 2

地層面ファイルリスト（2021R_Model）

区分

ファイル名

（基底面等）（拡張子.asc）

古第三系

2021_palaeo-w

大曲断層西側2021_palaeo-m

大曲断層東側2021_wk-w

大曲断層西側2021_wk-m1

大曲断層東側稚内層

備考2021_wk-m2
稚内層深部

2021_wkt_w

大曲断層西側遷移領域

2021_wkt_m

大曲断層東側

稚内層浅部

2021_wku_w

大曲断層西側2021_wku_m

大曲断層東側2021_kt-w

大曲断層西側2021_kt-m1

大曲断層東側声問層

2021_kt-m22021_yt-w

大曲断層西側2021_yt-m

大曲断層東側更別層

2021_sb-w

大曲断層西側大曲断層

2021_flt_om-a

勇知層

2021_flt_om-b
その他断層

地形

2021_flt_dt

デタッチメント断層

2021_flt_fb1

ブランチスラスト（大曲背斜を形成する断層）

2021_flt_sb

ブランチスラスト（サロベツ背斜を形成する断層）

2021_topo-- 13 --

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