|
「放射性廃棄物地層処分における熱・熱水の影響評価に関する基礎研究（その 2）」の成果概要 玉生志郎・阪口圭一・中尾信典 本報告は原子力発電環境整備機構の委託研究「熱・熱水の影響評価手法に関する検討」，「同（その 2）」，「同 （その 3 ）」（原子力発電環境整備機構，2004 ，2005 ，2006）として実施した研究成果を，公表論文形式に書 き改めたものである．初年度の成果については，既に地質調査研究報告（Vol.55，No.11/12, 2004）に特集： 「放射性廃棄物地層処分における熱・熱水の影響評価に関する基礎研究」として公表しているので，ここでは 2 〜 3 年目の成果を主に報告する．本研究の目的は，高レベル放射性廃棄物の地層処分に関する研究の一環と して，わが国における高温地域の地球科学的特性と成因を把握し，概要調査地区選定及びそれ以降の調査段 階における熱・熱水の影響評価を行うための調査・解析・評価手法について検討することである．その過程 で，東北地方と中国・四国地方での高温地区を含む広域地域のタイプ分けを行い，それぞれの地域の概念図 を作成した．また，サブテーマ毎に検討した研究概要は以下のとおりである．
地質・地球物理データの重合処理による熱・熱水の異常地域抽出 玉生志郎・阪口圭一・佐藤龍也・加藤雅士 非火山性地域の地下での熱・熱水異常の存在状況や成因を明らかにするために，東北地方中北部，北部及 び中国・四国地方をモデル地域に選定して，地形，地質，地温，震源，比抵抗，キュリー点深度，重力基盤， P 波速度などの分布データを収集した．それらの情報はデジタル化後，データベースシステム（G ★ Base） に登録し，同システムの可視化機能で様々な角度から各種情報を比較検討した．その結果，以下のようなこ とが明らかとなった．1）深部では，火山フロントより背弧側では高温となり，前弧側で低温となる．背弧側 と前弧側では，概して山地域で高温となり低地域で低温となる傾向がある．このような深部の広域的な温度 分布は地温勾配，重力基盤深度分布，地震波速度から推定される先第三系基盤岩深度分布，キュリー点深度 等温面分布，浅部P 波速度と整合的である．2）浅部では，第四紀火山地域で浅所貫入マグマの影響で相対的 に高温となる．低地域でも帽岩の影響で多少高温となる．これらの浅部の温度分布は浅部の地温勾配，温泉 分布，比抵抗分布，P 波速度構造と相関している． 和歌山県本宮温泉地域の中新世貫入岩類の K-Ar 年代と化学組成 村岡洋文 和歌山県本宮温泉の成因解明のため，その湧出を規制している石英斑岩貫入岩体の K-Ar 年代や化学分析値 等を検討した．本宮温泉の熱源は四国海盆拡大軸の沈み込みによる高い熱流量に求められる．K-Ar 年代測定 の結果は高山岩株が 14.6 Ma，川湯岩床が 14.4 Ma を示す．化学成分の Q-Or-Ab 系相図から，高山岩株や川湯 岩床は深度約 20 km 付近で発生したと推定される．高山岩株や川湯岩床の主成分や微量成分は典型的な S タイ プ花崗岩で，音無川層群の砂岩に類似し，アナテクシスの融解度が限定された条件で，フリッシュ堆積物の うち，砂岩が選択的に融解した可能性を示す．本宮温泉の熱水貯留層は周辺のフリッシュ堆積物に比べて， 冷却節理に富み浸透率の高い石英斑岩岩床や岩脈に求められる．地殻熱流量の高い地域に，深度 20 km 程度 から地上まで透水体が存在すれば，広範な熱水対流が起こる．これが本宮温泉の成因といえよう． 地下温度分布から見た高温地区を含む広域地域のタイプ分け 玉生志郎 既存文献の収集データを用いて，東北地方と中国・四国地方の高温地区を含む広域地域を，その地域の地 形，地質の特徴から，それぞれ 5 タイプ（前弧側低地，前弧側山地，第四紀火山地域，背弧側低地，背弧側山 地）にタイプ分けを行った．また，東北地方と中国・四国地方で，それぞれの地方を横断する概念モデル断面 図を作成した．これらの結果から，各地域における熱・熱水の具体的特徴を記述した．熱・熱水の影響を考慮した広域地下水流動の数値シミュレーション 中尾信典・菊地恒夫・玉生志郎 北上低地を含む東北地方の東西 120 km にわたる地形を取り込んだ 2 次元断面について，地質データ等を参考 にして精緻なモデルを作成し，地熱用の多成分多相流体流動シミュレータを用いた広域流動シミュレーショ ンによる感度解析を実施した．その結果，山岳部地下の熱異常（高温部）を定性的に再現するためには，一 様ではない熱源（熱流量）を与える必要があることが判明した．また，平野部（低地）では火山性熱源が直 下になくても，地形効果による地下水の対流などにより，50 ℃ 程度の深層熱水が賦存する可能性があること がシミュレーションにより確認された．温泉放熱量に基づく熱異常抽出・特性把握方法に関する検討 阪口圭一 青森地域，中国地域，四国地域を対象として，深度情報を持つ温泉データから，放熱量の情報を活用でき るかどうかを検討した．3 地域間で，深度に対する温度・湧出量・放熱量の関係において違いが認められ，非 常に広域を対象とした地域間比較ではあるが，地域の地下特性を捉える上での情報となり得る．温泉の湧出 量と放熱量は，地層の透水性に大きく影響されていると考えられ，深度と湧出量・放熱量の関係は，その地 域の地層の透水性を反映している可能性が指摘できた．このような地球科学的特性を検討するためには，温泉 の温度・産出（ボーリング）深度・湧出量・産状が揃っていることが望ましい．地熱井変質データベースの構築と事例6地域のモデル化による多様な変質環境の検討 茂野 博 新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の地熱開発促進調査で掘削された調査坑井の変質データ について，（1.） 幅広く高度な利用に資する電子データベース化を試みるとともに，（2.） 事例 6 地域について各 種の図表化処理を行い，概念的モデル化を通じて変質環境の多様性とその原因を検討した．
電子スピン共鳴法による熱・熱水の影響評価 水垣桂子 電子スピン共鳴（ESR）法を熱・熱水の影響評価に適用する目的で，低温熱水活動史解析への適用可能性， ESR 信号の温度特性を利用した詳細な温度推定の可能性，熱の影響範囲評価の可能性について，これまでの 研究例を総括し今後の課題を抽出した．ESR 法では鉱物の結晶格子欠陥を利用するため、加熱時点だけでな く結晶晶出時も出発点となり、低温熱水活動にも適用できる．測定例としては温泉沈殿物や地下水温で晶出 した鍾乳石がある．ESR 信号の種類によっては熱水温度程度に加熱すると増大するものがあり、これを利用 して考古遺物の加熱温度を詳細に推定した例がある．また熱水の通路が断裂であれば、断裂から離れる方向 に見かけ年代値が古くなるはずであり、これを利用して熱の影響範囲や程度を推定することが可能である． しかし ESR 信号の温度特性について系統的な長時間加熱や冷却過程の実験を行った例はなく、今後の研究が 必要である．地下水水質の形成過程の基礎的数値解析 佐々木宗建 本邦での放射性核廃棄物の地層処分が対象とする花崗岩地域と堆積岩地域に賦存する地下水の水質形成過 程を把握する目的で，基本的な流体/ 岩石反応系に関する地化学的数値解析実験を行った．実験では花崗岩 地域の Na-HCO3 型水質と堆積岩地域の Na-Cl 型水質の形成過程などが模擬され，水質への熱の影響も検討さ れた．また，地化学的数値解析手法の流体/ 岩石反応系のモデリングへの適用における留意点が整理された．概要調査における熱・熱水の影響評価のための調査・解析・評価手法の提案 玉生志郎・阪口圭一 これまでの原子力発電環境整備機構の委託研究「熱・熱水の影響評価手法に関する検討」，「同（その 2）」，「同（その 3）」での研究成果を踏まえて，概要調査計画の立案及び概要調査の実施における「熱・熱水 の影響評価のための調査・解析・評価手法」を検討した．適用可能な調査手法，解析手法，評価手法につい て，調査項目，調査段階，調査地域のタイプ区分に対応させて検討した．調査対象は大きく浅部と深部に区 分される．浅部で考慮すべき要件は，広域表層イメージ，広域地質構造，坑井掘削，温度構造，流体流動，透 水係数分布，岩石水反応で，一方，深部で考慮すべき要件は，地下深部温度推定，潜頭性熱源と深部熱源，深 部断裂である．調査段階は地表調査段階，ボーリング調査段階，将来予測段階に分けられる．広域地域のタ イプ分けでは前弧側低地，前弧側山地，第四紀火山地域，背弧側山地，背弧側低地に分けられる．最終的に は，上記の考慮すべき要件に対応した調査手法，解析手法，評価手法を，一覧表として取りまとめた． |