国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 国立大学法人名古屋大学
国立大学法人山形大学
断層運動で損傷した岩盤の自己修復機能を確認
【発表のポイント】
・ 瑞浪超深地層研究所の研究坑道を用いて、花崗岩体の形成時から現在までの岩盤中 の割れ目の状態の変遷を地質学的・水理学的手法によって調査し把握した。
・ 断層運動により損傷を受けた断層周辺岩盤は、岩盤中に発達した割れ目によって短期 的には選択的に地下水や物質の移動経路となるが、長期的には鉱物等による割れ目 の閉塞といった自己修復機能により、地下水や物質の移動を抑制する場となる可能性 を見出した。
国立研究開発法人 日本原子力研究開発機構（理事長 児玉敏雄）東濃地科学センター 結晶質岩地質環境研究グループの石橋正祐紀、笹尾英嗣主任研究員、名古屋大学（総長 松尾清一）博物館の吉田英一教授、山形大学（学長 小山清人）学術研究院（理学部担当） の湯口貴史講師らの研究チームは、岐阜県瑞浪市にある瑞浪超深地層研究所の深度300 ｍと 500ｍの研究坑道において、花崗岩体の形成時から現在までの岩盤中の割れ目の状 態の変遷を地質学的・水理学的手法によって調査し、断層運動により損傷を受け、地下水 や物質の移動経路となった断層周辺岩盤が、鉱物等による割れ目の充填や閉塞といった 自己修復により、地層処分の長期安全性にとって重要な地下水や物質の移動を抑制する 場となる可能性が期待できることを示しました。
本研究成果は、日本における地層処分の安全性を議論する上での重要な知見と考えら れ、国際学術雑誌の「Engineering Geology」にも掲載されました。
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補足説明資料
【研究開発の背景と目的】
高レベル放射性廃棄物の地層処分事業では、数万～十万年スケールの安全性を考慮す ることから、長期的な地下環境での物質の移動を評価することが必要です。花崗岩の様な 結晶質岩では、断層周辺の岩盤は、断層運動に伴い物理的に破砕されることによって地下 水の選択的な移動経路（透水性構造）となることが懸念されており、地層処分事業において は、安全性を評価する上で考慮するべき領域の一つとされています。特に、日本国内の地 下環境では数百 m に一本の割合で小規模な断層に遭遇する可能性が示されていることか ら、断層周辺 岩盤の透 水性構造としての長期的な変化を把握するこ とが重要となります。 そこで、本研究では瑞浪超深地層研究所の深度 300m および 500m の研究坑道での調査 結果（例えば図１）に基づき、断層運動の影響を受けている岩盤およびその周辺の断層運 動の影響を受けていない岩盤を比較し 、透水性構造としての岩盤中の割れ目の長期挙動 を調査しました。
【研究の成果】
研究坑道内の詳細な地質学的記載やボーリング調査の結果、断層運動の影響を受けて いる岩盤での割れ目は、3 つのステージを経て現在に至ることが明らかとなりました（図２）。 第 1ステージは花崗岩質マグマの冷却・固化に伴い割れ目が形成されるステージ、第2ス テージは断層運動により断層周辺岩盤に小さい割れ目が形成されるステージ（このステー ジで形成された割れ目帯を以下では「ダメージゾーン」と示します）、第 3 ステージはダメー ジゾーンに選択的に地下水（高温の水（熱水）や低温の水）が流入することで地下水から鉱 物が沈殿し、割れ目が充填または閉塞されるステージです。第2ステージでは、小さい割れ 目が多数形成されることでダメージゾーンの透水性が増加します。その結果、地下水は選 択的にダメージゾーンに流入し、ダメージゾーンの割れ目に地下水の水質に応じた充填鉱 物（図３a-c）が形成されます。また、第 2 ステージと第 3 ステージが複数回繰り返された結 果、ダメージゾーン中の透水性割れ目に対して固結していない充填物（粘土状充填物；図３ d）が形成され、ダメージゾーンの透水性をさらに低下させた可能性があることが明らかとな りました。このように割れ目が充填鉱物で閉塞された結果、現在では観察された割れ目の うち、全体の10％程度の割れ目が透水性割れ目として機能することが明らかとなりました。
以上のことから、これまでは地下水の流動経路としてのみ懸念された断層周辺岩盤は、 長期的な観点では、透水性が低い領域となる可能性が示されました。さらに、ダメージゾー ン に おけ る 透水 性 割れ目 中 に 形成 され た 粘土状 充 填 物は 物 質を吸 着す る 能 力 が高 い 可 能性があることから、ダメージゾーンは物質移動の遅延機能も高い可能性があることが示 されました。
【今後の期待】
地層処分の安全性を議論する上において、ダメージゾーンは、これまで物質移動の観点 で負の特性を持 つ領域 として考えられて きまし た。しかし、 本研究の 結 果、ダメ ージゾ ーン は長期的な観点では透水性が低下し、かつ物質移動の遅延機能も高い可能性が示されま した。このことから、日 本における地層処分の 安全性の議論において 、断層に対す る新た な発想による評価が期待されます。
【論文掲載情報】
雑誌名：Engineering Geology
論文タイトル：Long term behavior of hydrogeological structures associated with faulting: an example from the deep crystalline rock in the Mizunami URL、 Central Japan
著者：M. Ishibashi、 H. Yoshida、 E. Sasao、 T. Yuguchi
図１ 瑞浪超深地層研究所の研究坑道レイアウト（左）と深度 500m における坑道壁面スケッチお よびボーリング調査に基づく割れ目の分布（右）
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図２ ダメージゾーンの水理地質構造としての形成・発達
図 3 3rdステージで形成された割れ目充填鉱物の顕微鏡観察における産状
（a:熱水性の充填鉱物、ｂ：低温の地下水から沈殿した方解石、ｃ：花崗岩岩片と熱 水性充填鉱物、ｄ：未固結の粘土状充填物、各鉱物名の略称は、Qtz：石英、Kfs： カリ長石、Bt：黒雲母、Ser：絹雲母、Chl：緑泥石、Cal：方解石、Sme：スメクタイ トを示す。）
