tem. Regional groundwaters of the Abukuma district show lower tritium concentration, which was caused by the nature of fracture. In the Nohi rhyolitic

濃飛流紋岩 および 阿武隈花崗 閃緑岩 な どの酸性岩地帯の地下水 の一般

溶存成分.安 定 同位体比 と トリチ ウム濃度お よびガ ス分析 によ る地下

水の水循環 および水質変化 の推定

長江 亮二

Study

on

groundwater

flow

and

chemical

quality

change

during

water

circulation

in hard

rock

body

such

as the

Nohi

rhyolitic

and

the

Abukuma

granodioritic

rock

body

by water

quality

analysis,

stable

isotope

and

tritium

analysis

and

gas analysis.

Ryoji NAGAE*

Abstract

Concentrations of major-elements, stable isotopes, tritium and bubble gas components including carbon and hydrogen isotope of methane were determined on water samples col-lected from rivers, springs, hot or mineral springs and drilled wells throughout the dis-tribution areas of acidic rocks such as the Nohi-rhyolitic rocks, central Japan, and the Abu-kuma granodioritic rocks, northeast Japan. As a studied area, several types of aquifer litho-logies were selected including the Nohi-rhyolitic welded tuff, Mino-sedimentary rocks and granitic rocks in the Nohi district, and including granodiorite, Takanuki-biotite schist and Yamizo sandstone in the Abukuma district.

Groundwater type was divided into ten groups. The change mechanisms in characteris-tics of water quality were identified in each hydrological groundwater flow systems, such as local flow system and regional flow system, and were clarified by the analysis of dis-solved constituents and tritium concentration.

Stable isotope analysis indicates that both local and regional groundwaters of the two districts are originated in meteoric water. On the other hand, these have different residence time. Tritium concentration of the regional groundwaters are relatively low, which indicates that the residence time of those springs is longer than that of the water of local flow

sys-*東 海農 政 局

tem. Regional groundwaters of the Abukuma district show lower tritium concentration,

which was caused by the nature of fracture. In the Nohi rhyolitic area regional groundwater

is easy to mix with local water by the occurence of cracks.

From water-mineral equilibrium consideration, it is concluded that the groundwater of

relatively low salinity, high pH with sodium bicarbonate type (NR and AR groups) was

formed by dissolution of surrounding acidic rocks with consuming carbon dioxide contained

in soil, flowing through fracture zone.

Gero hot spring was formed by mixture of the Nohi regional groundwater with NaCl

hydrothermal water related to the Yugamine rhyolitic rocks. Asahi village Agricultural

Administration Bureau's well water which is NaC1 type with high salinity reveals an

origin-al water and gas composition, which indicates the characteristics of water included in the

Mino sedimentary rocks.

Inert gas composition indicates mixing of air saturated water with groundwaters

in-cluded in the Mino sedimentary rocks. Yuya, Shitajima and Nigorigo waters have much

con-tribution of air saturated water. Methane isotope ratios indicate that methanes in bubble

gas were originated by mixture of thermogenic methane formed from kerogens with

sedimentary methane in the Mino sedimentary rocks which is isotopically lighter. Bubble

gas methane of Nigorigo has much contribution from volcanic or geothermal origin.

Gas analysis indicates that the depth of fracture system related to water with

coexist-ing free gas extends to the Mino sedimentary rocks beneath the Nohi rhyolitic rock body.

NR group groundwater without carbon dioxide bubble gas flow within the Nohi rhyolitic

rock. AR group groundwater distributed in the Abukuma granodioritic rock body recharged

in mountainous area about 10 km apart, flow through permeable fault, interrupted by

im-permeable fault such as Yujimata fault and flow upward to surface.

Key Words: Groundwater cycle, Granite, Rhyolite, Water quality change, Chemical

position, Gas composition, ISOtope

composition.

要 旨 水質型.安 定 同位 体 比.ト リチ ウム濃度.ガ ス組 成.メ タンの同位体 比 お よび湧 出状 況 等 か ら.濃 飛 流紋 岩分 布地域 と阿武 隈花崗 閃緑岩分 布地域 に存在 す る地 下水 の流動機 構 お よび水 質 変化 の特徴 を考 察 した.地 下 水の 主要 溶存 成 分 の特徴 か ら10グ ルー プ に区分 さ れ.広 域 的流 動系 に対 応 す る流 れ局 所 的流動 系 の流 れ局 所 的∼中間的流 動系 に依存 す る流 動 経路 に分 け られた.ト リチ ウム濃度 分析 か ら広域 的流 動系 に属 す る もの は貯 留時 間が長 く.局 所 的流動 系 に属 す る ものは近年 の降水 に対応 し循 環速 度が速 い.特 に阿武 隈花崗 閃 緑 岩分布 地域 で は.広 域 的 流動系 と局所 的流動 系 の差 が 顕著 で あ る.濃 飛流紋 岩分布 地域 は差 が小 さい こ とか ら.断 裂 の透 水 的性 質 に関係す るのか.局 所 的流動 系 と混 合 しやす い こ とを示 して い る.濃 飛流紋 岩分 布地域 お よび阿武 隈花崗 閃緑 岩 分布地 域 の地 下水 は.水 の安 定 同位 体 比 に よ りMeteoric Water Line付 近 に プロ ッ トされ る こ とか ら.貯 留時 問は 異 な って い るが.す べ て天水 起源 の循環 水 と考 え られ る. 地 下 水 の 水 質 変 化 は.NR.AR.G1グ ル ー プ の 地 下 水 は 塩 分 濃 度 が低 く.高pH. NaHCO3型 の特徴 を もち.そ の形成機 構 が安定 領域 図 な どの検討 に よ りAL.NLグ ル ープ

の 浅 層 地 下 水 が 酸 性 岩 質 岩 盤 中 の 断 裂 を 通 じて 広 域 的 流 動 系 を流 動 す る 過 程 で.土 壌 に含 ま れ て い た 二 酸 化 炭 素 を消 費 す る こ と に.酸 性 岩 との 反 応 ・溶 脱 に よ り形 成 さ れ た と推 定 さ れ る.下 呂 温 泉 はNR組 成 の 地 下 水 とNaC4型 熱 水 の 混 合 で 形 成 され た と考 え ら れ る. 不 活 性 ガ ス組 成 か ら は.空 気 で 飽 和 した地 下 水 と美 濃 帯 の 影 響 の 中 間 的 な もの で あ り両 方 の 寄 与 が 考 え られ る.朝 日村 農 政 局 井(MW7a)は ガ ス 分 析 な どの 考 察 か ら美 濃 帯 独 自 の も の と考 え られ.不 活 性 ガ ス組 成 は 塩 沢 ・宮 之 前 朝 日村 井 ・下 島 ・湯 屋 ・御 嶽 温 泉 ・濁 河 温 泉 な ど は.空 気 で 飽 和 した 地 下 水 と美 濃 帯 独 自 の 組 成 を結 ん だ 線 上 に並 ぶ た め.両 者 の 混 合 した もの と考 え た.水 質 組 成 に 関 して は.美 濃 帯 独 自の もの に 火 山 ガ ス 起 源 の 二 酸 化 炭 素 が 混 入 す る こ と に よ りpHが 低 下 し形 成 さ れ た もの で あ る.遊 離 ガ ス 中 の メ タ ンの 同位 体 分 析 か ら.濁 河 温 泉 は.そ の 水 質 組 成 か ら も そ うで あ るが 火 山 ガ ス 起 源 と考 え られ る. (N)下 島 ・湯 屋 温 泉 ・宮 之 前 朝 日村 井.(M)御 嶽 温 泉 ・塩 沢 温 泉 ・牧 尾 ダ ム 下 流 につ い て は 朝 日村 農 政 局 井(MW7a)の 美 濃 帯 独 自 の 堆 積 性 メ タ ン とKerogensな ど か ら 由 来 す る Thermogenicmethaneの 混 合 した もの で あ る.こ れ らの 結 果 を も と に 地 下 水 流 動 系 と断 裂 との 関 係 を考 察 し た.N.M.GH.NGHグ ル ー プ は.そ の 湧 出 経 路 が 美 濃 帯 に ま で 達 し て お り.阿 寺 断 層 と直 交 す る断 層 系(下 島 温 泉 の 落 合 断 層.宮 之 前 朝 日村 井 の 猪 ノ鼻 断 層) で あ る.阿 寺 断 層 と共 役 と考 え られ て い る も の の.最 近 の活 動 の証 拠 は み い だ さ れ て い な い 古 い 断 層 で あ る.こ の た め 経 路 が あ る程 度 塞 が れ て お り.ス ポ ッ ト的 に地 形 的 低 所 の 湯 屋 ・下 島 な どで 自然 湧 出 し た も の で あ ろ う.阿 寺 断 層 は410年 前 に も活 動 が 知 ら れ て い る 活 断 層 で あ り.破 砕 帯 の 幅 が 広 い.一 方 阿 寺 断 層 部 で は 下 呂 の 高 温 泉 が 知 ら れ て い る の み で あ る.こ れ は.成 因 が 局 所 的 な も の で あ る.基 本 的 に は活 断 層 で あ る た め 割 れ 目が 多 く 透 水 性 が 高 い と思 わ れ.広 域 的 流 動 系 をせ き止 め る よ う な不 透 水 部 の 発 達 が 局 所 的 な た め 地 上 に 湧 出 しな い もの と考 え られ る. 二 酸 化 炭 素 を含 ま な いNRグ ル ー プ の 地 下 水 は.断 裂 を流 動 系 路 と して い る もの の 濃 飛 流 紋 岩 下 部 の美 濃 帯 に 達 して い な い よ うで あ る. 阿 武 隈 花崗 閃 緑 岩 分 布 地 域 に お け る 流 動 系 は.地 形 的 高 所 で あ る約10kmほ ど は な れ た 山 地 域 で か ん養 し.湯 岐 断 層 な ど の 不 透 水 性 断 層 に 流 線 が さ え ぎ ら れ て.そ の 流 線 が 上 方 に 向 か い地 表 に 湧 出 した もの で あ る. キ ー ワ ー ド:地 下 水 循 環.花崗 岩.流 紋 岩.水 質 変 化.水 質 組 成.ガ ス 組 成.同 位 体 組 成 1.は じ め に 研 究 対 象 は.同 じ酸 性 岩 で あ るが.火 山 活 動 に よ り形 成 さ れ た 溶 結 凝 灰 岩 で あ る 濃 飛 流 紋 岩 (65-70Ma)と 深 成 岩 で あ る 阿 武 隈 花 歯 閃 緑 岩 (100Ma)が 分 布 す る 地 域 を研 究 対 象 と した.こ れ ら の 地 域 で は 高pH鉱 泉(pHが9以 上 の 鉱 泉)が 数 多 く存 在 し.か つ 濃 飛 流 紋 岩 分 布 地 域 に は水 質 組 成 が 異 な る 湧 水 も多 く存 在 して い る.こ れ らの 酸 性 岩 体 中 の地 下 水 は.水 質 か ら地 下 水 の 水 質 の 生 成 機 構 が 同様 な もの と異 な る もの が 存 在 す る と 考 え ら れ る.生 成 機 構 を 同 じ くす る と思 わ れ る地 下 水 は.塩 分 濃 度 が 比 較 的 低 くNa-HCO3型 の 水 質 組 成 で あ りpHが9か ら10と 高 い 特 徴 を有 して い る.同 様 の地 下水 は西三 河地域 を始 め と して花 崩岩 質岩石 の分布 地域 で数多 く知 られて い る.ま た.遊 離 ガス を含 む もの と含 まない ものが存 在 す る.こ れ らの水質 が どの様 に形成 されたか.あ る い は.遊 離 ガスが どの様 な ものが.ど こか ら付加 され たか を明 らか にす る こ とは.岩 盤 中(酸性岩) での地下 水の流 動機構 二を解 明す るの に必 要不 可欠 で あ る. この ため.濃 飛 流紋 岩分布 地域 を主体 と し.阿 武 隈花 崩 閃緑 岩地 域 を比較地 域 と して.濃 飛流 紋 岩 お よびその周辺 と下部 に分 布す る美 濃帯 中 に湧 出す る地下水(湧 水 ・温泉 ・鉱 泉)の流動 機構 お よ び水 質変化 の推 定 を水 の一般 溶存成 分.安 定 同位

体 比 と トリチ ウ ム 濃 度 お よ び ガ ス分 析 に よ り行 っ. た の で 報 告 す る. 2.水 文 地 質 の 概 要 2-1濃 飛 流 紋 岩 分 布 地 域 阿 寺 断 層 系 に よ り.そ の 北 東 側 の 阿 寺 山 地 と南 西 側 の美 濃 山 地 に二 分 さ れ.御 嶽 山 の 南 西 側 に 当 た る.阿 寺 山 地 は.標 高1400∼1800mの 高 度 を持 つ 比 較 的 急 峻 な 山地 域 で.そ れ らの ピ ー ク は阿 寺 断 層 系 に ほ ぼ平 行 す る 北 西 ∼ 南 東 方 向 に の び る傾 向 を持 って い る.一 方 南 西 側 の 美 濃 山 地 は.標 高 1000∼1200m程 度 の 阿 寺ILI地 に比 べ 緩 や か な 起 伏 を持 つ 高 原 状 の 山 地 域 で あ り.ピ ー ク が 線 状 に並 ぶ よ う な傾 向 は 認 め られ な い.本 地 域 に は.濃 飛 流 紋 岩 類 が 広 く発 達 して い る. 濃 飛 流 紋 岩 類 は.白 亜 紀 に形 成 され た 溶 結 凝 灰 岩 を主 体 と す る火 山 岩 で.完 全 に溶 結 して い る. 分 布 は 断 層 に 区 切 られ て美 濃 帯 の 中 ・古 生 層 に接 す る こ とが 多 く.複 合 陥 没 盆 地 をモ デ ル と した 形 成 機構 が 考 え ら れ て い る(Koido.1991;水 谷 ・小 井 戸.1992).ま た.濃 飛 流 紋 岩 は 全 岩 組 成 が 花 崩 岩 類 と 類 似(田 中 ・落 合.ユ988:阿 武 隈 Porphyliticgranodioriticrock:SiO270.63% TiO20.38Al20314.72Fe2030.7FeO1.98M nOO.06MgO1.05CaO2.54Na203.72K203 .47;山 田 ・小 林.1988:濃 飛 東 俣 溶 結 凝 灰 岩: SiO271.72%TiO20.28Al20314.41Fe2030.51 FeO1.88MnOO.04MgOO.37CaO2.41Na20 3.62K203.66)し て い る. 本 調 査 地 お よ び そ の 周 辺 の地 質 は.古 い 時 代 か ら順 に デ ボ ン紀/時 代 未 詳 の 飛 騨 外 縁 帯.ジ ュ ラ 紀 ∼ 白 亜 紀 前 期 の先 濃 飛 安 山岩 類 お よ び河 岐 石 英 閃 緑 岩.白 亜 紀 後 期 の 濃 飛 流 紋 岩 類 とそ れ に密 接 な 関 係 を持 つ 貫 入 岩 類.白 亜 紀 後 期 ∼ 古 第 三 紀 の 花 崩 岩 類.古 第 三 紀 の 岩 脈 類.新 第 三 紀 鮮 新 世 の 瀬 戸 層 群.鮮 新 世 ∼ 更 新 世 前 期 の 火 山 岩 類.中 期 ∼ 後 期 更 新 世 の 火 山 噴 出物 お よ び 段 丘 堆 積 物.沖 積 層 で あ る(山 田.1988;山 田 ほ か.1990;水 谷 ・ 小 井 戸.1992). 濃 飛 流 紋 岩 体 に は 冷 却 節 理 が 発 達 して い る だ け で な く.阿 寺 断 層 お よ び こ れ ら に 関 連 した 断 層(活 断 層)が 発 達 して お り(佃 ほ か.1993).こ れ ら を 流 動 経 路 と して 断 層 破 砕 帯 中 の 地 下 水 ・温 泉 お よ び鉱 泉 が 湧 出 して い る.ま た 段 丘 あ る い は 崖 錐 中 の地 下 水 が 活 断 層 な どの 上 下 の ズ レ に よ り地 下 水 露 頭 を形 成 して い る.こ れ ら に は.溶 存 成 分 濃 度 の 低 い もの か ら高 い もの.遊 離 ガ ス(CH4.N2.CO2) を伴 う もの な ど種 々 の タ イ プ が 存 在 して い る. 2-2阿 武 隈 花 嵩 閃 緑 岩 分 布 地 域 阿 武 隈 山 地 は.南 北 ユ80km.東 西50km以 上 に もわ た り.そ の 大 部 分 は.白 亜 紀 に 形 成 さ れ た 花 歯 岩 類 か ら構 成 さ れ て お り.地 形 的 に は500∼ 600mの 平 坦 な 準 平 原 状 高 原 を 呈 し.周 辺 部 で は 構 造 線 な どで 画 さ れ て い る(中 村.1980).当 地 域 は.阿 武 隈 山地 の 南 部 を主 体 と した 地 域 で あ る. 塙 岩 体 な ど の花 歯 岩 分 布 地 域 で は起 伏 は 緩 や か で.標 高 も西 に 向 か っ て 徐 々 に 減 じて い る.棚 倉 破 砕 帯 東 縁 断 層 付 近 で は標 高 が550mか ら300mに 急 変 して い る. 調 査 地 域 周 辺 に は北 北 西 ∼ 南 南 東 方 向 の 棚 倉 破 砕 帯 を は さん で.東 側 に 阿 武 隈 帯 の 変 成 岩 類 や 白 亜 紀 花 歯 岩 類 が 分 布 し.西 側 に は 八 溝 山塊 を構 成 す る砂 岩 ・頁 岩 を 主 体 とす る 中 ・古 生 層 とそ れ を 貫 く花 崩 岩 類 が 分 布 す る(越 谷.1986).阿 武 隈 帯 の 花 尚岩 類 は そ の 岩 質 や貫 入 関 係 に よ っ て い くつ か の 岩 体 に 区 分 さ れ て い る(丸 山.1979).こ の う ち 調 査 地 域 に は塙 岩 体 が 主 に 分 布 す る.塙 岩 体 は. 細 粒 石 英 閃 緑 岩 ∼ トー ナ ル 岩 ∼ 花 闘 閃 緑 岩.斑 状 花 歯 閃 緑 岩.含 くさ び 石 花 尚 閃 緑 岩.マ イ ロ ナ イ ト質 花 樹 閃 緑 岩.細 粒 等 粒 状 花 醐 閃 緑 岩 に分 け ら れ る(田 中 ・落 合.1988).ま た.破 砕 帯 お よ び そ の 両 側 地 域 に は これ らの 岩 石 を 基 盤 と して 新 第 三 系 の堆 積 岩 類 が 分 布 す る(大 槻.1975). 3.地 下 水 の 概 要 3-・1濃 飛 流 紋 岩 分 布 地 域 濃 飛 流 紋 岩 分 布 地 域 に は.阿 寺 断 層 お よ び こ れ に直 交 す る 断 層 系 が 発 達 し.種 々 の タ イ プ の 地 下 水 ・温 泉 お よ び鉱 泉 が 分 布 して い る.こ れ ら の採 水 地 点 記 号 を表 一1に 分 析 表 と と も に 示 した. 阿 寺 断 層 破 砕 帯 沿 い に 宮 脇 薬 師 鉱 泉(FG1).く つ か け の 湯(FG2).倉 屋 鉱 泉(FW3).塞 の 神 ト ン ネ ル 湧 水(FW2).加 子 母 生 コ ン 水 平 ボ ー リ ン グ 湧 水(FW1).鹿 の 湯(MW3).牧 戸 鉱 泉(FW4). 下 呂 温 泉(HW1).媚 温 泉(MW10).が 湧 出 し.渡

合 鉱 泉(MW4).下 島 温 泉 町 有 井(MW1).湯 屋 温 泉(MW2).乗 政 鉱 泉(MW5).が 派 生 す る断 層 沿 い に位 置 して い る.ま た.青 屋 断 層 沿 い の 濃 飛 流 紋 岩 と美 濃 帯 の 泥 岩 の 境 界 付 近 の 石 英 斑 岩 貫 入 部 の 深 度600m付 近 か ら朝 日村 農 政 局 井(MW7).猪 ノ鼻 断 層 沿 い に 塩 沢 温 泉(MW8)が.同 断 層 の 深 度800m付 近 か ら宮 之 前 朝 日村 井(MW6)の 地 下 水 が 湧 出 して い る.御 嶽 山 の 標 高2,000m付 近 か ら 濁 河 温 泉(HW2)が 湧 出 し て い る.御 嶽 温 泉 (NPH1)は お そ ら く美 濃 帯 の 深 度700mか ら湧 出 し て い る もの と考 え られ て い る. 阿 寺 断 層 の 上 下 運 動 に 関 連 して.地 表 部 の 段 丘

堆 積 物 ・崖 錐 堆 積 物 か らの 湧 水 は倉 屋 神 社 下 の湧 水(SW2).万 賀 湧 水(SW6).殿 様 の 井 戸(SW4). 生 湯 の 湧 水(SW3).乳 子 の 池(SW1).三 ッ 石 の 湧 水(SW5)が 存 在 して い る.花 闘 岩 類 中 か ら の 湧 水 と して.蛭 川 村 福 祉 セ ン タ ー 湧 水(GMW1). 湯 之 島 ラ ジ ウ ム 鉱 泉(GMW3).夕 森 鉱 泉(GMW4). 白 川 鉱 泉(MW9)が あ る.比 較 試 料 と して 加 子 母 川(RW1).付 知 川(RW2)を 採 水 した.そ の 他 平 岩 鉱 山貌 内排 水(MW11)を 採 取 した. 湯 屋 温 泉 ・下 島 温 泉 ・濁 河 温 泉 ・塩 沢 温 泉 ・御 嶽 温 泉 ・宮 之 前 朝 日 村 井 お よ び 牧 尾 ダ ム 下 流 (MW12)に は 二 酸 化 炭 素 が.朝 日村 農 政 局 井 (MW7)は メ タ ン ・窒 素 ガ ス が 含 ま れ て い た.下 呂 共 有2号 井(HW1)に は窒 素 ガ ス が 遊 離 ガ ス と して含 ま れ て い た. 図 一1aに 概 略 的 地 質 図 に併 記 した 調 査 位 置 図 を示 す. 3-2阿 武 隈 花 嵩 閃 緑 岩 分 布 地 域 当 地 域 は.1986∼1989の 平 均 降 雨 量 が1393mm と少 な く.12.月 か ら2月 に か け て が.97mm.8 月 か ら10月 に か け て が.621mmと 冬 期 に 少 な く. 夏 ∼ 秋 期 に 多 い 特 徴 が あ る. こ の 降 水 量 に 左 右 さ れ る 湧 水 が 存 在 し.7-1. 7-2.17.18.2が これ に 当 た り.花 歯 岩 中 の 湧 水 で あ る.7-1は.断 層 破 砕 帯(幅3m)に せ き止 め ら れ て.破 砕 面 上 部 の 地 形 的 低 地 か ら湧 出 して い る.7-2は.道 路 の 法 面 の ペ グ マ タ イ ト岩 脈 か ら 湧 出 して い る もの で あ る.17は 落 合 の 湧 水 で あ り. 幅2∼3m問 に 厚 さ数cmの 小 断 層 群 の 直 上 に 湧 出 す る も の で あ る.こ の 部 分 は地 形 上 リニ ア メ ン トを形 成 して い る.冬 期 は 洞 渇 す る. 1は.降 雨 が マ サ 中 を短 期 間 に浸 透 し棚 倉 東 縁 断 層 部 で.あ た か も湧 水 の よ う に表 れ た もの で あ る.水 温 の 季 節 変 化 が 大 きい こ とか ら.表 流 水 に 近 い も の と考 え られ る.3.4.16は.家 庭 用 の 井 戸 で あ り.マ サ 中 の 浅 層 地 下 水 で あ る.22.23は. 竹 貫 変 成 岩 類 の1つ で あ る黒 雲 母 片 麻 岩 中 の 地 下 水 で あ る.ま た.比 較 の た め 湯 川(6).川 上 川(9). 田 川(19)の 河 川 水 を採 取 した. 塙 岩 体 に は.断 裂 に 関 連 して い る と思 わ れ る 温 泉 ・鉱 泉 が い くつ か 存 在 して い る.湯 岐 周 辺NW 系 の 断 裂(湯 岐 断 層)沿 い に.湯 岐 温 泉.干 泥 温 泉 を始 め と して.比 較 的 水 温 の 高 い 湧 水 が 直 線 的 に 分 布 して い る(12.5.13.1H.11-2.14.15). こ れ ら と 同 様 な 性 質 の も の と して24の 川 岐 湧 水 が 存 在 して い る.こ れ ら はマ イ ロ ナ イ ト質 花 嵩 閃緑 岩 中 に 存 在 して い る.こ の 他 に志 保 の 湯(10).谷 川 鉱 泉(8).湯 の 田温 泉(21)が 花 歯 閃 緑 岩 類 中 に 湧 出 し て い る.湧 出 量 は 多 い もの で200〃minを 越 え る.八 溝 中 ・古 生 層 の 砂 岩 中 に も滝 の 沢 鉱 泉 (20)が 湧 出 して い る.ま た.阿 武 隈 花 崩 閃 緑 岩 地 域 に 湧 出 す る 鉱 泉 を採 取 した.花 崩 岩 類 中 に 湧 出 す る も の(AB1.AB2.AB3.AB6.AB7.AB8. AB9)7点.変 成 岩 に 湧 出 す る もの(AB4.AB5) 2点 で あ る.調 査 位 置 図 を 図 一1bに 示 した. 4.分 析 試 水 は.溶 存 主 成 分 用le.ト リチ ウ ム 分 析 用 は3eの ポ リ ビ ンに 採 取 した.安 定 同 位 体 分 析 用 はIOOmeの ポ リ ビ ン に 採 取 した.す べ て の 試 料 は コ ン タ ミネ ー シ ョン を起 こ さ な い よ うに.口 元 ま で 水 を み た し配 慮 し た.pH.水 温.電 気 伝 導 度(Ec)は 採 取 と 同 時 に 測 定 した(分 析 表 のpHと 電 気 伝 導 度 は実 験 室 で 再 測 定 した). 分 析 項 目 は.Na+.K+.Ca2+.Mg2+.Fe2+. F-.C4一.SO42一.alkalinity.SiO2.δD.δ180. お よ び ト リチ ウ ム 濃 度 で あ る.遊 離 ガ ス を伴 う も の に つ い て は 水 中 置 換 に よ り ガ ス を 採 取 し. KOH溶 液 に 吸 収 させ たCO2は 塩 酸 滴 定 で.H2S は ヨ ウ素 滴 定 で 定 量 し.ア ル カ リ残 留 ガ ス(Rガ ス:02.N2.Ar.H2.He.CH4.C2H6)に つ い て は ガ ス ク ロ マ トグ ラ フ法 に よ り分 析 し た.メ タ ン に つ い て は.質 量 分 析 法 に よ り δ13C.δDの 分 析 を 行 っ た. 分 析 結 果 は.一 般 溶 存 成 分.水 の 安 定 同位 体 比 お よ び ト リチ ウ ム 濃 度 を.濃 飛 流 紋 岩 分 布 地 域 に つ い て は 表 一1に.阿 武 隈 花 崩 閃 緑 岩 分 布 地 域 に つ い て は 表 一2に 示 した.濃 飛 流 紋 岩 分 布 地 域 の ガ ス 分 析 結 果 は 表 一3に 示 した. 一 般 溶 存 成 分 に つ い て は.pH:ガ ラ ス 電 極pH メ ー タ ー;水 温:サ ー ミス タ ー温 度 計;電 気 伝 導 度:電 気 伝 導 度 計;Na+.K+炎 光 分 析;Ca2+. Mg2+.Fe2+原 子 吸 光 分 析;C4-.F『.SO42『: イ オ ン ク ロ マ トグ ラ フ法(表 一2のCゼ は硝 酸 銀

滴 定 法.SO42一 は ク ロ ム 酸 バ リ ウ ム 吸 光 光 度 法 に よ る.);ア ル カ リ度:pH4.8ア ル カ リ度;SiO2: モ リブ デ ン黄 吸 光 光 度 法 に よ り分 析 した. ト リ チ ウ ム は 試 水 を 電 解 濃 縮 後.試 水40meを 60meの シ ン チ レ ー タ ー(AQUA-SOL・-ll)と 混 合 し.液 体 シ ン チ レ ー シ ョ ン カ ウ ン タ ー(Aloka社 製LSC-LBII)で100分 間7回 測 定 し た.結 果 は1H 原 子 核1018個 に 対 す る 比 の 値 で あ るTRの 単 位 で 表 し た.1TRは1.11×10-13ppmに 相 当 す る(木 村. 1971;木 村.1972). 水 の 同 位 体 比 分 析 は.δDはH2ガ ス.δ180は CO2ガ ス に し て.質 量 分 析 計(FinniganMAT Delta-E)を 用 い て 行 っ た.こ こ で δ(デ ル タ)は 次 の 式 で 定 義 さ れ 単 位 は%.(パ ー ミ ル)で 表 し た. δ=(Rx/RST-1)×103 X.STは 測 定 試 料 及 び標 準 試 料 を示 し.Rは 対 象 と す る 同 位 体 比(D/H.180/160)で あ る.標 準 試 料 と して は.δD.δ180にSMOW(標 準 平 均 海 水) を用 い た.測 定 精 度 は δDに つ い て は ±1%.. δ180は ±0.1%.程 度 で あ る.分 析 試 料 の 調 製 は. 水 の δD分 析 は.フ ァ イ ン ピペ ッ トを用 い て5μ4 採 取 し.反 応 容 器 内(グ リー ス レ ス ス ト ッ プ コ ッ ク 付 き 反 応 管)で 約0.19の 金 属 亜 鉛 と 真 空 下 450℃ で 反 応 さ せH2ガ ス を 発 生 させ る(Coleman etal.,1982).δ180分 析 はSm4の 水 試 料 を.30me (STP)のCO2ガ ス と 共 に ガ ラ ス 容 器 内 に封 入 し. 25℃ の恒 温 水 槽 内 で 水 と の 酸 素 同 位 体 交 換 を させ た 後 のCO2ガ ス を用 い た.こ れ ら のH2.CO2ガ ス を質 量 分 析 計 で 測 定 す る こ と に よ り.試 料 水 の 同位 体 比 を算 出 した. メ タ ンガ ス の 炭 素 お よ び水 素 同位 体 比 につ い て は.水 酸 化 カ リ ウ ム 溶 液 に 未 吸 収 のRガ ス か ら メ タ ン を分 離 し.そ の 後CuO(800℃)で 酸 化 させ 生 成 され た 二 酸 化 炭 素 と水 を分 離 し.二 酸 化 炭 素 は そ の ま ま 質 量 分 析 す る.水 は ウ ラ ン還 元 に よ り. 水 素 ガ ス に し上 記 と 同様 に 質 量 分 析 した.分 析 装 置 と して.VG社 のSIRA10を 用 い た.炭 素 の 同 位 体 比 の 表 示 は.上 記 の δ値 で 表 示 し.Rを13 C/12Cに.標 準 試 料 と し てPDBを 用 い た. Rガ ス の ガ ス ク ロ マ トグ ラ フ 法 に よ る 分 析 は. ガ ス ク ロ マ トグ ラ フ 装 置 と し て 島 津 製 作 所 製 GC-15A(検 出 器:TCD)を 用 い た.02.N2.H2. CH4.C2H6は.キ ャ リ ア ガ ス にArを 用 い カ ラ ム 充 填 剤 と してMS5A(2m)を 使 用 した.Arは.キ ャ リ ア ガ ス に02を 用 い カ ラ ム 充 填 剤 と し てMS5A

表 一3濃 飛 流 紋 岩 分 布 地 域 お よ び 阿 武 隈 花 嵩 閃 緑 岩 分 布 地 域 に お け る 温 泉 お よ び 鉱 泉 の 遊 離 ガ ス 組 成 お よ び メ タ ン 同 位 体 組 成 一 覧 表 Table3Chemicalcompositionsofspringandwellgases,andisotopiccompositionsofmethaneinbub-blegasesintheNohirhyolitedistributingregionandtheAbukumagran◎dioritedistributing reglon・ No.Samplingpoint HW2濁 河 ・町営E泉 器8塩 沢 温 泉 ・源 泉 MW7a朝 β村農 政 局井 MW6a宮 之 前朝 日村 井 MWIO媚 温 泉井 HWI下 呂 温泉共 有2号 MWI下 島温 泉町 有井 膿2湯 屋温 泉共 同源 泉 PH1御 岳温 泉 MW12牧 尾ダ ム下 流 DateMotherRock 950209An(墨esite/Nohi/Msc ガ ス 構 成 比(100%) 950120Gabbro/Msc ガ ス 構 成 比(100%) 950209Nohi+Msc ガ ス 構 成 比(IGO%) 950119Nohi÷InobanaFault ガ ス 構 成 比(10(璃) 950208Nohi ガ ス 構 成 比(iOOS6) 950118Nohi÷GeroFault ガ ス 構 成 比(100%) 950119Nohi ガ ス構 成 比(10(勝) 950119Noh'S ガ ス 構 成 比(100%) 950典20Msc ガ ス 構 成 比(100%) 950118鰭sc ガ ス 構 成 比(100%) CO2H2SR-gas volvolvo1 82.53 92,02 4.55 91.20 16.48 4.63 91,64 82.19 91,23 94.22 4 ¶﹂ 0 0 ハU AU 1 2 の 0 O n j O O ハU nU 0 0 リ ハU 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 サ 0 17.43 7.97 95.24 8.80 83.49 95.37 8.27 17.81 8.74 5.78 5干 泥(阿 武 隈) i2湯 岐 温泉(阿 武 隈) 891209Granodi◎rite ガ ス 構 成 比(1eo%) 891209Granediorite ガ ス 構 成 比(100%) R-as CH4 vo1. 6 1 9 8 3 6 9 3 1 0 9 0 9 9 6 3 9 7 0 6 7 3 4 5 4 4 5 4 0 0 6 1 5 7 5 1 1 3 6 1 L 軌 乳 4 L a 乞 a α α 之 a a O -乳 翫 4 α L α F O 4 hj り 白 -1 1 凸 C2H6H202 vo1.vol.vol. 3 1 2 5 3 3 2 3 0 0 6 5 4 G 7 3 3 0 0 0 0 0 6 0 0 0 3 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 G O O 0 0 0 0 7 7 0 0 1 0 0 0 6 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 G O O O O O 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 G O O O O O O O O O O O O O O O 0 0 0 0 0 0 0 0 8 5 0 0 Q O O O O O 2 5 0 0 0 0 0 0 0 0 9 6 0 0 0 0 0 0 0 0 5 1 1 1 ■ -醗 吐 V 0 3 2 4 2 4 6 2 0 2 3 3 6 5 6 3 1 2 0 7 0 7 9 3 3 5 8 3 2 1 3 3 4 6 4 3 2 3 1 0 6 6 1 3 8 5 1 6 9 6 6 2 0 6 0 4 5 8 1 4 9 1 4 5 5 7 7 6 8 8 8 8 1 9 4 Ar vo1 4 9 2 4 8 7 2 5 0 0 6 2 6 6 6 5 0 5 G 2 2 3 5 0 1 1 5 0 0 0 9 9 9 1 9 3 6 0 4 0 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 恥 加 ∩ コ 簿f ﹃0 8 ハ∪ 0 0 り の' ご0 り 白 6 0 0 0 Q ︾ 4 3 0 ∩ V L q ⋮ 2 ﹂ 筆 0 1 ハU ハU 0.001 0.013 11.9 6.98 84.80.949 88.71■08 41 10.9 CH4 δ一13C 一29_.02 -4G _.52 -54 _.24 -39 .59 -29 _.19 -28 _.89 -31 _.12 -33_.29 -26_.39 δD 一201 _.5 -192 _.9 -220 .5 -158 .1 -145 _.5 -126 _.7 -100 _.2 -133 _.3 -130 _.8

(2m)を 使 用 し た.Heは.キ ャ リ ア ガ ス にArを 用 い カ ラ ム 充 填 剤 と し てUnibeasC+MS5A(5m) を 使 用 し た.デ ー タ 処 理 装 置 と し て.C-R6Aを 用 い た. 5.地 下水 の分類 調 査 対 象 地 域 お よ び そ の周 辺 の地 下 水 ・温 泉 お よ び鉱 泉 は.そ れ ら の 湧 出母 岩 と ト リ リニ ア ・ダ イ ヤ グ ラ ム 上 に プ ロ ッ トされ る領 域 に表 され る 成 分 の 構 成 比 お よび 総 溶 存 量 の 水 質 的 特 徴 か ら.以 下 の10グ ル ー プ に 区 分 す る こ とが 可 能 で あ る(長 江 ・山 本.1994).ト リ リニ ア ・ダ イ ヤ グ ラ ム を 図 一2に 示 した.ま た これ らの グ ル ー プ は 表 一4 に と り ま とめ た.濃 飛 流 紋 岩 分 布 地 域8グ ル ー プ. 阿 武 隈 花 尚 閃 緑 岩 分 布 地 域2グ ル ー プで あ る.こ の表 か ら推 定 さ れ る よ う に.水 質 型 と湧 出 母 岩 お よ び 貯 留 時 間 とは 密 接 な 関 係 を も ち そ れ ぞ れ の 水 質 が 形 成 さ れ た と思 わ れ る. 6.地 下 水の水 質変化 の特 徴 一般 に地下水 中 の塩 素 イ オ ンは水循環 において 人為 的 な付 加 がな い場 合 には.不 活性 な非反応 物 質 と して扱 わ れ.他 の 成 分 の 溶 出 や 沈 殿 を評 価 す る指 標 と して対 象 成 分 の 塩 素 イ オ ン に 対 す る濃 度 比 が 用 い ら れ る.ま た.熱 水 の 影 響 が あ る 場 合 に はNace型 の 水 質 に な る場 合 が 多 い.こ の た め こ こ で は.塩 素 イ オ ン濃 度 とナ トリ ウ ム イ オ ン濃 度 との 関 係 を 図 一3に 示 した. これ に よ れ ば.比 較 的 高 塩 分 濃 度 で あ るN.M. GH.NGHグ ル ー プ は.Na/ceが モ ル 比 で1の 勾 配 を示 し.濃 飛 流 紋 岩 体 に は 塩 素 の 起 源 は 少 な い と考 え ら れ る こ とか らNaC4型 の 熱 水 が 影 響 して い る可 能 性 が あ る.ま た.こ れ ら に は.CO2.N2. CH4を 主 体 とす る遊 離 ガ ス を 含 ん で い る. これ に 対 し.NR.ARの グ ル ー プ は.前 項 で 述 べ た よ う に分 類 的 に 同 じよ う な特 徴 が あ り.低 塩 分 濃 度 で 高pHし か もNa-HCO3型 の 特 徴 が あ り. か つCO2な ど の 遊 離 ガ ス を 含 ま な い.特 に花 崩 岩 類 が 広 く分 布 して い る阿 武 隈 山 地.山 梨 県 笛 吹 川 上 流 域.丹 沢 山 地.西 三 河 の 領 家 帯 花 歯 岩 分 布 地 域(茶 谷 ほ か.1973;長 江 ・能 美.1993)な ど に 知 られ て い る.一 般 に は.土 壌 中 に含 ま れ て い た 二 酸 化 炭 素 が 地 下 水 に 溶 解 し ア ル カ リ度 が 増 加 し.花 醐 岩 質 岩 石 か らの 溶 脱 を促 進 した 結 果 形 成 さ れ た と考 え られ て い る.図 一3で は.塩 素 濃 度 に 比 較 して ナ ト リ ウ ム 濃 度 が 高 くpHの 高 いNR

とARグ ル ー プ は.Na-C4が 相 関 を 持 つ もの と明 らか に 区 別 さ れ る こ と.か つ 濃 飛 流 紋 岩 と花 崩岩 類 の 全 岩 組 成 の類 似 性 か ら.同 様 の 成 因 と考 え る の が 妥 当 で あ る. 水 循 環 か ら推 定 す る とNL.ALグ ル ー プ の 浅 層 地 下 水 ・地 表 水 が 濃 飛 流 紋 岩 ・花 歯 岩 類 の 断 裂 に浸 透 し.土 壌 中 に含 ま れ る二 酸 化 炭 素(一 般 に. 土 壌 中 のCO2分 圧 は 大 気 の 分 圧 と ま っ た く異 な り.生 物 の 呼 吸 あ る い は バ ク テ リア に よ る有 機 物 の 分 解 反 応 等 に よ り.大 気 中 のCO2分 圧 (10-3'5atm)の 数 百 倍 も高 く な る と い わ れ て い る.)が 地 下 水 に溶 解 し.流 動 す る過 程 で ア ル カ リ 度 が 増 加 し周 りの 岩 石 か らNa+の 溶 脱 を促 進 し. Na+.HCO3Mの 濃 度 とpHが 上 昇 しNR.ARの 地 下 水 が 形 成 さ れ た と こ こで は考 え る. ALグ ル ー プ の 阿 武 隈 南 部 の 浅 層 地 下 水 ・地 表

Na+ mg/2 1000 100 10 1 0.1 ▲ ▲ 開GH▼ ヴワ ロ

灸.譜

_{'畦 轡}

転 諾 勢ダ

漏_

θNLo/ む ノ θ●.△ ・.革/0 ◆◆O△ ・/◇ 1ノ"1 ▲ 湘 ◎/ ' ◎◎ ,/ノ ▲4M/ ノノ ノ' ノ' ' 1 10 100 c「mg/2 1000 図 一3濃 飛 流 紋 岩 分 布 地 域 と 阿 武 隈 花 嵩 閃 緑 岩 分 布 地 域 に お け る ナ ト リ ウ ム と 塩 素 濃 度 の 相 関 図.記 号 は 図 一2と 同 じ で あ る.[Na]と[Cl]の 当 量 単 位 で 一 対 一 の 線 を 破 線 で 示 し た. F量g.3TherelationshipbetWeensodiumandchlorideconcentrationintheNohirhyolitedistributingre-gionandtheAbukumagranodioritedistributingregien.Dashedlineshows[Na]/[CI]=1as equivalentunit.ThesymbolsaresameasthoseofFig.2. 水 はNa℃4に つ い て 相 関 が あ る が.人 為 汚 染 の 影 響 の な い 地 域 の た め.海 塩 粒 子 な ど の ドラ イ フ ォー ル ア ウ トの影 響 か と思 わ れ る. 各 グ ル ー プ の 水 質 変 化 の 特 徴 を よ り明 らか に す る た め 主 要 溶 存 イ オ ン で あ るNa+.HCO3-. Cゼ に つ い て の 関 係 を三 角 ダ イ ヤ グ ラ ム か ら 考 察 す る.こ の 関 係 を 図 一4に 示 す.pHの 高 い グ ル ー プ(9以 上)と 低 い グ ル ー プ(6∼8)の 二 つ に 大 ま か に わ け ら れ.pHの 高 い も の はNaに 富 ん で い る こ とが わ か る. T6th(1962)に よ れ ば 等 方 均 質 媒 体 中 で の 地 下 水 の 流 れ は か ん 養 域 と流 出 域 を もち.局 所 的 流 動 系.中 間 的 流 動 系.広 域 的 流 動 系 に 区 分 され る と して い る.仮 に 岩 盤 中 の 断 裂 系 の流 れ に も こ の考 え が 適 用 で きる と す れ ば.NL.ALグ ル ー プ は局 所 的 流 動 系 に.NR.ARは 広 域 的 流 動 系 に 相 当 さ せ る こ とが で き る と思 わ れ る. NRお よ びARグ ル ー プ のNa+とHCO3一 は 卓 越 溶 存 イ オ ンで あ り.ARグ ル ー プ のNa+/ce一 と HCO3-/ce一 の 関 係 は 一 次 の 相 関 を 示 し.Na+の 選 択 的 溶 脱 を示 して い る.地 下 水 の 岩 石 との 接 触 時 間(貯 留 時 間)が 長 い ほ ど.Na+とHCOゴ 濃 度 が 増 加 し一 次 の 相 関 を示 し.酸 性 岩 体 中 に多 く含 ま れ る ア ル カ リ長 石 な ど と地 下 水 が 長 時 間 接 触 し.流 動 す る 問 にNa+とHCO3一 濃 度 が 増 加 した もの と思 わ れ る. 下 呂 温 泉 の 下 呂 東 断 層 沿 い に 湧 出 す る 高 温 泉 (HW1.PH14∼PH19)は.図 一4の 上 で 直 線 状 に 並 ぶ こ と か ら.2種 類 の 水 の 混 合 で 形 成 され た と 考 え る こ と が で き る.一 ・つ は.MW10.PH11. PH12(Na+:65%.HCO3-:33%.C4-:3%) な ど の 岩 石 との 溶 脱 で 形 成 され たNRグ ル ー プ の 地 下 水 が.Naceに 富 ん だ 熱 水 と混 合 して 形 成 さ れ た もの で あ る と考 え る こ とが で き る.つ ま り Na-HCO3型 の 比 較 的 溶 存 成 分 が 少 な くpHが 高 い.濃 飛 流 紋 岩 中 で 形 成 さ れ.か つ 広 域 的 流 動 系 で あ るNRの 地 下 水 がHCO3一 濃 度 とpHを ほ とん ど変 えず にNace熱 水 と混 合 して 形 成 さ れ た と考 え る こ とが で き る.後 述 す る が.酸 素 同位 体 濃 度 比 か ら は.オ キ シ ジ ェ ンシ フ トと よ ば れ る 高 温 で の 同 位 体 交 換 反 応 は読 み と る こ とが で きず.循 環 水 で あ る こ とが わ か る.し か し.こ の 熱 水 は 高 濃 一62一

Na+ 80 60 40 20 HighpH 口 80 MW¶0

G"一/轄6・

西藤

LowpH 40

う.・

＼

」 譲 今/・

20 ・ 『3 C醒 20 40 60 80 HCO一 図 一4濃 飛 流 紋 岩 分 布 地 域 と 阿 武 隈 花 闇 閃 緑 岩 分 布 地 域 に お け るNa+-cr-HCO3一 の 三 角 ダ イ ヤ グ ラ ム. 記 号 は 図 一2と 同 じ で あ る. Fig.4ThisfigureshowstherelativeNa+,C「andHCO3-concentrationintheNohirhyolitedistributing regionandtheAbukumagranodioritedistributingregion.ThesymbolsaresameasthoseofFig. 2. 度 のNaC4水 で あ るか 水 自 身 が 付 近 の 循 環 水 と置 き換 わ っ た か は 区 別 で きな い.こ の 熱 水 系 の 成 因 は.下 呂 温 泉 の 東 方 約3kmに あ る 第 四 紀 火 山 噴 出 物 で あ る湯 が 峰 火 山(湯 が 峰 流 紋 岩;山 田 ほ か. 1992)が 想 定 さ れ て い る. N.M.NGHグ ル ー プ は.モ ル 濃 度 比[Na]/[C4] が ほ ぼ1の 勾 配 に あ り.朝 日村 農 政 局 井(MW7). 御 嶽 温 泉(NPH1).濁 河 温 泉(HW2).塩 沢 温 泉 (MW8).下 島 温 泉 町 有 井(MW1).宮 之 前 朝 日村 井(MW6)な ど は.こ の 組 成 図 の 範 囲 内 で ほ ぼ 直 線 的 に 並 び 相 関 が み られ る.こ れ ら は.比 較 的 高 塩 分 濃 度 で あ り.pHが 相 対 的 に 低 く.CO2ガ ス を 多 く含 む特 徴 が あ り.熱 水 が 関 与 して い る可 能 性 が あ る.美 濃 帯(Mグ ル ー プ)に 湧 出 す る もの よ り.濃 飛 流 紋 岩 地 域 に 湧 出 す る も の(Nグ ル ー プ)の 方 が[Na]が 多 い 傾 向 が み ら れ.NRグ ル ー一 プ の 地 下 水 の 関 与 が 若 干 み う け られ る と考 え られ るが.基 本 的 に は美 濃 帯 か らの 湧 出 と考 え る の が 妥 当 で あ る.Nグ ル ー プ は.濃 飛 流 紋 岩 の 断 裂 な どが 通 路 とな って い る こ とが わ か る. しか し.朝 日村 農 政 局 井(MW7)だ け は.メ タ ン ガ ス が 主 体 で あ る.こ の 井 戸 は深 度600∼650m 付 近 の青 屋 断 層 以 深 の 美 濃 帯 の 泥 岩 と石 英 斑 岩 岩 脈 の 混 合 部 か ら湧 出す る もの で あ り.二 酸 化 炭 素 の影 響 の な い 美 濃 帯 独 自 の 組 成 を示 す エ ン ドメ ン バ ー の 一 つ と想 定 した.こ の よ う に 考 え る と.美 濃 帯 に 起 源 を もつ 地 下 水 にCO2ガ ス が 加 わ る こ と に よ り.[Na+]と[HCO3-]が1:2の 割 合 で 増 加 が お こ っ た とみ れ ば.図 の 矢 印 方 向 の 変 化 が お こ る とみ る こ とが で き る. 湧 出 に伴 う遊 離 ガ ス の 由 来 につ い て は項 を改 め て 述 べ る. 渡 合(MW4)は.溶 存 成 分 と し て はGHグ ル ー プ の 下 呂 温 泉 と酷 似 して い る. 一63一

SiO2濃 度 はN.M.GH.NGHグ ル ー プ で 濃 度

が 高 い 傾 向 に あ り.NR.ARグ ル ー プ で は.比 較

的 濃 度 の ま と ま りが 良 い.SiO2温 度 計(Fournier &Rowe,1966)お よ びNa-K-Ca温 度 計(Fournier &Truesdell,1973)か ら 地 下 温 度 を 推 定 し た.こ の 相 関 を 図 一5に 示 し た.SiO2温 度 計. Na-K-Ca温 度 計 と よ ば れ る こ れ ら 地 化 学 温 度 計 に は.低 温 の 部 分 へ の適 用 の 限 界 が 存 在 し.あ る い は.Na-K-Ca温 度 が 若 干 高 め に求 ま る もの の. 両 温 度 と も に ほ ぼ 一 対 一 の 相 関 が 認 め られ.Nお よ びMグ ル ー プ の もの は.80∼150℃ 程 度 の 比 較 的 高 温 の 履 歴 を 持 っ て い る.朝 日 村 農 政 局 井 (Mw7)お よ び 御 嶽 温 泉(NPH1)な ど はsio2温 度 が 低 い が.シ リカ は比 較 的 溶 解 平 衡 に到 達 しや す い た め ス ク リ ー ン位 置 な ど に よ る沈 殿 の影 響 が 考 え ら れ る.ち な み に.ガ ス を 利 用 し た H2S-H2-CH4-CO2温 度 計(D'Amore&Panichi, 1980)に よれ ば.朝 日村 農 政 局 井 が141℃.御 嶽 温 泉 が111℃ と比 較 的 高 温 の 履 歴 を もつ と考 え る こ と が で き る.他 のN(MW6:78℃MW1:156℃ MW2:79℃).M(MW8:91℃).GH(HW1:49℃). NGH(HW2:116℃)グ ル ー プ に つ い て もガ ス 温 度 計 との 相 関 は 良 い.一 方 比 較 的 低 温 で あ るNRと ARグ ル ー プ に つ い て は.適 用 の 限 界 は あ る も の の.両 温 度 計 と も よ く対 応 して お り.25∼70℃ の 範 囲 に 入 っ て お り.測 定 さ れ た 水 温 と推 定 した 地 下 温 度 が 近 い も の が 多 く.岩 盤 内 を流 動 す る 内 に 地 温 勾 配 に よ る温 度 上 昇 で 形 成 され た と考 え る の が 妥 当 で あ る.こ の こ と は.NRとARグ ル ー プ は岩 盤 中 に お け る 溶 脱 に よ り形 成 さ れ た こ と を支

持 す る. こ の よ うに 主 要 溶 存 イ オ ンに よ りそ れ ぞ れ の 水 質 の特 徴 を み る こ とが で き る. 7.安 定 領域 図 に よる水質 変化 の考察 前 項 で 述 べ た よ う に.NRお よ びARグ ル ー プ の 地 下 水 は.Na-HCO3型 で あ り.pHが9∼10と 高 く.低 塩 分 濃 度 で あ る.こ の地 下 水 は岩 石 の 溶 脱 に よ り形 成 さ れ た と想 定 され.母 岩 を含 め生 成 条 件 が 比 較 的単 純 と思 わ れ る た め.こ れ ら の水 の 成 因 に 関 す る議 論 が い くつ か な され て い る. 大 木 ・平 野(1967)は.Ca一 ゼ オ ラ イ トに よ るH÷ の 固 定 に 着 目 して 議 論 して い るが 結 論 に は 至 っ て い な い.ま たGarrels&Mackenzie(1967)は シ ェ ラ ネ バ ダ の 湧 水 の 化 学 を研 究 し.カ オ リナ イ トと Ca一モ ンモ リ ロ ナ イ トの 共 存 に よ るH+の 制 御 を 考 え た.こ れ の 延 長 と して.一 国 ほ か(1982)は カ オ リナ イ トとCa一 モ ン モ リロ ナ イ トを 含 む系 の 平 衡 関係 と方 解 石 に つ い て の 飽 和 度 の検 討 に よ り考 察 して い る.高 松 ほ か(1980)は 花 醐岩 地 帯 の 湧 水 のpHと そ の 化 学 組 成 は.主 と して 花 嵩岩 の 種 類. 水/岩 石 比.二 酸 化 炭 素 分 圧(Pco2)に よ っ て 大 き く影 響 を受 け.ア ル カ リ性 泉 の場 合 は.地 表 水 が 地 下 に 浸 透.湧 出 して く る 過 程 に お い てCO2の 供 給 が ほ と ん ど な く.pHは 高 くな りpHの 上 昇 に 伴 っ て.K.Ca.Mgな ど が 固 相 に と ら え ら れ る こ と を 室 内 実 験 か ら推 定 し た.ま た.pHや 化 学 組 成 は.生 成 速 度 の 小 さ い 二 次 安 定 鉱 物 で は な く.岩 石 表 面 に 生 じた 準 安 定 な ア ル ミノ珪 酸 塩 相 等 に よ りコ ン トロ ー ル さ れ て い る可 能 性 が 強 い と して い る.玉 利 ほ か(1988)は.岩 石 の 溶 出 実 験 に よ り.花 歯 岩 お よ び 流 紋 岩 で は.ア ル カ リ長 石 の 化 学 風 化 が 顕 著 で あ り.長 石 の 溶 解 に 伴 い 陸 水 に 溶 出 され る カ チ オ ンお よ び そ の 成 分 比 が 陸 水 の 水 質 を大 き く支 配 し.花 歯 岩 と流 紋 岩 の 地 域 で の 水 質 の 差 異 は判 別 で き な い と して い る.ま た堆 積 岩 な ど の粘 土 層 が 存 在 す る と こ ろ で の 地 下 水 は.陽 イ オ ン交 換 反 応 に 支 配 され る た め.岩 質 に よ る影 響 が 現 れ な い と して い る.木 村(1990)は.高 濃 度 Na-HCO3型 で.ア ル カ リ性 の 水 の 生 成 に は.ゼ オ ラ イ ト な ど の 交 換 性Na+を 持 つ 物 質 とCaCO3 の 存 在 が 必 要 で あ り.交 換 性Na+の 割 合 が 高 い ほ ど溶 液 は.高 濃 度 に な る こ と を実 験 的 に示 した. い ず れ に して も.固 相 との 反 応 に よ りpH上 昇. pH制 御.[Na]一[HCO3]の 上 昇.K.Ca.Mg 濃 度 の 減 少 が 説 明 され な け れ ば な ら な い. 一 般 に.天 然 水 のpH領 域(6∼8 _{.5)で はpHの} 調 節 の 大 部 分 は炭 酸 塩 に よ って 行 わ れ て お り.ア ル カ リ度 とHCO3一 濃 度 と は 実 際 上 同 一 で あ る(た だ し.pHが9以 上 の 領 域 で は.CO32一 が 無 視 で き な くな る.).こ こ で 地 下 水 の 組 成 を左 右 す る も の と して 風 化 反 応 が 重 要 で あ り.そ の 内 の 大 部 分 は ア ル ミノ珪 酸 塩 の 構 造 が こ わ れ る の に伴 っ て 陽 イ オ ン と珪 酸 の分 離 が お こ りア ル カ リ度 が 鉱 物 の 塩 基 か ら溶 液 相 に うつ る 反 応 で あ る.こ の た め 風 化 す る ほ ど溶 液 の ア ル カ リ度 は増 大 し.残 りの 固 相 は も との ア ル ミ ノ珪 酸 塩 よ り も酸 性度 が 高 くな る.ま たCa2+.HCO3一.H+.Mg2+がCO2分 圧. 炭 酸 塩 の 溶 解 に左 右 され るの に対 して.Na+.K+. H4SiO4の 起 源 は.お そ ら く珪 酸 塩 鉱 物 で あ り. 地 下 水 と接 触 して い る もの の 大 部 分 を しめ て い る た め.こ こ で はNa+.Ca2+.H4SiO4の イ オ ン に つ い て 鉱 物 の 安 定 領 域 図 に よ り若 干 の 考 察 を して み る. Garrels&Christ(1965).Stumm&Morgan (1970)に よれ ば.Albiteが 土 壌 な ど に含 まれ て い るCO2の 作 用 に よ りKaoliniteが 形 成 さ れ る と. pHは 上 昇 す る. NaAISi308(s)十H+十4.5H,O⇒ Na++2H4SiO4+0.5A12Si205(OH4)(.)① CO2(9)+H20⇒HCO5+H+② ①+② か らAlbite+CO2(9)+5.5H20⇒ Na++HCO3一+2H4SiO4+0.5Kaolinite③ こ の 反 応 が 起 こ る と 想 定 す れ ば.電 価 バ ラ ン ス か ら [Na+]≒[HCO3-](pHが9以 上 に な る と[CO32-] を 考 慮 し な け れ ば な ら な い が.こ こ で は 分 析 上. [HCO3一]と す る.).化 学 量 論 か ら[Na+]=0.5 [H4Sio4]の 関 係 が あ る.こ れ を 実 際 の 試 料 か ら み る と.図 一6の 左 図 か ら[Na+]≒[HCO3一] の 関 係 がAR.NRと く にARグ ル ー一プ の 試 料 で 成 り 立 っ て い る と み ら れ る.[Na+]と[H4Sio4] の 関 係 か ら は.ば ら つ き が 大 き く正 確 で は な い が. AR.NRグ ル ー プ に つ い て[Na+]=0.5∼2 [H4SiO4]の 関 係 が み ら れ る.特 に 浅 層 地 下 水 ・

地 表 水 で あ るNL.ALグ ル ー プ で は[Na+]= 0.5[H4Sio4]の 関 係 が み られ る.こ の こ と は. ③ の 関 係 が[Na+]と[HCO3-]で は成 り立 つ 可 能 性 は あ る が.[H4Sio4]で は何 と もい え な い. む しろ[H4Sio4]に 比 し て[Na+]が 多 い 傾 向 に あ る.こ れ は.珪 酸 濃 度 を減 少 させ る機 構 が あ る こ と を示 唆 す る.土 壌 中 な ど の 二 酸 化 炭 素 が 地 下 水 の 流 動 過 程 で 消 費 され 二 酸 化 炭 素 分 圧 が 減 少 す る に つ れpHは 上 昇 す る こ と に な る. 図 一7.8に は.Tardy(1971)と 吉 岡(1990)が 採 用 した平 衡 式 とそ の 定 数 を用 い て 描 い た 各 種 鉱 物 問 の 安 定 領 域 図 に 調 査 地 域 の 試 料 を プ ロ ッ トし た もの で あ る.各 種 鉱 物 の 安 定 領 域 をNa+.H+. H4Sio4の 濃 度 関 数 と して 表 示 した 図 一7か らは. AR.NRグ ル ー プ の 広 域 的 流 動 系 に属 す る 地 下 水 は.す べ てNa一 モ ン モ リ ロ ナ イ トに属 し.AL. NLグ ル ー プ は カ オ リ ナ イ トの 安 定 領 域 内 に 入 っ て い る.AR.NRグ ル ー プ はNa一 モ ンモ リ ロ ナ イ トと平 衡 に あ っ て もH+は 消 費 さ れpHは 上 昇 し. Na+も 増 加 す る.鉱 物 の安 定 領 域 をCa2+.H+. H4Sio4の 濃 度 の 関 数 と し て 表 示 した 図 一8か ら は.AR.NRグ ル ー プ の 試 料 は 全 部Ca一 モ ンモ リ ロ ナ イ トの 安 定 領 域 に プ ロ ッ トさ れ る.AL.NL グ ル ー プ は.カ オ リ ナ イ トの 安 定 領 域 に ほ とん ど 入 っ て い る.Yoshioka(1976)に よ れ ば.地 滑 り地 帯 の 地 下 水 はHCO3一 濃 度 が 約60mg〃 以 上 に な る ま で は.カ オ リナ イ トの 生 成 を助 長 し.そ れ 以 上 か ら は.Ca一 モ ン モ リロ ナ イ トが 生 成 し.カ オ リナ イ トとCa一 モ ンモ リロ ナ イ トの 生 成 に は 地 下 水 のHCO3一 濃 度 が 制 御 し て い る こ と を 示 唆 し て い る.こ の こ と は.花 歯 岩 類 お よ び 濃 飛 流 紋 岩 類 中 に 湧 出 す る 試 料 に お い て も矛 盾 し な い.Gar-rels(1967)は.H+の 放 出 を抑 制 す る 機 構 と して. カ オ リ ナ イ トか らモ ンモ リ ロ ナ イ トの 生 成 を考 え た. 7Al2Si205(s)十Ca2+十2HCO3-十8SiO2⇒ 6Cao _{.i7A12.34Si3.66010(OH)2+2CO2+9H20④} CO2(9)+H20⇒HCO3一+H+⑤ ④+⑤ か ら7Kaolinite+Ca2++8SiO2⇒ 6Ca-montmorillonite+2H++7H20⑥ ⑥ の 反 応 が 進 行 す る こ と に よ りH+の 放 出 に よ り pHの 上 昇 が お さ え られ.Ca2+濃 度 の 減 少 が 生 じ. 観 測 結 果 と矛 盾 しな い 定 性 的 な説 明 を与 え る こ と

は で き る.前 出 の 高 松 ほ か(1980)は.pHが10付 近 に 押 さ え られ る機 構 を生 成 速 度 の 小 さ い 二 次 安 定 鉱 物 に も と め な くて も.Paces(1972)の 大 きな 比 表 面 積 を もつ 鉱 物 に は 水 酸 イ オ ンが 短 期 間 に 吸 着 され.pHが 減 少 し.そ の 度 合 い は 鉱 物 表 面 の 物 理 化 学 的 性 質.水 酸 イ オ ンの 吸 着 密 度.鉱 物 の 表 面 積 と系 の 緩 衝 能 力 に依 存 す る こ と を基 に.風 化 初 期 の 鉱 物 表 面 へ の 水 酸 イ オ ン の 吸 着 で も説 明 で き る と して い る.本 来 は 変 質 鉱 物 の 組 み 合 わ せ で 議 論 す べ き もの で あ る. い ず れ に して も.AR.NRグ ル ー プ の 地 下 水 は AL.NLグ ル ー プ の 浅 層 地 下 水 ・表 流 水 が 花 嵩 岩 類 お よ び 濃 飛 流 紋 岩 類 中 に 発 達 す る 断 裂(断 層 ・ 節 理)に 浸 透 ・流 動 す る過 程 で 岩 石 と の 反 応 に よ り形 成 さ れ た も の で あ る と考 え て よ さ そ うで あ る.こ の 組 成 の 地 下 水 が 酸 性岩 岩 体 中 に だ け しか 存 在 し な い とす れ ば.他 の 組 成 の 地 下 水 は.こ の 地 下 水 を一 つ の エ ン ドメ ンバ ー と考 え て.図 一4

で議 論 した よ うな他 起源 の水 との混合 に対 す る考 え方 が可能 になる. 8.天 然 同 位 元 素 か ら見 た 地 下 水 循 環 の 解 析 8-1水 の 安 定 同 位 体 比 に よ る地 下 水 の 循 環 水 の 同位 体 分 子 は.そ れ らの 問 の 質 量 の違 い に よ っ て.種 々 の物 理 的 過 程 や化 学 的 過 程 に お い て 分 別 を生 じ る.し か し.地 表 付 近 に お い て は.主 に.次 の3過 程 が 水 の δDお よ び δ180値 を 変 化 させ て い る と考 え て よ い.つ ま り相 変 化(気 ⇔ 液) に伴 う平 衡 分 別.気 相 に お け る拡 散 に伴 う動 的 分 別 お よ び水 の 混 合 で あ る. Craig(1961)は.世 界 各 地 の 降 水 や 各 種 地 表 水 の δDお よ び δ180値 を 測 定 し.そ れ ら の 問 に 次 の よ う な 直 線 関 係 を 見 つ け.天 水 線(Meteoric WaterLine)と 名 づ け た. δD=8δ180十10 こ の 関 係 に従 う 同位 体 分 別 を伴 う降 水 現 象 は. 地 球 上 の 各 地 で さ ま ざ ま な 規 模 で 行 わ れ て い る こ とが 知 られ て い る.例 え ば.低 緯 度 地 帯 で 生 じた 大 気 水 蒸 気 は.大 局 的 に は.高 緯 度 地 帯 へ 移 動 し て い る の で.降 水 の δDお よ び δ180値 は 低 緯 度 か ら高 緯 度 へ 向 か っ て 低 下 す る傾 向 を示 す.ま た. 気 団 が 山 岳 地 帯 を こ え る場 合.高 所 に降 る雨 は 低 地 に 降 る雨 よ り も δ値 が 低 い(高 度 効 果).気 団 が 沿 岸 地 帯 か ら平 野 を 内 陸 に 向 か っ て 移 動 す る時 に 降 らせ る 雨 は.内 陸 の もの ほ ど δ値 が 低 くな る. そ して.同 位 体 分 別 の温 度 依 存 性 の た め.降 水 の δ値 の 季 節 変 化 が 生 じ る(Dansgaard.1964).こ の よ う な各 種 の効 果 に よ っ て.あ る地 点 に 降 る雨 の δDお よ び δ180値 は.そ の 地 点 の 地 理 的 条 件 に依 存 し.そ して季 節 変 化 で代 表 さ れ る ほ ぼ 一 定 の 変 化 を示 す.し か も.水 谷(1986)に よ れ ば.そ の 変 化 は 降 水 が 不 飽 和 帯 を浸 透 す る 問 に平 均 化 さ れ る た め.そ の地 点 の 浅 層 地 下 水 の δ値 は.周 囲 か ら δ値 の異 な る 地 下 水 の 流 入 が な け れ ば.そ の 地 点 の 降 水 の δ値 の 年 加 重 平 均 値 に.ほ ぼ 等 し く な る と して い る.そ こで.こ の こ と を利 用 して. 地 下 水 の 起 源 や 挙 動 の 検 討 を 行 な う こ と が で き る. 水 の安 定 同位 体 組 成 を 図 一9に 示 した が.濃 飛 流 紋 岩 分 布 地 域 と阿 武 隈 花 崩 閃 緑 岩 分 布 地 域 と も.日 本 お よ び世 界 の 降 水 お よび 地 表 水 の 値 とな り.い つ れ も両 地 域 の 湧 水 は.緯 度 効 果 あ る い は 高 度 効 果 に規 制 され.湧 水 ・温 泉 ・鉱 泉 を含 め て. 貯 留 時 間 は異 な る が.循 環 水 で あ り.降 水 起 源 で あ る こ とが わ か る.地 熱 地 域 に 見 られ る よ う な酸 素 同 位 体 組 成 が 重 くな る オ キ シ ジ ェ ン シ フ トは観 察 さ れず.高 温 の履 歴 は 持 って い な い こ とが わ か る.し か し.下 呂温 泉 は.寺 尾 ほ か(1989)に よ る と.ce一 濃 度 の 高 い も の の 方 が δ180が 重 い傾 向 に あ り.δDと δ180の 関 係 を 精 査 す れ ば.オ キ シ ジ ェ ン シ フ トに よ る 影 響 が あ る の か も しれ な い. 阿 武 隈 花 歯 閃 緑 岩 分 布 地 域 に お い て は.局 所 的 流 動 系 で あ るALグ ル ー プ よ り広 域 的 流 動 系 で あ るARグ ル ー プ の 方 が 同 位 体 比 が 軽 い 傾 向 に あ る.こ れ は.ARグ ル ー プ の か ん 養 域 が よ り標 高 の高 い 山地 部 で あ る こ と を示 す と考 え られ.流 動 域 が 広 い と推 定 さ れ る.こ の こ と は.地 下 水 の FEMシ ミュ レ ー シ ョ ン(越 谷 ほ か.1991)お よ び トリチ ウ ム 分 析 に よ る 結 果 と調 和 的 で あ る. 8-2ト リチ ウ ム 濃 度 に よ る 地 下 水 循 環 の 解 析 トリチ ウ ム は半 減 期 が 約12.3年 で あ り.こ れ を 指 標 に 降 水 中 の 濃 度 と比 較 す る こ とで 原 理 的 に は 約100年 前 の 降 水 ま で の 地 下 貯 留 時 問 を推 定 で き る.し か し.過 去 に お い て は水 爆 実 験 に よ る汚 染 で 降 水 の トリチ ウ ムが 高 濃 度 の 時 期 が あ り変 化 も 大 き か っ た た め.短 期 間 の調 査 で も降 水 時 期 が 同 定 で きた が(木 村.1971;木 村.1972).最 近 で は 降 水 の ト リチ ウ ム濃 度 が 低 下.安 定 した た め.降 水 時 期 の 同 定 に は長 期 間 の 調 査 で 濃 度 変 化 を把 握 す る必 要 が あ る.こ こ で は.同 時 期 の 分 析 結 果 に よ る貯 留 時 間 の 評 価 を行 っ た. 分 析 の 結 果 を図 一10に 示 す.グ ラ フ は東 京 降 水 の トリ チ ウ ム濃 度 の 経 年 変 化 を示 す.1952-1978 は1.A.E.A.TokyoStationの デ ー タ を 引 用 し. 1979-1993は 一 部 未 公 表 の もの が あ るが 小 前(農 業 工 学 研 究 所)の デ ー タ を使 用 さ せ て い た だ い た. 年 平 均 値 を実 線 で.最 高 最 低 濃 度 を 一 点 鎖 線 で 示 し.分 析 結 果 を 阿 武 隈 花 商 岩 分 布 地 域 は1989年 の 位 置 に.濃 飛 流 紋 岩 分 布 地 域 は1994年 の 採 水 時 位 置 に 記 入 した もの で あ る.図 中.平 行 す る3本 の 破 線 は トリチ ウ ム 濃 度 の 減 衰 勾 配 を表 して お り.

降 水 時 期 を 同 定 す る 目安 と な る. そ の 結 果.阿 武 隈 花 醐 閃 緑 岩 分 布 地 域 で は.極 低 濃 度 で あ っ たARグ ル ー プ(5.14121.AB5. 12.AB3.AB4.AB8.AB9)の 広 域 的 流 動 系 に属 す る地 下 水 は.明 らか に 大 気 圏 が 汚 染 さ れ る以 前 の 降 水 に 起 源 を もつ こ と が 示 さ れ た が.8か ら 20TRで あ っ たALお よ びARグ ル ー プ の 一 部 の 地 下 水 は い ず れ も大 気 圏 汚 染 後 に 濃 度 が 低 減 した トレ ン ドの 延 長 上 に あ り.近 年 の 降 水 の トリチ ウ ム 濃 度 変 化 の 範 囲 に入 る た め.降 水 時 期 の 明確 な 同定 は 困 難 で あ るが.近 年 の 降 水 に 起 源 を持 つ と 考 え られ.循 環 速 度 が 速 い と考 え られ る.広 域 的 流 動 系(AR)の 一 部 は10TR前 後 に な り.流 出 過 程 で の 局 所 的 流 動 系 と の 混 合 が 想 定 され る. 濃 飛 流 紋 岩 分 布 地 域 で は.湯 の 島 ラ ジ ウ ム 鉱 泉 (GMW3)の み が.極 低 濃 度 で あ り.NL.NR.GH グ ル ー プ お よ びNグ ル ー プ の 一 部 に 属 す る も の は.8∼30TRと 近 年 の 降 水 の トリ チ ウ ム濃 度 変 化 の 範 囲 に入 る た め.近 年 の 降 水 に起 源 を持 つ と 考 え ら れ る.し か し.局 所 的 流 動 系 で あ るNLグ ル ー プ は 他 のNR.GHグ ル ー プ お よ びNグ ル ー プ の 一 部 よ り若 干 高 め の傾 向 を示 し.最 近 の 降 水 の トリ チ ウ ム濃 度 が 若 干 高 め の傾 向 に あ る こ とか ら.近 年 の 降 水 を よ り反 映 した も の で あ り.循 環 速 度 が 速 い こ とが 考 え られ る.NR.N.GHグ ル ー プ はNLグ ル ー プ よ り塩 分 濃 度 が 高 い に もか か わ ら ず8-一 一15TRと 近 年 の 降 水 よ り若 干 低 い 値 を示 す こ と は.広 域 的 流 動 系 の 地 下 水 は.比 較 的 貯 留 時 間 が 長 い と一 般 的 に 考 え ら れ る が.元 来 の 低 い ト リチ ウ ム 濃 度 に局 所 的 流 動 系 の 地 下 水 が 一 部 混 入 した と考 え られ る.こ の こ と は.阿 武 隈 地 域 は. 断 層 活 動 時 期 が 白亜 紀 か ら鮮 新 世 と古 く湧 出 す る 水 み ち が 閉 じて お り.濃 飛 流 紋 岩 分 布 地 域 に 存 在 す る 阿 寺 断 層 な ど は.第 四 紀 断 層 に あ た り活 動 時

期 が 新 し く割 れ 目が 多 く発 達 して お り.局 所 的 流 動 系 の 地 下 水 と混 合 し易 い こ と を示 す と考 え られ る.一 方Mグ ル ー プ の 地 下 水 は.2.5∼4程 度 と 低 い 値 を と る.こ の こ と は.NLグ ル ー プ は も と よ り.NRグ ル ー プ よ り長 い 流 動 経 路(長 い 貯 留 時 間)が 推 定 さ れ る.し か も.Mグ ル ー プ の 湧 出 地 点 は.阿 寺 断 層 沿 い に は存 在 しな い こ とか ら. 断 裂 の 閉 口性 に よ り地 表 付 近 の 水 と混 ざ りに くい と考 え ら れ る.Nグ ル ー プ は2.5∼25程 度 と ば ら つ きが 大 き く.湧 出 地 点 の 断 裂 の 状 況 に左 右 さ れ て い る と思 わ れ る. 9.ガ ス 組 成 に つ い て 遊 離 ガ ス を 伴 う 濁 河 温 泉(HW2).塩 沢 温 泉 (MW8).朝 日村 農 政 局 井(MW7a).宮 之 前 朝 日 村 井(MW6a).下 呂 温 泉 共 有2号 井(HW1).下 島 温 泉 町 有 井(MW1).湯 屋 温 泉 共 同 源 泉(MW2). 御 嶽 温 泉(NPH1).牧 尾 ダ ム 下 流(MW12)に つ い て.主 要 遊 離 ガ ス(ア ル カ リ残 留 ガ ス を含 む)組 成 お よ び δ13C(CH.).δD(CH.)の 分 析 を行 っ た.媚 温 泉 井(MW10)は.ボ イ ラ ー通 過 後 の 採 ガ ス の た め 空 気 の 混 入 が 想 定 され 考 察 か ら除 外 した.分 析 結 果 の 一 覧 を表 一3に 示 した. 特 徴 と して.窒 素 ガ ス が 多 い も の は 下 呂 温 泉 共 有2号 井(82.3%).メ タ ン ・窒 素 が 多 い もの は 朝 日村 農 政 局 井(CH4:39.5%.N2:55.5%).二 酸 化 炭 素 が 多 い の は 濁 河 温 泉(82.5%).塩 沢 温 泉 (92.0%).宮 之 前 朝 日村 井(91.2%).下 島 温 泉 町 有 井(91.6%).湯 屋 温 泉 共 同 源 泉(82.2%)..御 嶽 温 泉(91.2%).牧 尾 ダ ム 下 流(94.2%)で あ る.濃 飛 流 紋 岩 分 布 地 域 で 種 々 の ガ ス 組 成 分 布 が 見 ら れ る の は母 岩 お よ び 断 裂 の性 状 と関 係 して い る と思 わ れ る.現 に.北 西 の 青 屋 断 層.西 南 の 阿 寺 断 層 と御 嶽 山 に挟 まれ た 濃 飛 流 紋 岩 ・美 濃 帯 分 布 地 域 に は.二 酸 化 炭 素 を主 体 とす る 温 泉 ・鉱 泉 が 存 在

し.青 屋 断 層 部 に は.メ タ ンが 主 体 と な り.阿 寺 断層 部 に あ る下 呂 温 泉 に は 窒 素 が 存 在 す る.こ の こ とは.二 酸 化 炭 素 は.御 嶽 ・乗 鞍 火 山 に 由来 す る と想 像 され る が.有 機 物 起 源 の混 合 も考 え られ る た め.二 酸 化 炭 素 の δ13C分 析 な ど に よ り今 後 さ らに 研 究 す る必 要 が あ る. 地 下 水 の 溶 存 ガ ス に は.地 下 に浸 透 す る と きに 空 気 と一 緒 に 取 り込 ま れ る もの と地 中 で 新 た に加 わ る もの に 大 別 され る.空 気 と と もに 取 り込 ま れ る場 合 は溶 存 ガ ス の 量 は 水 温 に よ り一 義 的 に決 ま り.塩 分 濃 度 の 影 響 は 少 な い の で 無 視 で き る (Sugisaki.1962).こ こ で は.化 学 的 に 不 活 性 で あ るN2.Ar.Heの 三 成 分 を取 り上 げ.流 動 過 程 で の変 遷 を考 察 した.こ れ を 図 一11に 示 す.図 に は空 気 中 で の 値(Air)と 空 気 成 分 と飽 和 し た 水 の 値(Airsaturatedwater).地 殻(Crusta1)のHe. ニ ュ ー ジ ー ラ ン ドのMagmaticgas(Giggenbach. 1986).東 北 日 本 のAndesiticmagmaticgas (Kiyosu.1986)お よ び御 嶽 山 の 火 山 ガ ス(小 坂 ほ か.1983)の 値 を比 較 と して 示 した.ま た 既 存 文 献 中 に記 載 の あ る付 近 の 遊 離 ガ ス の 分 析 値 も併 記 した. 試 料 の プ ロ ッ トは.Airsaturatedwaterと 朝 日 村 農 政 局 井(MW7a)と を 結 ん だ 直 線 付 近 に並 ぶ. こ の こ と は.AirsaturatedwaterとMW7aの 先 の 矢 印 方 向 に あ るN2成 分 に 富 ん だ ガ ス との 混 合 に よ り形 成 さ れ た と言 え る.矢 印 の 先 に あ る もの に つ い て は デ ー タ不 足 の た め不 明 で あ る が.朝 日 村 農 政 局 井(MW7a)は ガ ス 温 度 計 あ る い は Na-K-Ca温 度 計 に よ れ ば.そ れ ぞ れ141.129℃ と比 較 的高 温 の履 歴 を持 っ て お り.美 濃 帯 に含 ま れ て い た有 機 物 な ど が 熱 の 作 用 に よ り脱 窒 化 し生 成 さ れ た も の が 考 え ら れ る.Yoshida(1991). Kiyosu(1986)に よれ ば.多 くの 場 合 矢 印 方 向 に は Magmaticgasの 領 域 が 存 在 す る が.当 地 域 は 地 熱 地 帯 で は な く可 能 性 は低 い と思 わ れ る. こ の よ うに 仮 定 す る と.朝 日村 農 政 局 井 が 美 濃 帯 独 自で 形 成 さ れ た エ ン ドメ ンバ ー の 一 つ で あ る とす る図 一4の 議 論 を 支 持 す る こ と に もな る.ち な み に 比 較 と して記 載 した ガ ス 田 の値 は.主 に千 葉 の値 で あ る が.空 気 と飽 和 した 地 下 水 の 値 に近 く.美 濃 帯 で み られ る メ タ ン を含 む ガ ス と は異 な る.ま た 跡 津 川 断 層 ・阿 寺 断 層 ・猪 ノ鼻 断層 な ど の 土 壌 ガ ス は.空 気 の 値 に近 い.そ の 他 の.西 三 河 の 中 央 構 造 線 沿 い の 湯 谷 温 泉 ・木 曽 ・笹 戸 ・矢 作 な ど は 地 殻(Crustal)のHeの 影 響 が あ る た め か.ば らつ い て い る. 阿 武 隈 花 歯 閃緑 岩 分 布 地 域 の 湯 岐 断 層 沿 い に 湧 出 す る 湯 岐 温 泉(12).干 泥 温 泉(5)は.若 干 の 遊 離 ガ ス を含 ん で お り2点 だ け で詳 細 は 不 明 で あ る が.地 下 水 の 生 成 機 構 か ら は.二 酸 化 炭 素 な ど は 含 ま な い と考 え られ.遊 離 ガ ス は.空 気 の 組 成 に 近 い こ とか ら地 表 へ 湧 出 す る過 程 で 地 表 付 近 か ら 混 入 し た 可 能 性 が あ る.こ の た めAir付 近 に プ ロ ッ トさ れ る の で あ ろ う. 濃 飛 流 紋 岩 と 美 濃 帯 分 布 地 域 に お い て は.湧 出 地 点 が 濃 飛 流 紋 岩 あ る い は 美 濃 帯 の どち らで あ る か にか か わ らず.直 線 上 に並 ぶ とい う こ と は.不 活 性 ガ ス の 由 来 は 美 濃 帯 に 起 源 を もつMW7に 近 い 組 成 の も の とAirsaturatedwaterと 混 合 し た もの で あ る こ と を示 し.濃 飛 流 紋 岩 の 断 裂 は 通 路 で あ る こ と に な る.こ の こ と は.下 呂 共 有2号 井 の窒 素 ガ ス.濁 河 温 泉.塩 沢 温 泉.宮 之 前 朝 日村 井.下 島 温 泉 町 有 井.湯 屋 温 泉 共 同 源 泉.御 嶽 温 泉.牧 尾 ダ ム 下 流 の 二 酸 化 炭 素 は.美 濃 帯 以 下 に 起 源 を も ち.や は り濃 飛 流 紋 岩 は 通 路 と言 え る. ま た 主 要 ガ ス の 窒 素.二 酸 化 炭 素 は.他 か ら加 わ っ た もの で あ る と言 え る.こ れ は.先 に述 べ た よ う に そ の 地 理 的 分 布 か ら火 山 ガ ス 起 源 が 考 え られ る が.二 酸 化 炭 素 あ る い は 窒 素 ガ ス の 同位 体 分 析 な ど.さ ら な る研 究 が 必 要 で あ る. N2/Arは.図 一11で 述 べ た よ う にMW1(41). MW2(41).HW2(42.9)な ど は.空 気 に飽 和 し た 水(ASW)の 値 が 約40で あ る こ と か ら.空 気 の 影 響 が 強 く地 表 近 くで の 混 合 と思 わ れ る.MW7a (324).MW6(138).NPH1(159).な ど は 窒 素 成 分 が 多 く.地 層 な ど の 有 機 物 か ら由 来 す るN2と さ れ て い る(Jendenetal.,1988;Mizutanietal., 1989).He/Arに つ い て は.MW7a(32,770). NPH1(8,116).MW6(5,190)と か な り高 い もの が あ り.地 殻 か ら のRadiogenicHeliumの 寄 与 が あ る.朝 日村 農 政 局 井(MW7a)は 図 一11の 矢 印 方 向 の エ ン ドメ ンバ ー に 近 い もの で あ る こ と を窺 わ せ る. Schoell(1980).MizutanietaL(1989)1こ よ れ ば. δD(CH4)と δ13C(CH4)の 相 関 か ら.遊 離 ガ ス 中 に 含

ま れ る メ タ ン の 由 来 が 解 明 さ れ て い る.そ こ で. Mizutanietal.(1989)の 関 係 図 に.対 象 と し た 試 料 の 値 を プ ロ ッ ト し た も の が 図 一12で あ る.朝 日 村 農 政 局 井(MW7a)が 最 も 軽 く.右 上 が り に 重 く な る 傾 向 に あ る.濁 河 温 泉(HW2)は 御 嶽 山 の 標 高2,000mの 位 置 に あ り.火 山 ・地 熱 メ タ ン の 領 域 に 近 い 組 成 を 持 っ て い る.朝 日 村 農 政 局 井 (MW7a)は.δDに つ い て は.新 潟 な ど の ガ ス 田 と 同 様 な 値 を 持 ち.δ13Cは 若 干 重 い が.Schoell のEnvironmentalmarinemethaneの 組 成 に 近 い も の で あ りbiogenicoriginの 可 能 性 が 高 い.し か も. CHa/C2H,比 は13,SOOとbiogenicorigin(Kiyosuet aL,1992)に 近 い も の を 示 して い る.下 島(MW1). 湯 屋(MW2).牧 尾 ダ ム 下 流(MW12)は.図 一12 のkerogensかCarbonaceousmaterials(Kasuga)に 近 い 組 成 を 示 し.塩 沢(MW8).宮 之 前 朝 日 村 井 (MW6a).御 嶽 温 泉(NPH1)は.朝 日 村 農 政 局 井 (MW7a)とKerogensを 結 ん だ 範 囲 の 近 く に 分 布 し.こ れ ら の 混 合 し た も の と考 え ら れ る.こ れ は. MizutanietaL(1989)の 傾 向 と 同 じ で あ る.こ れ に よ れ ば.同 位 体 的 に 重 い も の はKerogenが エ ン ド メ ン バ ー と な り.ThermQgenicMethaneの メ イ ン ソ ー ス に な っ て お り.遊 離 ガ ス の メ タ ン の 大 部 分 は 深 部 の 変 質 堆 積 岩 に 含 ま れ る 有 機 物 の 熱 分 解

と い う カ イ ネ テ ィ ク プ ロ セ ス(Sackett.1978)に よ り形 成 さ れ た と して い る.あ る い は.Thermo-genicMethane▼ と微 生 物 の 分 解 に よ り生 成 さ れ た 同 位 体 的 に 軽 い メ タ ンの 混 合 で あ る と して い る. こ れ らの デ ー タか ら2者 の 区 別 は で きな い と思 わ れ る が.朝 日村 農 政 局 井(MW7a)に つ い て は.新 潟 な どの 天 然 ガ ス の 値 に 近 い こ とか ら.美 濃 帯 中 の堆 積 性 メ タ ンで あ る と思 わ れ る.こ の よ うに 考 え る と図 一11のN2の 起 源 に 関 す る 議 論 と 同 様 に. 遊 離 ガ ス に 含 ま れ る メ タ ン はThermogenic ) 【ethaneと 同 位 体 的 に軽 い 美 濃 帯 中 の堆 積 性 メ タ ン との 混 合 で あ る とす る と.図 一4で 考 察 した 主 要溶 存 イ オ ンに よ る水 質 変 化 と矛 盾 無 く説 明 で き る.つ ま り水 質 ・メ タ ンガ ス な ど美 濃 帯 固 有 の 地 下水 が あ り.火 山 ガ ス の 影 響 に よ る二 酸 化 炭 素 が 大量 に 混 入 す る事 に よ りpHが 低 下 し.図 一4の 右 下 矢 印 の 変 化 が 生 じ た と考 え る. ま たMW7aを 除 い てCH4/C2H6は590∼2,400と ThermogenicgasとBiogenicgasの 中 間 的 な 性 質 を 持 っ て い る.一 般 にThermogenicMethaneは. 普 遍 的 にC2H6を 含 ん で い る が.遊 離 ガ ス は そ れ が 少 な い.こ れ は 地 層 中 の 移 動 に よ る 影 響 と 考 え ら れ て い る. 10.地 下 水 流 動 系 と 断 裂 系 自然 条 件 の も と で は.地 下 水 流 動 は 地 形 に 規 制 さ れ て 流 動 す る.T6th,J.A.(1962)は 理 論 的 流 動 系 と して.広 域 的 ・中 間 的 ・局 所 的 流 動 系 の 三 つ の パ タ ー ン に 分 け て い る.T6thモ デ ル は.等 方 均 質 な地 層 中で 地 形 とい う 自然 条 件 だ け を考 慮 し た もの で あ るが.岩 盤 中 に お い て もあ る 幅 を 持 っ