報告書番号

N18004

タイトル（和文）

土岐花崗岩中の水みち割れ目とその周辺マトリクスの微細間隙構造

タイトル（英文）

The characteristics of hydraulic conductive fractures of Toki Granite and their microstructure in matrix

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

背 景
高レベル放射性廃棄物の地層処分において，花崗岩などの結晶質岩では，物質移行の媒体となる地下水は主に割れ目内を流動する．また核種は割れ目近傍の岩石マトリクス中の間隙へ長い時間をかけて拡散する．結晶質岩中の水の流れを把握するためには，割れ目の水理・地質学的な連続性とその周辺マトリクスにおける間隙特性を明らかにし，両者の分布と構造を理解すること，すなわち水理地質構造モデルの構築が重要である．
目 的
瑞浪超深地層研究所に分布する土岐花崗岩（深度300 mおよび深度500 m）を対象に，坑道～微視スケールの水理地質構造を明らかにする．
主な成果
(1) 坑道スケールの水みち割れ目の分布と構造
【深度300 m】この深度では，NE系，NW系および低傾斜の3つの割れ目群が卓越する．このうち主要な水みちはNW系であり，低傾斜の割れ目はNW系の間を繋ぐことで水みちを形成している．前者には異なる2つの性状があり（図1），透水量係数はともに10-7～10-5 m2/sと比較的大きい．
【深度500 m】この深度では，NE系およびNW系が卓越し，低傾斜の割れ目はない．このうち，NW系は単一割れ目として主要な水みちを形成し，その性状は充填鉱物に乏しいという特徴がある．透水量係数は10-9～10-7 m2/sと深度300 mの水みちのそれより小さいが，同深度のほかの割れ目より相対的に大きい．
(2) マトリクスの間隙率と2次鉱物の微細間隙構造の特徴
両深度ともに変質が強いところほど，割れ目周辺マトリクスの間隙率が増加する傾向にある．これは深度300 mではスメクタイトや緑泥石，深度500 mではセリサイトや緑泥石などからなる2次鉱物がつくる微細間隙構造の存在が原因と考えられる（図2）．
(3) 土岐花崗岩中の坑道～微視スケールの水理地質構造モデルの構築
深度300 mでは，透水量係数の大きいNW系割れ目帯が水みちとなり，マトリクスの間隙率がより大きい割れ目（300-Ⅱ，Ⅲ）で拡散が進行すると考えられる．深度500 mでは，透水量係数の大きいNW系割れ目（500-Ⅰ，Ⅲ，Ⅵ）が水みちとなり，マトリクスの間隙率は深度300 mと比べると小さいため，拡散への寄与は小さい可能性がある．
今後の展開
水みち割れ目からマトリクスへの拡散・収着現象について定量的評価を行い，マトリクスの微細間隙構造の特徴も考慮した水理地質構造モデルとその一般化を検討する．

概要 （英文）

Hydraulic conductive fractures in crystalline rock have been considered as a main pathway for radionuclides in geological disposal of high-level nuclear waste. Radionuclide can also move through rock matrix around fractures by diffusion. Because such matrix diffusion process can be progressive depending on microstructure in rock matrix, it is important to investigate pore features around the fractures. In this study the characteristics of hydraulic conductive fractures and their microstructure across multiple boreholes at both 300 m and 500 m depth of Mizunami Underground Laboratory are summarized in terms of both hydraulic and geological continuity. In addition, hydrogeological structure models are constructed for understanding formation process of hydraulic conductive fractures considering geological history in previous studies.
As a result, hydraulic conductive fractures in gallery scale can be defined the transmissibility coefficients by measuring water permeability test. Hydraulic conductive fractures at 300 m depth, which mainly show NW strike and high dip angle, have two types of characteristics: calcite-filled fractures with highly matrix chloritization (300-2,300-3) and fractures with poor filling minerals which is formed along cataclastic texture (300-4). The transmissibility coefficients in both types of fractures are measured about 10-7~10-5m2/s. They make hydraulic conductive zone connected by low dip angle fractures, which is distributed around the Upper fracture zone in Toki Granite. On the other hand, hydraulic conductive fractures at 500 m depth, which also show NW strike and high dip angle, are single successive fractures across boreholes. They are a few calcite-filled fractures with poor matrix alteration. The transmissibility coefficients are measured about 10-9~10-7m2/s, which is relatively lower than that of at 300 m depth. The porosity in rock matrix around fractures increases with the amount of clay minerals formed by hydrothermal alteration in both depths. Such microstructure formed by altered minerals makes a significant contribution to increase matrix diffusion.

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