地质环境特性调査评価技术开発.pdf

16 地質環境特性の調査・評価技術の開発 17 ２つの深地層の研究施設計画２つの深地層の研究施設計画 ２つの深地層の研究施設計画２つの深地層の研究施設計画 瑞浪超深地層研究所 （岐阜県瑞浪市） 瑞浪超深地層研究所 （岐阜県瑞浪市） 幌延深地層研究所 （北海道幌延町） 幌延深地層研究所 （北海道幌延町） 花崗岩 （結晶質岩） 淡水系 硬 岩 泥 岩 （堆積岩） 塩水系 軟 岩 段階的な 調査研究 の進め方 第１段階地上からの調査研究段階 第２段階坑道掘削時の調査研究段階 第３段階地下施設での調査研究段階 （イメージ図） 地下水 鉱物粒子 （イメージ図） 割れ目 地下水 18 深地層の研究施設における３段階の研究開発深地層の研究施設における３段階の研究開発 深地層の研究施設における３段階の研究開発深地層の研究施設における３段階の研究開発 坑道掘削技術 地下施設の設計・施工技術地下施設の設計・施工技術 人工バリア挙動 評価技術 坑道閉鎖技術 坑道内での 地下水調査 処分システムの設 計・安全評価技術 処分システムの設 計・安全評価技術 試験坑道 岩 盤 水圧計等 緩衝材 ﾋｰﾀｰ 瑞浪平成16年度終了瑞浪平成16年度終了 幌延平成17年度終了幌延平成17年度終了 物理探査 ボーリング調査 第１段階 地上からの 調査研究段階 第１段階 地上からの 調査研究段階 第３段階 地下施設での 調査研究段階 第３段階 地下施設での 調査研究段階 第２段階 坑道掘削時の調査研究段階 第２段階 坑道掘削時の調査研究段階 地質環境の 調査・評価技術 地質環境の 調査・評価技術 瑞浪超深地層研究所計画では，深地層の科学的研究のみを行 う。図はイメージ。 19 第１段階における地質環境特性の モデル化のアプローチ（瑞浪の例） 第１段階における地質環境特性の モデル化のアプローチ（瑞浪の例） 第１段階における地質環境特性の第１段階における地質環境特性の モデル化のアプローチ（瑞浪の例）モデル化のアプローチ（瑞浪の例） 20 N S 0 N S 0 EL masl 「地質・地質構造」「地質・地質構造」 モデル化（瑞浪の例）モデル化（瑞浪の例） 「地質・地質構造」「地質・地質構造」 モデル化（瑞浪の例）モデル化（瑞浪の例） 第1段階第2段階 第1段階第2段階 ステステッ ッププ1 1ステステッ ッププ2 2ステステッ ッププ3 3ステステッ ッププ4 4 瀬戸層瀬戸層群群 生俵累生俵累層層 明世累明世累層層/ /本本郷累層郷累層 土岐夾土岐夾炭炭累層基累層基底底礫礫 低角度低角度傾傾斜斜をを有有すするる 割れ目割れ目のの集中帯集中帯 上部割上部割れれ目目帯帯 下部割下部割れれ目低密目低密度度帯帯 月吉断月吉断層に伴う割層に伴う割れれ目目帯帯 断層断層/推定推定断断層層 明明世世累累層層/ /本本郷郷累層基底累層基底礫礫 土岐土岐夾炭夾炭累層累層 100m Main shaft Ventilation shaft 100m100m Main shaft Ventilation shaft 300 200 100 0 -100 -1000 -200 -300 -400 -500 -600 -700 -800 -900 NWSE 300 200 100 0 -100 -1000 -200 -300 -400 -500 -600 -700 -800 -900 NWSE 繰り返しアプローチに基づく段階的な地質構造モデルの構築繰り返しアプローチに基づく段階的な地質構造モデルの構築 ⇒地上からのすべての調査研究結果を反映した地質構造モデルの構築を完了⇒地上からのすべての調査研究結果を反映した地質構造モデルの構築を完了 21 「地質・地質構造」「地質・地質構造」 モデル化（幌延の例）モデル化（幌延の例） 「地質・地質構造」「地質・地質構造」 モデル化（幌延の例）モデル化（幌延の例） 大曲断層の三次元分布の推定大曲断層の三次元分布の推定 研究所設置地区およびその周辺の地質構造モデル研究所設置地区およびその周辺の地質構造モデル ボーリング孔で認められる割れ目ボーリング孔で認められる割れ目 22 「岩盤水理（地下水流動）」「岩盤水理（地下水流動）」 水理特性データの取得（幌延の例）水理特性データの取得（幌延の例） 「岩盤水理（地下水流動）」「岩盤水理（地下水流動）」 水理特性データの取得（幌延の例）水理特性データの取得（幌延の例） 深くなるほど透水係数減少（割れ目帯を含む場合）深くなるほど透水係数減少（割れ目帯を含む場合） 試験深度（m） 0 100 200 300 400 500 600 700 800 10-10 10-810-610-4 透水係数（m/s 勇知層 声問層 10-6 稚内層 勇知層 声問層 割れ目帯を含む 稚内層割れ目帯を含まない 大曲断層ダメージゾーン 勇知層 声問層 割れ目帯を含む 稚内層割れ目帯を含まない 大曲断層ダメージゾーン 23 「岩盤水理（地下水流動）」「岩盤水理（地下水流動）」 水理地質構造モデル（幌延の例）水理地質構造モデル（幌延の例） 「岩盤水理（地下水流動）」「岩盤水理（地下水流動）」 水理地質構造モデル（幌延の例）水理地質構造モデル（幌延の例） 有限要素メッシユを作成し，透水係数分布を設定 勇知層，声問層，稚内層，大曲断層に対して透水係数の深度依存性を考慮 声問層，稚内層に対して小断層帯の透水係数への影響を考慮するために 等価不均質連続体モデルを適用 透水係数が取得されていない地層には，文献から推定される値を適用 24 「岩盤水理（地下水流動）」「岩盤水理（地下水流動）」 堆積岩を対象とした地下水流動解析（幌延の例）堆積岩を対象とした地下水流動解析（幌延の例） 「岩盤水理（地下水流動）」「岩盤水理（地下水流動）」 堆積岩を対象とした地下水流動解析（幌延の例）堆積岩を対象とした地下水流動解析（幌延の例） 幌延深地層研究所の用地周辺（約25km約30kmの範囲）を対象とした 地下水移行経路を把握 －２０００－２０００ －４０００－４０００ （ｍ（ｍ） ） ・ 地下水の大局的な流れは，東側の高標高部から，一部河川を 経由して西側の海側境界に向かう。 ・ 施設周辺では，近傍の河川に向かう流れと，天塩川付近の低 標高部に向かう流れが生じている。 ２5２5０００００ ０ 25 「岩盤水理（地下水流動）」「岩盤水理（地下水流動）」 結晶質岩を対象とした地下水流動解析（瑞浪の例）結晶質岩を対象とした地下水流動解析（瑞浪の例） 「岩盤水理（地下水流動）」「岩盤水理（地下水流動）」 結晶質岩を対象とした地下水流動解析（瑞浪の例）結晶質岩を対象とした地下水流動解析（瑞浪の例） 瑞浪超深地層研究所周辺（約2km約2kmの範囲）を対象とした 地下水移行経路を把握 堆積岩堆積岩 花崗岩上部花崗岩上部 割れ割れ目帯目帯 花崗岩下部花崗岩下部 割れ目低密度帯割れ目低密度帯 確認さ確認されれたた断層断層 推定された推定された断層断層 （推定さ（推定される全ての断層を考慮した解析ケース）れる全ての断層を考慮した解析ケース） ・ 地下水の大局的な流れは，北東側高標高部から， 南西側の土岐川流域に向かう。 ・ 地下水の流れは，断層（遮水帯あるいは透水帯 として作用）の影響を強く受けている。 26 「地下水の地球化学」「地下水の地球化学」 水質データの取得とモデル化（幌延の例）水質データの取得とモデル化（幌延の例） 「地下水の地球化学」「地下水の地球化学」 水質データの取得とモデル化（幌延の例）水質データの取得とモデル化（幌延の例） 地下水の分析結果に基づき水質分布を推定 間隙水コアからの抽出水 地下水孔内から採水 地下水 27 「地下水の地球化学」「地下水の地球化学」 地下水同位体データ取得と起源の推定（幌延の例）地下水同位体データ取得と起源の推定（幌延の例） 「地下水の地球化学」「地下水の地球化学」 地下水同位体データ取得と起源の推定（幌延の例）地下水同位体データ取得と起源の推定（幌延の例） 地下水（孔内から採水）と間隙水（コアからの抽出水）の酸素・水素同位体比の特徴 28 「地下水の地球化学」「地下水の地球化学」 地下水地球化学概念モデル（瑞浪の例）地下水地球化学概念モデル（瑞浪の例） 「地下水の地球化学」「地下水の地球化学」 地下水地球化学概念モデル（瑞浪の例）地下水地球化学概念モデル（瑞浪の例） MSB-4 MIZ-1 MSB-2 DH-15 現現在在のの海海水水と と類類似似し したたC Cl l濃濃度度 をを持持つつ化化石石海海水水 海海水水のの1 1/ /1 10 00 0ののC Cl l濃度濃度をを持持つつ N Na a- -C Ca a- -C Cl l 型地型地下下水水 移移流流卓卓越越域域 水水/岩/岩石石反反応応にによよるる 水水質質形形成成 不不整整合合かからら流流入入し したた地地下下水水と とのの混混合合 海海水水のの1 1/ /1 10 0ののC Cl l濃濃度度をを持持つつ N Na a- -C Ca a- -C Cl l 型型地地下下水水 N Na a- -C Ca a- -H HC CO O3 3型型, , 滞滞留留時時間間9,300年年. . 上部割れ目帯 （高透水域） （低透水域） 下部割れ目低密度帯 標高 （ｍ） 200 0 -200 -400 -600 -800 -1600 -1800 混混合合にによよるる 水水質形質形成成 拡拡散散卓卓越越域域 0 100 100 200 300 400 500 明世累層 本郷累層 土岐夾炭累層 土岐花崗岩 明世累層 本郷累層 土岐夾炭累層 土岐花崗岩 29 「岩盤力学」「岩盤力学」 岩盤力学特性データの取得（幌延の例）岩盤力学特性データの取得（幌延の例） 「岩盤力学」「岩盤力学」 岩盤力学特性データの取得（幌延の例）岩盤力学特性データの取得（幌延の例） 第1段階のボーリング調査で実施した初期応力測定結果の比較 水平面内最大・最小主応力値 水平面内最大主応力方向 30 「岩盤力学」「岩盤力学」 岩盤力学特性データに基づくモデル化（幌延の例）岩盤力学特性データに基づくモデル化（幌延の例） 「岩盤力学」「岩盤力学」 岩盤力学特性データに基づくモデル化（幌延の例）岩盤力学特性データに基づくモデル化（幌延の例） 研究所設置地区とその周辺地区の岩盤力学概念モデル 31 「岩盤力学」「岩盤力学」 岩盤力学モデルに基づく施工対策技術の検討（瑞浪の例）岩盤力学モデルに基づく施工対策技術の検討（瑞浪の例） 「岩盤力学」「岩盤力学」 岩盤力学モデルに基づく施工対策技術の検討（瑞浪の例）岩盤力学モデルに基づく施工対策技術の検討（瑞浪の例） 大深度立坑における高抜け崩壊機構に関する調査・解析 ・解析に基づく「高抜け」崩壊の機構を解明・解析に基づく「高抜け」崩壊の機構を解明 未覆工高さ大→地山塑性化→下部掘削→塑性域拡大→半径方向応力零→上部地山崩落未覆工高さ大→地山塑性化→下部掘削→塑性域拡大→半径方向応力零→上部地山崩落 ・予想される地層（断層）条件（特に傾斜角）では，「高抜け」崩壊発生の可能性は小さい・予想される地層（断層）条件（特に傾斜角）では，「高抜け」崩壊発生の可能性は小さい ・長期的安定性確保の観点からロックボルトによる縫い付けが対策案として考えられる・長期的安定性確保の観点からロックボルトによる縫い付けが対策案として考えられる 最小主応力 分布図 （GL-368m掘削時破砕帯考慮） 解析方法 ・有限差分法（３次元） 断層挙動を境界要素で表現 ・個別要素法（２次元） 非連続体挙動を表現 解析ﾓﾃﾞﾙと解析結果（有限差分法） 断層に関するﾊﾟﾗﾒｰﾀ 物性（垂直・せん断剛性） および断層傾斜角 32 実際の地質環境への適用を通して整備した一連の地質環境の調査・解析技術 サイトスケール/既存情報 〃/空中・地表調査 〃/ボーリング調査 統合化データフロー統合化データフロー 統合化データフロー統合化データフロー 調査データ 解釈/ データセット 概念化/モデル化/シミュレーション ローカルスケール/既存情報 〃/空中・地表調査 〃/ボーリング調査 個別目標/ 課題 33 まとめと今後の予定 34 まとめまとめ まとめまとめ 地質環境の長期安定性に関する研究 地下深部のマグマ・高温流体の調査技術など，「火山・地熱活動」，「地震・断層 活動」に関する過去の記録や現在の状況を調査・解析するための手法の改良・ 高度化を進めている。 地形変化シミュレーション技術など，将来の天然現象に伴う地質環境条件 （熱， 水理，力学，地球化学等）の変化を予測･評価するための手法の開発を進めて いる。 地質環境特性の調査・評価技術の開発 地上からの調査研究（第１段階）において，重要な地質環境条件（地質・地質構 造，岩盤水理，地下水の地球化学，岩盤力学）の検討・評価（モデル化）に必要 な情報を取得し，解析するための手法や技術を整備した。 → 坑道掘削時の調査研究（第２段階）において，地上からの調査研究（第１段階） で構築した地質環境モデルの妥当性を確認する（予測結果の検証） 。 35 他のサイトでの調査・解析に際しての留意点他のサイトでの調査・解析に際しての留意点 他のサイトでの調査・解析に際しての留意点他のサイトでの調査・解析に際しての留意点 サイトの地理的条件や社会的制約，適用する技術・手法の限界（測 定精度，適用条件）などを踏まえて，調査の内容・組み立てを検討す る必要がある。 地質環境モデルの不確実性等の取り扱いについては，性能評価とあ わせて検討する必要がある。 処分地の候補サイトにおける「地上からの調査」については，「概要 調査」と「精密調査」の関係の明確化（境界の設定）が必要である。 36 今後の予定（成果の取りまとめ）今後の予定（成果の取りまとめ） 今後の予定（成果の取りまとめ）今後の予定（成果の取りまとめ） 平成１８年度平成１８年度 瑞浪，幌延の第１段階（地上からの調査研究）の成果を報告書として取りまとめる。 ・地上からの調査による地質環境モデルの構築，坑道掘削前の地質環境状態の把握 ・取得したデータ，一連の調査・解析・評価の方法論と知見（ﾉｳﾊｳや失敗例）の提示 ・地下施設（研究坑道）の詳細設計および施工計画の策定 ・第２段階以降の調査研究課題の設定（モデルの検証方法等） 概要調査に活用 地質環境特性の調査・評価技術の開発地質環境特性の調査・評価技術の開発 ・第２段階（坑道掘削時の調査研究）を通じて，第１段階（地上からの調査研究）における予 測結果を検証し，地上からの調査技術の体系化と信頼性確認を進める。 地質環境の長期安定性に関する研究地質環境の長期安定性に関する研究 ・天然現象に関する調査技術の体系化と長期予測・影響評価手法の整備を進める。 平成２２年度平成２２年度 処分システムの工学技術や性能評価に関する研究開発成果とあわせ，第１期中期計画（平 成17年度～平成21年度）の成果を，「包括的な報告書および知識ベース」として取りまとめる。 平成20年代前半目途の精密調査地区選定精密調査や安全規制上の施策の技術基盤