[S-CG58] 岩石―流体相互作用の新展開：表層から沈み込み帯深部まで

[SCG58-03] RANSを用いた岩石試料の中性子イメージングによる岩石-水反応の可視化・定量化

*石黒 歩¹、有元 誠³、小林 知洋⁶、水田 真紀⁶、竹谷 篤⁶、高梨 宇宙⁶、若林 泰生⁶、大竹 淑恵⁶、片岡 淳⁴、寺澤 慎祐⁵、塩田 諭⁵、森下 知晃² (1.金沢大学自然科学研究科、2.金沢大学理工研究域地球社会基盤学系、3.金沢大学理工研究域数物学系、4.早稲田大学先進理工学部、5.株式会社プロテリアル 機能部材事業本部、6.理化学研究所光量子工学研究センター中性子ビーム技術開発チーム)

水惑星である地球の水循環を理解するために、水と岩石の反応を理解することが重要である。モデリングや透水実験等による研究 (例えば、Katayama et al., 2012 Nature geosci., Hatakeyama et al., 2017 Sci. Rep.)に制約条件をあたえ，ミクロとマクロなスケールの現象をリンクさせるためにも、岩石内部のどこに水が浸透し、どの程度水の影響が及んでいるのかを岩石試料から測定する方法を構築したい。

　そこで本研究で注目したのが、中性子源を用いたイメージングである。中性子はX線同様に物質を透過するが、水素（水）によって強く散乱されるという特徴を持つ。この特徴から中性子イメージングは、コンクリート中の注水(Zhang et.al., 2018 Cement & Concrete Res.)や岩石内部の含水鉱物(Howarth et.al., 2014 Int. Geol. Rev.)など様々な固体試料内部の水分布の可視化などに応用されている。従って、水成分の可視化に強い中性子イメージングを用いることで、水と岩石との反応に関連した現象を3次元的に可視化できることが期待される。本研究では理化学研究所で開発された小型中性子源システム(RANS)を用いて岩石試料中の含水鉱物の分布および含水量の可視化を目指す。

　本発表では、含水量の異なる3種類の岩石試料(かんらん岩、角閃岩、蛇紋岩)を用いて、その違いを反映した中性子イメージを示す。また、蛇紋岩試料については中性子イメージングの結果から、算出した暫定的な含水量のマッピング結果も示す。さらに、X線イメージングを行い、岩石の密度分布や高密度な鉱物相の分布を取得することに成功した。そして、双方の結果を比較し、得られる情報との違いについて議論する。