[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-P19] 広島ががら山における花崗岩風化に伴う物性変化

*吉田 淳樹¹、横山 正²、海堀 正博³、片山 郁夫²、谷本 和優² (1.広島大学総合科学部、2.広島大学大学院先進理工系科学研究科、3.広島大学防災・減災研究センター)

キーワード：風化、花崗岩、硬度、浸透率、弾性波速度、間隙率

広島県には，花崗岩類が広く分布している。これらの中には風化して脆くなったものが多く，しばしば斜面崩壊を引き起こす。本研究では，花崗岩の風化の進行に伴う物性変化の理解を目的として，広島ががら山において掘削されたボーリングコアの未風化部から風化部の分析を行った。
分析対象としたボーリングコアは，地表から20 mの深さまで掘削されたものである。まず，山中式土壌硬度計およびリバウンド硬さ計を使用して，コアの深さ方向におよそ10 cm間隔で硬度を測定した。また，硬度の測定結果に基づいて，風化の程度がそれぞれ異なる5箇所（深さ2.8 m・5.2 m・6.1 m・7.5 m・9.3 m）について，コア試料や研磨試料を作成した。それらを用いて，走査型電子顕微鏡観察，モード組成分析，硬度・固相密度・バルク密度・開放間隙率・全間隙率・浸透率・弾性波速度（Vp，Vs）・電気伝導度・クラック密度の測定を行った。モード組成分析においては，約12 mm×16 mmの範囲で1,200点のポイントカウンティングを行った。固相密度は，ピクノメーター法で測定した。開放間隙率は，水飽和重量と乾燥重量の差から求めた。水の流れやすさを表す浸透率は，透水試験（低浸透率の場合）または透気試験（高浸透率の場合）により測定した。弾性波速度は，ファンクションジェネレーターを用いて発生させた波が試料を通過する時間から求めた。
本花崗岩の未風化部は，石英約32%，斜長石約32%，カリ長石約32%，黒雲母約4%から構成される。ボーリングコアの観察から，深さ0-2.5 mの範囲は花崗岩の風化プロファイルとは直接関係ない堆積層と推定し，解析対象から外した。深さ2.5-5 mでは，硬度は場所によりばらつくものの全体として低い値を示し，概ね風化が十分進行した状態と見なされた。深さ5-8.3 mでは深部ほど硬度が上昇した。深さ8.3 m以深では硬度はほぼ一定となり，未風化部に相当すると見なされた。未風化部と最も風化した部分とで，硬度には約6倍の違いが生じた。他の物性値については，深さ5-8.3 mの範囲では，バルク密度・弾性波速度は深部ほど上昇傾向，開放間隙率・全間隙率・電気伝導度・クラック密度・浸透率は深部ほど減少傾向を示した。特に，未風化部と最も風化した部分とで，全間隙率は22倍の違い，浸透率は3×10⁷倍の違いが生じた。また，開放間隙率と全間隙率の違いは，風化が進むほど減少した。これらの変化は，風化の進行に伴い，鉱物の溶解が進むと共に，鉱物粒子同士の結合が分離し間隙のつながりが良くなったことを示すと考えられる。浸透率の変化は特に深さ5-6 mの範囲で大きく，6 m以深では浸透率はかなり小さいことから，深さ5-6 m前後を境に水の流速や流向に違いが生じている可能性がある。全体として，硬度と各物性値はよい相関を示し，硬度の増大とともに，開放間隙率・全間隙率・クラック密度・電気伝導度・浸透率は減少傾向，バルク密度・弾性波速度は増大傾向を示した。本研究により，簡便に測定できる硬度を用いた各物性値の大まかな予測式が得られた。