[H-RE13] 応用地質学の新展開

[HRE13-03] 地殻内流体の移動通路としてのマイクロクラックの重要性：放射性廃棄物の地層処分、地熱開発、二酸化炭素の地中貯留への応用

*竹下 徹¹ (1.パシフィックコンサルタンツ（株）・国土基盤事業本部　顧問)

キーワード：地殻岩石中のマイクロクラック、流体移動通路、放射性廃棄物の地層処分、地熱開発、二酸化炭素の地中貯留、顕微鏡ユニバーサルステージ

近年の応用地質学の新展開で、放射性廃棄物の地層処分、地熱開発、二酸化炭素の地中貯留（Carbon dioxide Capture and Storage, CCS）等の基礎研究は注目される。これらの研究の中で、対象となる一つの重要な地中過程は、地殻流体（水あるいは二酸化炭素）の移動である。ここで、地殻流体は地殻中に存在する液体およびガスの両方を意味する。例えば、放射性廃棄物の地層処分で言うと、人口バリア（ガラス固化体＋オーバーパック＋緩衝材）よりもし何らかの原因で放射性核種が漏れ出た場合、放射性核種は岩石（天然バリア）を構成する結晶粒の境界や微小割れ目に含まれている水中を移動する。ここで、水のチャネルが繋がって、水が動水勾配に駆動されて移動する場合のみ放射性核種は比較的速く移動し、拡散による移動は無視できるほど遅い。例えば、放射性廃棄物の地層処分の際に発生する掘削損傷領域（EDZ, excavation damaged zone）において、EDZの透水係数は周囲の岩盤より著しく高いため放射性核種はEDZに浸透する水の中を移動するが、その移流速度は拡散による場合に比べて２桁速い（Bianchi et al., 2015）。一般に地中でこのように高い透水係数を示し、地下水が速い速度で移動する天然バリア中の構造は、断層のダメージ帯（例えばMitchell and Faulkner, 2009）である。ここでは、主断層に沿ってほぼ平行に高い密度で発達する小断層、割れ目、変形バンド等の構造（例えばTrabi et al., 2009）が透水係数を低下させる原因となる。しかし、例え処分場候補地に断層のダメージ帯が存在したとしても放射性核種は人口バリアから直接水の流動性の高い断層ダメージ帯に入って行く訳ではなく、周囲の岩盤（マトリックス）中を遅い速度で移動し、最終的にダメージ帯に運ばれる（例えばFig. 1 of Tsang et al., 2015）。ここで、このマトリックス中の水の移動において重要な役割を果たすのがマイクロクラックであると予想されるので、地層処分の基礎研究ではマイクロクラックの方位分布や密度および透水係数との関連が今後重要なテーマとなろう。同様に、地熱開発や二酸化炭素の地中貯留（CCS）においても地殻流体の移動が割れ目に沿って生じることに最大の注意を払うべきである。最後に、本発表では、顕微鏡ユニバーサルステージを用いた、マイクロクラックの方位分布等の解析方法を解説する。