NUMO技術開発成果報告会2015 ～包括的技術報告書「わが国における安全な地層処分の実現性 」（仮称） ～ 中間報告 （２）地層処分に適した地質環境の把握とモデル化 2015年6月29日 原子力発電環境整備機構（NUMO） 技術部 吉村 公孝 P.0 報告内容 １．包括的技術報告書での記述方針 ２．地質環境に求められる安全機能と影響要因 ３．地質環境特性調査・評価 ４ 母岩の分類とモデル化 ４．母岩の分類とモデル化 ５ まとめと今後の予定 ５．まとめと今後の予定 P.1 １．包括的技術報告書での記述方針 P.2 包括的技術報告書での記述方針 z 地質環境に期待される安全機能（隔離・閉じ込め）に対する火山・ 火成活動，断層活動，隆起・侵食などによる著しい影響を段階的な 調査によ て回避した上で 地質環境特性とその長期的な変遷を 調査によって回避した上で，地質環境特性とその長期的な変遷を 調査・評価し，地層処分に適した地質環境を選定する方法論を有 することを示す。 することを示す z わが国の地質環境にかかわる最新の知見や理解に基づき，現実 的に想定され 安全機能が長期にわたり維持されると考えられる 的に想定され，安全機能が長期にわたり維持されると考えられる 地質環境のモデルを構築する。 z 包括的技術報告書における地質環境のモデルは，幅広いわが国 の地質環境を代表して，設計から安全評価までの一連の検討に用 いる基盤モデルとして適用し 検討を通じて安全な地層処分の実 いる基盤モデルとして適用し，検討を通じて安全な地層処分の実 現性を具体的に提示するものである。 P.3 ２．地質環境に求められる安全機能と影響要因 P.4 地質環境に求められる安全機能 隔離機能 廃棄物を人間の生活環境から離れた地下深部に保持し，廃棄物の影響を十 分小さくする機能 閉じ込め機能 放射性核種の浸出および移行を抑制する機能 安全機能 地質環境に求められる要件 隔離 生活環境から十分離された安定な地下深部に廃棄物を埋設し侵食のような地形変化から防護す ること 人間が特殊な技術を用いることなしに，廃棄物への偶発的な接近を困難にすること 熱環境 緩衝材が熱変質を受けないようにするため，地温が100℃を大きく超える期間が長期に （T） わたり継続しない すなわち「地温勾配が小さい」こと わたり継続しない，すなわち「地温勾配が小さい」こと 水理場 放射性核種の移行時間を増大させ移行率を低減させるため，動水勾配が小さいあるい （H） は岩盤の透水性が低い，すなわち「地下水の流動が緩慢である」こと 閉じ込め 力学場 オーバーパックの破損を招かないようにするとともに，人工バリアシステムの設計・施工 オ バ パ クの破損を招かないようにするとともに 人工バリアシステムの設計 施工 （M） を容易にするため，「岩盤の変形が小さい」こと 化学 環境 （C） ガラスの溶解，オーバーパックの腐食，緩衝材の変質，緩衝材および岩盤の収着能の 低下 放射性核種の溶解度の上昇を抑制するため 地下水は「 Hが著しく低くない/ 低下，放射性核種の溶解度の上昇を抑制するため，地下水は「pHが著しく低くない/ 高くない」，「酸化性でない」，「炭酸化学種濃度が0.5mol/dm3以下である」こと NUMO-TR-11-01（2011），および総合資源エネルギー調査会（2014）を編集 P.5 自然現象の著しい影響の回避と地質環境の安全機能の確認 地質環境への著しい影響（火山・火成活動，非火山性熱水・深部流体の流入，断 地質環境 著 影響 火 火成活動 非火 性熱水 部流体 流 断 層活動，隆起・侵食等）を回避 地質環境に対して，気候変動に伴う海水準変動などの緩慢な変化 変動のもとで， 地質環境に対して，気候変動に伴う海水準変動などの緩慢な変化・変動のもとで， 長期的に地質環境特性が安定的に維持されることを確認 それらを調査・評価して，地質環境に求められる安全機能を有することを確認 回避する自然現象の著しい影響 自然現象 著しい影響 マグマの貫入に伴う処分施設の破壊，地表への噴出 火山・火成活動 火山性の熱・熱水・ガスの流入に伴う熱環境 火山性の熱 熱水 ガスの流入に伴う熱環境，化学環境の変化 化学環境の変化 非火山性熱水・深部流体の 流入 断層活動 隆起 侵食 隆起・侵食 非火山性熱水・深部流体の流入に伴う熱環境，化学環境の変化 活断層など※の活動に伴う処分施設の破壊，透水性の増加 ※数10万年前から繰り返し活動し変位規模の大きな断層，顕著な活動を継続して いる活褶曲・活撓曲など 著しい侵食に伴う処分施設の地表付近 の接近 著しい侵食に伴う処分施設の地表付近への接近 総合資源エネルギー調査会（2014）を編集 P.6 ３．地質環境特性調査・評価 地質環境特性調査 評価 P.7 段階的な調査の実施 文献 概要 精密の段階的な調査により 最終処分施設の建設地を選定 文献・概要・精密の段階的な調査により，最終処分施設の建設地を選定 ブロックスケール (数百 m程度) 総合資源エネルギー調査会（2014）を編集 P.8 文献調査：著しい影響の回避 文献調査 実施（概 調査地 文献調査の実施（概要調査地区の選定） 選定） この段階で，第四紀火山，規模の大きい活断層，著しい隆起・侵食の影響を回避 調査の結果，概要調査地区を選定し，地上からの調査（概要調査）に進む 調査の結果 概要調査地区を選定し 地上からの調査（概要調査）に進む 全国一律に評価する 事項に該当する第四 紀火山の中心から半 径15kmの円の範囲 文献調査を実施 する範囲 概要調査地区 15km 第四紀火山 全国 律に評価する事項 全国一律に評価する事項 に該当する活断層 個別の文献調査 で確認された 熱・熱水の影響 の及ぶ範囲 個別の文献調査で 確認された活断層 NUMO-TR-04-02（2004）を一部を編集 P.9 概要調査：著しい影響の回避の確認 概要調査の実施（精密調査地区の選定） 概要調査地区で，著しい影響（火山・火成活動，規模の大きい活断層，著しい隆 起 侵食）が確認された場合は回避する 起・侵食）が確認された場合は回避する 【ボーリング調査】 【トレンチ調査】 【物理探査】 【地表踏査】 陸上の反射法探査 ※写真提供：地球科学総合研究所ＨＰ （遠⽥ほか，2009） 断層の検出 地下深部におけ る伏在断層の 有無を調査 断層の活動性の 有無の評価 隆起量の調査 隆起量 調査 侵食量の推定 火山・火成活動の 痕跡の有無を確認 P.10 概要調査：地質環境特性に係る情報の取得 【地質・地質構造】 【地質 地質構造】 【岩盤特性】 コア観察結果から，各地層の境界深度や割れ目の分布を確認 孔内検層を実施し，各種物性値を連続的に取得 物理探査結果から，各地層の広がりを確認 岩石の強度・変形特性を室内試験等で確認 0 0 深 度 深 度 （m） （m） 500 コア観察 350 反射法地震探査 【⽔理特性】 孔内検層（密度検層） 一軸圧縮試験 【地化学特性】 透水試験を実施し，各地層の透水係数，間隙水圧を取得 孔内揚水による地下水採取，コア間隙水を抽出 流体検層による水みちの抽出 地下水水質 地下水年代の分析 地下水水質，地下水年代の分析 0 地上設備 試験区間 深 度 水みち （m） 60 透水試験 流体検層 地下水の揚水 コア間隙水の抽出 NUMO 実証研究成果より P.11 精密調査：詳細な地質環境情報の把握 精密調査の実施（最終処分施設建設地選定） 地下調査施設では，地下深部における母岩の地質環境特性を詳細に把握 【トンネル調査】 【地下調査施設での調査・試験】 地下調査施設での調査・試験の事例 地層の直接⽬視による調査の事例 ※写真提供 日本原子力研究開発機構 ※写真提供：日本原子力研究開発機構 ※写真提供 N ※写真提供：Nagra P.12 段階的な調査による地質環境モデルの更新 各調査段階で，地質環境の調査・ 評価の結果から地質環境特性を 質環 提示する「調査サイトの地質環境 モデル」を構築 この地質環境モデルは，地質構 造の概念モデルを基に構築し デ 造の概念モデルを基に構築し，デ ータセットと合わせ，統合したデー タベースとして，設計・安全評価に 提供 地質構造の概念モデル （地質構造発達史） 水理地質構造モデル 地質構造モデル 地下水化学モデル 岩盤特性モデル 地質環境モデルは，調査の進展 に伴い更新 次段階において不 に伴い更新。次段階において不 確実性が減少するように調査計 画を策定 調査技術・評価手法の実証を通じ て，既存の技術・手法により調査 サイトの地質環境モデルが作成 可能であることを確認 NUMO-TR-11-01（2011）より P.13 調査サイトの地質環境モデルの構築・更新プロセスの実証 ①既存文献情報に基づいた調査サイトの地質環境モデルの構築 西 砂岩主体層 －0 東 沖積層 砂岩シルト岩互層 泥岩主体層 －500 500 500m 地形図，地質図，空中写真 地質構造モデル ②物理探査 ボーリング調査等で取得したデータによる調査サイトの地質環境モデルの更新 ②物理探査，ボーリング調査等で取得したデータによる調査サイトの地質環境モデルの更新 0 ボーリング孔 ボ リング孔 西 砂岩主体層 －0 深 度 東 沖積層 砂岩シルト岩互層 （m） 泥岩主体層 －500 420 ボーリング調査 コア観察 500m 地質構造モデル 地質柱状図 P.14 ４．母岩の分類とモデル化 P.15 包括的技術報告書における地質環境モデルの役割 母岩の分類とモデル化 候補母岩が特定されていない現状において，わが国の地質環 候補母岩が特定されていない現状において わが国の地質環 境に関する最新の知見と理解に基づき，現実的に想定され，安 全機能が長期にわたり維持されると考えられる母岩のモデルを 提示 わが国の幅広い地質環境を考慮した上で，多様な岩種を分類し わが国の幅広い地質環境を考慮した上で 多様な岩種を分類し てモデルを作成し，地下施設設計・安全評価の検討に利用 地質環境特性に関する情報は 三段階の調査に対応したスケ 地質環境特性に関する情報は，三段階の調査に対応したスケ ールを考慮し，全国規模の文献，地上からの調査，地下研究施 設等で実際に調査により取得されたデ タを使用 設等で実際に調査により取得されたデータを使用 P.16 母岩の分類 【モデル化する岩種】 処 観点 岩 特徴を整 地層処分の観点から母岩の特徴を整理 深成岩類（変成岩類を含む） 第四紀の堆積層，第四紀の火山岩は除外 新第三紀堆積岩類（透水性は火山岩に類似） 先新第三紀堆積岩類（岩盤強度は火山岩に類似） 時代 岩種 （大分類） 水みち 構造 新第三紀 堆積岩類 透水 係数 有効 間隙率 熱伝導 率 一軸圧 縮強度 長期的な 状態変化 化学的 緩衝能 粒子間隙 割れ目 続成作用 活構造の発達 （塑性変形） 大きい 安全評価の観点から ほぼ同様の特徴 先新第三紀 堆積岩類 割れ目 層理面 不整合面 劈開面 変形し難い （弾性変形） 大きい 新第三紀・ 先新第三紀 火山岩類 節理 割れ目 粒子間隙 変形し難い （弾性変形） 小さい 新第三紀・ 新第 紀 先新第三紀 深成岩類 （片麻岩 類を含む） 割れ目 節理 岩脈 変質帯 変形し難い （弾性変形） 小さい 割れ目 片理面 変形し難い （弾性変形） 新第三紀・ 先新第三紀 変成岩類 （片麻岩 類を除く） 施設設計の観点から ほぼ同様の特徴 他の岩種とは異なる特徴 小さい 凡例 大 中 小 P.17 モデルの作成方法 わが国の地質環境に関する最新の知見の収集 地層処分の観点からの岩盤 の分類およびモデル化対象 の岩種（母岩）の設定 各母岩の地質構造 モデルの構築 数十km 各母岩の水理地質 構造モデルの構築 数km 全国規模の地質環境 データセットの作成 特定サイトの地質環境 デ タセ トの作成 データセットの作成 数km 数百m 数十km：広域スケール 数十km：広域スケ ル 数km：処分場スケール 設計・安全評価のための現実的な モデル及び境界条件の提示 数百m：ブロックスケール 包括的技術報告書では，まずは深成岩類（花崗岩）を対象にした地質環境のモデルを構築 設計 性能評価の検討を行うために 広域スケ ルを50k 50k 3k 設計・性能評価の検討を行うために，広域スケールを50km×50km×3km， 処分場スケールを3km×3km×1km，ブロックスケールを100m×100m×100mに設定 P.18 深成岩類：地質構造モデルの構築（１） 不連続構造（地下水移行経路）の設定 直線的形状で確率論的に発生 トレース長，頻度の設定 大規模：シームレス地質図，活断層データベース（以上，産総研），日本の断層マップ（ 小坂ほか，2010） 中・小規模：地下研究所 石油・ガス地下備蓄基地 地下施設 鉱山等 中 小規模：地下研究所，石油 ガス地下備蓄基地，地下施設，鉱山等 トレース長の累積頻度分布を傾きが約4となるべき乗数に沿って設定 全国データおよび地下研究施設等の観察データから統計的に三次元分布密度を設定 1E8 100 1E7 10 1000000 100000 1 不連続 続構造の面積 （m m2/m3） 1000 0.1 P332 [m2/m3] 2 2 累積頻度 度分布/km P20 [n/1km ] 10000 100 べき乗数4 10 1 0.1 菊間地下石油備蓄基地 スーパーカミオカンデ 久慈地下石油備蓄基地 東濃リニアメント調査 東濃リニアメント調査(30km) 標高500mにおける断層(NUMO-DB) 表層における断層(AIST) 露頭(P25) 露頭(P11) 露頭(P10) 露頭(P9) 0.01 1E-3 1E-4 1 10 100 1E-3 1E 3 菊間地下石油備蓄基地 スーパーカミオカンデ 久慈地下石油備蓄基地 東濃リニアメント調査 東濃リニアメント調査(30km) 表層における断層(AIST) 標高500mにおける断層(NUMO-DB) 露頭(P25) 露頭(P11) 露頭(P10) 露頭(P9) 1E-4 1E-5 1E-5 0.1 3次元密度 三次元密度 /m33)] =0.001[m ＝0.001(m22/m 0.01 1000 10000 100000 トレース長 [m] JAEA Research 2010-021の一部を加筆 1E-6 0.1 1 10 100 1000 10000 100000 Fracture size [m] トレース長（ｍ） P.19 深成岩類：地質構造モデルの構築（２） 50ｋｍ ｍ 不連続構造の走向 不連続構造の走向・傾斜の設定 傾斜の設定 不連続構造は平面構造を仮定 単位体積当たりの不連続構造の面積から 傾斜を設定 単位体積当たりの不連続構造の面積から，傾斜を設定 わが国の花崗岩類中に確認されている不連続構造の走向・傾斜の分布を 考慮して不連続構造を設定 花崗岩類中の不連続構造の走向・傾斜 設定した不連続構造の作成例（鳥瞰図） P.20 深成岩類：水理地質構造モデルの構築（１） 全国 花崗岩類 全国の花崗岩類 深成岩類の水理特性の設定 400 全国データから花崗岩の透水係数 デ タを収集し 統計的に分析 データを収集し，統計的に分析 350 頻度 300 母岩の透水係数を 対数平均値 1.4E-08 対数標準偏差 1.5 250 200 150 11.4×10 4×10-8m/secに設定 / に設定 100 50 1.E-01 次 次の級 1.E-02 1.E-03 1.E-04 1.E-05 1.E-06 1.E-07 1.E-08 1.E-09 1.E-10 1.E-11 1.E-12 1.E-14 1.E-13 0 間隙率を0.8に設定 透水係数(m/sec) 透水係数 間隙率（％）） 間隙率（ 花崗岩 時代 個数 平均値 中央値 標準偏差 最大値 最小値 古生代 9 1.45 0.98 1.427 4.60 0.39 中生代 881 0.68 0.56 0.466 3.72 0.03 古第三紀 37 2.25 1.56 2.210 11.10 0.25 新第三紀 16 1.88 1.36 1.575 5.86 0.35 第四紀 全体 0 － － － － － 943 0.8 0.6 0.8 11.1 0.03 P.21 深成岩類：水理地質構造モデルの構築（２） 断層の水理特性の設定 断層の水理構造を母岩，ダメージゾーン，破砕帯，断層粘土（ガウジ）に分類し， それぞれ透水係数を設定 断層の透水性の異方性を設定 NUMO U 断層水理データベース 断層水理デ タ ス 1.E‐04 断層水理DB：粘土状破砕部 断層水理DB：破砕帯 断層水理DB：ダメージゾーン 透水係数（m m/s） 透水係数（m m/sec） 1 E‐05 1.E 05 1.3×10-9 m/sec 1.E‐06 1.E‐07 透水係数 対数平均値 （m/sec） 1.6×10-6 m/sec ダメージゾーン 4.8×10-7 破砕帯 1.6×10-6 粘土（コア） 1.3×10-9 1.E‐08 1.E‐09 P.22 深成岩類：水理地質構造モデルの構築（３） 深成岩類の透水量係数の設定 1km未満の不連続構造の水理特性の設定は，花崗岩地域を対象としたボーリング孔内水 理試験のデータを統計的に処理 不連続構造の水理特性は，深度500m以深で，試験区間長10m以下の透水量係数の頻度 分布に近い対数正規分布として，1×10-9 m2/sec （標準偏差＝2.0）を設定 試験区間長 5m以下 試験区間長 5-10m 試験区間長 10-20m 20 0 18 16 200 14 頻度 頻 12 深度 400 10 8 6 600 4 2 800 0 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 透水量係数の対数 [m2/s] -8 -6 -4 -2 10 10 10 -1 0 10 -2 10 -4 10 -1 2 -6 10 透水量係数 [m2/s] 10 -8 10 -1 0 10 -2 -1 2 -4 10 10 -6 10 透水量係数 [m2/s] 10 -8 10 -1 0 10 10 10 -1 2 1000 透水量係数 [m2/s] 試験区間長10m以下の透水量 試験 長 透水量 係数の頻度分布 花崗岩地域の水理試験データ P.23 設計・性能評価へのモデルの提示 不連続構造の設定パラメータに基づいて各スケールの地質構造モデルを構築 不連続構造の設定パラメ タに基づいて各スケ ルの地質構造モデルを構築 長さ10km以上の不連続構造の延長上と離隔距離を考慮し処分場スケールの領域を選定 処分場スケールを100ケースのシミュレーションにおいていずれも選定可能 ケース1 ケース2 処分場スケール領域＋500m （ニアフィールド領域） 処分場スケール領域 (3km×3km) ケース3 ケース100 ・・・・・ 処分場スケールのモデル （平面図） 広域スケールのモデル 設計・性能評価の検討に 用いたモデルのスケール ブロックスケールのモデル 100m×100m×100m 処分場スケールモデルおよびブロックスケールモデルのパラメータを設計・安全評価に提示 デ びブ デ 安全 候補母岩が選定された場合は，調査サイトの地質環境モデルのひな形として利用 P.24 ５ まとめと今後の予定 ５．まとめと今後の予定 P.25 まとめ z 包括的技術報告書では，わが国の地質環境の特徴を俯瞰し，地質 環境に期待される安全機能に対する著しい自然現象の影響を回避 した上で 調査 評価により地層処分に適する地質環境を選定する した上で，調査・評価により地層処分に適する地質環境を選定する プロセスを提示 z 実証研究と最新の科学的知見を通じて，地質環境情報を合理的に 取得できることを提示するとともに，取得した地質環境情報を地質 環境モデルに統合し 設計 安全評価への反映を念頭にしたプロセ 環境モデルに統合し，設計・安全評価への反映を念頭にしたプロセ スを段階的に確認 z 設計・性能評価の検討に資する母岩として3種類を設定し，そのうち 深成岩類については，地質環境のモデルをより現実的に構築 z 堆積岩類のモデル化については今後検討 P.26 今後の予定 堆積岩類（新第三紀 先新第三紀）のモデル化 堆積岩類（新第三紀，先新第三紀）のモデル化 多様な地質環境に対する設計・性能評価の検討に資するモデルの提供 新第三紀堆積岩を想定した地質構造モデル 地質構造モデル構築に必要なパラメータ 断層：頻度，長さ ，走向，傾斜 褶曲 波長 波高 軸長さ ，軸方向 褶曲：波長，波高，軸長さ 軸方向 地層：岩相，層厚，傾斜 地質構造 分布面積比 地質構造：分布面積比 走向 岩相 A 深さ B 軸長さ 頻度 傾斜 長さ 波高 傾斜 C B 軸方向 波長 層厚 分布面積比 褶曲 広がり 単斜 水平 広がり 堆積盆：広がり，深さ P.27
© Copyright 2024 ExpyDoc
