2022 Fiscal Year Annual Research Report
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22H01312
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
横山 正 広島大学, 先進理工系科学研究科(総), 准教授 (60403101)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2027-03-31
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| Keywords | 風化 / 花崗岩 / 溶解 / 間隙 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，花崗岩の風化の進行に伴って，岩石内部で生じる物質移動や反応過程がどのように変化するかを明らかにすることを目的としている。広島大学防災・減災研究センターによって地表から深さ20 mまで掘削された花崗岩ボーリングコアを研究対象として，風化程度が異なる各部位について，間隙率，浸透率，電気伝導度，硬度，弾性波速度（Vp, Vs）等を調べるとともに，風化生成物の種類や量の評価を行った。
ボーリングコアは，深さ約5 mまでの地表面に近い部分は，著しく風化していてもろく黄褐色を呈する。深さ約5-10 mでは，深さの増大とともに全体として岩石の強度が増して黄褐色の部分の割合が減少する。深さ10 m前後より深部は，硬くて白い未風化部分が支配的になる。風化の程度が高いほど，間隙率，浸透率，電気伝導度は高く，硬度，弾性波速度は低い。また，風化が進んだ部分は，黒雲母や斜長石が少なく，ハロイサイト等の粘土鉱物やゲータイト等の鉄(水)酸化物の量が多い。これらの測定結果は，風化の進行に伴い，初生鉱物が溶解して粘土鉱物や鉄(水)酸化物が生成するとともに，鉱物粒子同士の結合が分離し，間隙の幅や間隙のつながり度合いが増したことを示している。特に，未風化部分と比べると，最も風化した部分は間隙率が20倍程度，浸透率が8桁程度大きく，風化が進む過程で水が流れる速さや方向が大きく変化している可能性が考えられる。全体として，硬度と各物性値はよい相関を示し，簡便に測定できる硬度を用いることで各物性値を大まかに予測できる式が得られた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
令和４年度は，今後の実験で用いる装置の導入および適切な測定条件の把握が一つの目標であり，それらは順調に進んだ。また，当初は，未風化部分から風化が進んだ部分までの一連の状態が確認できる花崗岩試料を入手することは容易ではないと考えていたため，まずは入手が容易な市販の新鮮な花崗岩を用いて風化を模擬する実験を予備的に行うことを計画していた。しかし，広島大学防災・減災研究センターの協力を得て，地表から深さ20 mまで掘削された花崗岩ボーリングコアを研究対象として使用できる状況になった。そこで，実験より先に，ボーリングコアを用いて，天然で実際に風化が進行する際に各種物性値がどの程度変化するかの詳細な評価を行った。ボーリングコアの風化程度が異なる各部位に対して，測定項目に応じて試料の形状や測定方法を工夫し，色，硬度，間隙率，密度，浸透率，電気伝導度，弾性波速度等の測定や，電子顕微鏡・粉末X線回折装置等を用いた岩石組織の観察，鉱物組成の分析，元素マッピング等を行った。その結果，花崗岩の風化に伴う各種物性値の変化量の実態が明確になり，今後の実験を行う上で比較対象となる基本的データが得られた。これらの進捗状況により，おおむね順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和４年度の研究において，花崗岩のボーリングコアを用いて，天然での風化の進行に伴う各種物性値の変化に関して詳細なデータが得られた。令和５年度は，新たなデータの取得や既に得られたデータの解析を進めてまとめるとともに，それらの結果を学会等で報告していく。岩石の風化は，岩石内部での水の移流や溶存元素の拡散，初生鉱物の溶解と風化生成物の成長，鉱物粒子同士の結合の分離など，多くの過程の複雑な相互作用を経て進行する。これら個々の過程のメカニズムや速度を明らかにする上で，条件を整えて系を単純化した実験を行うことは重要であり，令和５年度はそれらの実験も進めていく。具体的には，ボーリングコアから採取した新鮮な試料および風化が進んだ試料をそれぞれ水と反応させて，ケイ素, アルミニウム, 鉄，カルシウム等の元素が溶出する量や速度を調べる。また，風化を模擬するモデル計算も行い，どのような反応や物質移動を想定すると実験結果や天然試料の解析結果を矛盾無く説明できるかを調べる。さらに，これらの進捗状況により余裕がある場合は，新鮮な試料の加熱実験を予備的に行って粒界の分離の進み方を調べ，加熱実験と天然の風化の類似点や相違点の把握を試みる。
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