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高分解能ガス濃度マッピングによる亀裂・断層を移行する流体の新しい調査手法の構築

研究課題

研究課題/領域番号 22K05011
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分31020:地球資源工学およびエネルギー学関連
研究機関国立研究開発法人日本原子力研究開発機構

研究代表者

丹羽 正和  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 核燃料・バックエンド研究開発部門 東濃地科学センター, 研究主幹 (90421685)

研究分担者 下茂 道人  公益財団法人深田地質研究所, その他部局等, 主席研究員 (90393694)
宮川 和也  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 核燃料・バックエンド研究開発部門 幌延深地層研究センター, 研究副主幹 (90721225)
戸野倉 賢一  東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (00260034)
安江 健一  富山大学, 学術研究部都市デザイン学系, 准教授 (10446461)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
キーワードキャビティーリングダウン分光法 / 可搬型装置 / メタン / 断層 / フラックス / 地中レーダー / 移行経路
研究開始時の研究の概要

岩盤中の断層や割れ目は、地下深部からのガスや水などの流体の主要な移行経路となり得る。そのような断層や割れ目の分布を把握することは、資源探査に加え、放射性廃棄物地層処分などの地下空間利用においても非常に重要な課題である。本研究では、数ppbレベルの高精度のガス測定が可能な可搬型装置を用いたガス濃度マッピングにより、流体の移行経路を担う断層や割れ目の分布を効率よく検出する新しい調査手法を開発する。

研究実績の概要

亀裂・断層中の流体移行経路の把握は、資源探査や廃棄物処分といった産業分野においても重要なテーマである。本研究では、亀裂・断層を移行する流体の新しい調査手法として、高感度で大気微量気体を検出可能なキャビティーリングダウン分光法(CRDS法)による数ppbレベルの高精度のガス測定を可搬型装置によって行う手法を採用した。令和5年度は、過年度までに事例対象としてきた北海道幌延地域に加え、山形県出羽丘陵地域においても、CRDS法による可搬型装置を用いた徒歩及び車載測定により、メタン及び二酸化炭素濃度のマッピングを行った。その結果、一連の褶曲-衝上断層帯の中でも、現在活断層として機能している前縁断層(幌延地域の場合はサロベツ断層帯、出羽丘陵地域の場合は庄内平野東縁断層帯)よりも内陸側の、現在は活断層とされていない断層-褶曲構造(幌延地域の場合は大曲背斜、出羽丘陵地域の場合は青沢断層)において、大気中のバックグラウンド濃度を有意に上回るメタン濃度異常が明瞭にマッピングされた。地中レーダー探査などの結果も踏まえると、これらの断層-褶曲構造も地下からの主要な流体移行経路として機能し続けている可能性が高いと考えられる。また、メタン滲出箇所から吸引装置によって吸引量を制御し、メタン濃度値と吸引量との関係式から地下からのメタンフラックスを簡便かつ高精度で計算する手法の適用性を示した。本研究により、地下からの流体の移行経路となり得る亀裂・断層の分布を効率的に把握する調査手法の一つとして、CRDS法による可搬型装置を用いた測定が非常に有効であることが示されつつあり、今後の更なる研究事例の蓄積が望まれる。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

現場での測定により、CRDS法による可搬型装置を用いた測定が亀裂・断層中の流体移行経路の把握にも適用できる見通しが得られており、概ね研究計画通り順調に進展している。

今後の研究の推進方策

前年度同様ガス濃度マッピングや地中レーダー探査を拡充してデータを蓄積するのに加え、ガス・地下水サンプリングを行い、化学組成・同位体組成を分析し、ガスの起源(地下深部起源か、それ以外の人為起源などか)に関する情報を得る。さらに、メタン濃度値と吸引量との関係式から地下からのメタンフラックスを簡便かつ高精度で計算する手法についても、適用例の蓄積を進める。以上の結果を組み合わせることにより、流体の移行経路となる地下の亀裂や断層を従来よりも格段に効率良く調査する手法を構築する。

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (6件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うちオープンアクセス 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] 背斜軸周辺の大気中メタンアノマリについて2022

    • 著者名/発表者名
      下茂道人・丹羽正和・宮川和也・安江健一・戸野倉賢一・徳永朋祥
    • 雑誌名

      深田地質研究所年報

      巻: 23 ページ: 21-34

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • オープンアクセス
  • [学会発表] CRDS微量ガス検知器の石油ガス探鉱への応用(その2):北海道幌延地域の石油地質的考察2023

    • 著者名/発表者名
      横井 悟・下茂道人・宮川和也・丹羽正和・松岡俊文・徳永朋祥
    • 学会等名
      石油技術協会 令和5年度春季講演会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Identifying Pathways around Faults and Anticlinal Axis using Precise Trace Gas Measurements: A Field Survey Example at Horonobe, Hokkaido, Japan2023

    • 著者名/発表者名
      Michito Shimo, Masakazu Niwa, Kazuya Miyakawa, Kenichi Yasue, Kenichi Tonokura, Tomochika Tokunaga, Sebastien Biraud
    • 学会等名
      AGU Fall Meeting 2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 高精度メタン測定技術による断層・褶曲軸周辺のガス移動経路の特定2022

    • 著者名/発表者名
      下茂道人・丹羽正和・宮川和也・戸野倉賢一・徳永朋祥
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2022年大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] CRDS微量ガス検知器の石油ガス探鉱への応用~予察的探鉱のすすめ2022

    • 著者名/発表者名
      横井 悟・下茂道人・宮川和也・丹羽正和・松岡俊文・徳永朋祥
    • 学会等名
      石油技術協会令和4年度春季講演会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [備考] 未来へげんき No.66 大気中メタンガスの検知で地下水の通り道の可視化へ

    • URL

      https://www.jaea.go.jp/genki/66/

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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