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© Japan Atomic Energy Agency, 2014

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JAEA-Research 2013-047

地質環境の長期安定性に関する研究年度報告書（平成 24 年度）

日本原子力研究開発機構地層処分研究開発部門東濃地科学研究ユニット

安江健一，浅森浩一, 丹羽正和, 花室孝広, 國分(齋藤) 陽子, 末岡茂※1, 幕内歩※2,

生田正文※2, 松原章浩※2, 田村肇※2, 小堀和雄※2, 石丸恒存, 梅田浩司

（2013 年 11 月 13 日受理）

本報は，深地層の科学的研究のうち，「地質環境の長期安定性に関する研究」について，第 2 期中期計画期間（平成 22 年度～平成 26 年度）の 3 年目である平成 24 年度に実施した研究開発に係る成果を取りまとめたものである。第 2 期中期計画期間においても第 1 期中期計画に引き続き，最終処分事業の概要調査や安全審査基本指針などの検討・策定に研究成果を反映できるよう，①概要調査などに必要と

なる，自然現象に関する過去の記録や現在の状況を調査するための体系的な技術の整備（調査技術の

開発・体系化），②変動シナリオを考慮した安全評価の基盤となる，将来の自然現象に伴う地質環境の

変化を予測・評価するための手法の整備（長期予測・影響評価モデルの開発）のほか，③最先端の分析

装置などを用いた放射年代測定や鍵層の高分解能同定法などによる編年技術の高度化（年代測定技

術の開発）を進めている。本報では，それぞれの研究分野に係る科学的・技術的背景を解説するとともに，

主な研究成果および今後の課題などについて述べる。 ____________________________________________________________________________________ 東濃地科学センター（駐在）：〒509-5102 岐阜県土岐市泉町定林寺 959-31 ※1 博士研究員 ※2 技術開発協力員

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Annual Report for Research on Geosphere Stability for Long-Term Isolation of Radioactive Waste in Fiscal Years 2012

Ken-ichi YASUE, Koichi ASAMORI, Masakazu NIWA, Takahiro HANAMURO, Yoko SAITO-KOKUBU,

Shigeru SUEOKA※1, Ayumu MAKUUCHI※2, Masafumi IKUTA※2, Akihiro MATSUBARA※2, Hajimu TAMURA※2, Kazuo KOBORI※2, Tsuneari ISHIMARU and Koji UMEDA

Tono Geoscientific Research Unit

Geological Isolation Research and Development Directorate Japan Atomic Energy Agency Izumi-cho, Toki-shi, Gifu-ken

(Received November 13, 2013)

This annual report documents the progress of R&D in the 3rd fiscal year during the JAEA 2nd Midterm Plan (FY 2010 - 2014) to provide the scientific base for assessing geosphere stability for long-term isolation of the high-level radioactive waste. The planned framework is structured into the following categories: 1) development and systematization of investigation techniques for selecting suitable sites in geosphere stability, 2) development, application and verification of prediction models for evaluating the changes of geological environment in thermal, hydraulic, mechanical and geochemical conditions for a long period of time, and 3) development of new dating techniques for providing information about geologic history and the timing of geologic events. In this report, the current status of R&D activities with previous scientific and technological progress is summarized. Keywords: High-level Radioactive Waste, Geosphere Stability, Investigation Technique, Development of Model, Dating Technique ※1 Post-Doctoral Fellow ※2 Collaborating Engineer


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目次

1. はじめに ················································································································ 1 2. 研究成果の概要 ······································································································ 6 3. 平成 24 年度の研究成果 ···························································································· 8

3.1 調査技術の開発・体系化 ······················································································· 8 3.1.1 変動地形が明瞭でない活断層などに係る調査技術 ················································· 8 3.1.2 地下で遭遇した断層の活動性に係る調査技術 ······················································ 15 3.1.3 地殻内の震源断層などに係る調査技術 ······························································· 22 3.1.4 内陸部の隆起・侵食速度の算出に係る調査技術 ···················································· 33

3.2 長期予測・影響評価モデルの開発 ·········································································· 45

3.2.1 地質断層の再活動性に関する評価技術 ······························································ 45 3.2.2 超長期における予測・評価手法に関する検討························································ 63 3.2.3 古水理地質学的アプローチによる地質環境の変化の予測・評価手法の開発 ·················· 73

3.3 年代測定技術の開発 ··························································································· 80

3.3.1 加速器質量分析装置を用いた 10Be 年代測定法の実用化 ········································ 80 3.3.2 四重極型質量分析計などを用いた(U-Th)/He 年代測定法の実用化 ···························· 89 3.3.3 希ガス質量分析計などを用いた K-Ar 年代測定法の実用化 ······································ 94 3.3.4 高分解能のテフラ同定手法の開発 ····································································· 99


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Contents 1. Introduction ············································································································· 1 2. Overview of R&D progress ··························································································· 6 3. Progress of research and development in FY2012 ································································ 8

3.1 Development and systematization of investigation techniques ············································· 8 3.1.1 Investigation techniques for active fault with unclear tectonic landform ···························· 8 3.1.2 Investigation techniques for fault activity in basement rock ·········································· 15 3.1.3 Investigation techniques for earthquake source fault in crust ········································· 22 3.1.4 Investigation techniques for estimation of uplift and erosion rates in inland ······················· 33

3.2 Development of models for long-term estimation and effective assessment ····························· 45

3.2.1 Estimation techniques for reactivity of geological fault ··············································· 45 3.2.2 Estimation and evaluation techniques for natural phenomena of very long-term ·················· 63 3.2.3 Development of estimation and evaluation techniques for geological environment by paleohydrogeological approach ······································································· 73

3.3 Development of dating techniques ············································································· 80

3.3.1 Practical use of 10Be dating method with accelerator mass spectrometer ··························· 80 3.3.2 Practical use of (U-Th)/He dating method with quadruple mass spectrometer ····················· 89 3.3.3 Practical use of K-Ar dating method with noble gas mass spectrometer ···························· 94 3.3.4 Development of high-resolution tephrochronology ···················································· 99


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図リスト

図 1-1 我が国における地層処分における安全性確認の考え方 ········································· 3 図 1-2 地層処分において考慮すべき自然現象 ····························································· 3 図 1-3 地質環境の長期安定性に関する研究の枠組みと反映先 ········································ 4 図 3.1.1-1 長野県中部地震発生前後における地下水の酸素・水素同位体比の変化 ··················· 11 図 3.1.1-2 長野県中部地震発生前後におけるガス中の 3He/4He 比と 4He/20Ne 比の変化 ·············· 11 図 3.1.1-3 長野県中部地震(a)発生前および(b)発生後におけるヘリウム同位体比 ······················ 12 図 3.1.1-4 長野県中部地震発生前後におけるヘリウム同位体比変化の割合 ····························· 12 図 3.1.2-1 試料採取地域の位置とその周辺の地質概略 ······················································ 18 図 3.1.2-2 断層ガウジの試料採取位置 ··········································································· 18 図 3.1.2-3 断層ガウジ（ARM2）の SEM（左写真）および TEM（右写真）による観察例 ·················· 19 図 3.1.2-4 断層ガウジの K-Ar 年代測定結果 ··································································· 19 図 3.1.3-1 震源決定の概念図 ······················································································ 26 図 3.1.3-2 解析対象とした 2004 年新潟県中越地震の余震および定常地震観測点の分布 ············ 26 図 3.1.3-3 解析に適用した地震波速度境界最深層の深さ分布 ·············································· 27 図 3.1.3-4 断面 AB（図 3.1.3-2）における震源分布····························································· 27 図 3.1.3-5 MT 法観測点の分布および解析領域 ······························································· 28 図 3.1.3-6 見掛比抵抗および位相の観測値と理論値 ························································· 28 図 3.1.3-7 1997 年鹿児島県北西部地震の余震域周辺における比抵抗分布((a)平面図,(b)断面図) · 29 図 3.1.4-1 鈴鹿山脈の陰影段彩図と試料採取地点 ···························································· 38 図 3.1.4-2 アパタイト FT 年代測定結果 ··········································································· 39 図 3.1.4-3 FT 長ヒストグラム ························································································· 40 図 3.1.4-4 熱履歴解析の暫定結果 ················································································ 40 図 3.2.1-1 南海トラフ・日向灘およびその周辺の歴史地震の震央分布 ····································· 52 図 3.2.1-2 宮崎平野の古津波痕跡調査地域の地形概略 ····················································· 53 図 3.2.1-3 打撃式手掘りサンプラーを使用した掘削地点の位置図 ········································· 54 図 3.2.1-4 蠣原地域における掘削試料の記載（KH-07, 10, 14） ············································· 55 図 3.2.1-5 島山地域における掘削試料の記載（SY-02, 03, 05, 07, 09） ····································· 56 図 3.2.1-6 珪藻化石分析結果 ······················································································ 57 図 3.2.1-7 蠣原地域における掘削試料（KH-07，10）の吸着水の水質分析および全有機炭素（ＴＯＣ），

全硫黄（Ｓ），全窒素（Ｎ）含有量測定の結果 ······················································· 58 図 3.2.1-8 島山地域における掘削試料（SY-05CT）の吸着水の水質分析および全有機炭素（ＴＯＣ），

全硫黄（Ｓ），全窒素（Ｎ）含有量測定，珪藻化石分析の結果 ··································· 59 図 3.2.2-1 8 方向落水線ベクトル ················································································ 68 図 3.2.2-2 落水線マトリックスの未確定点および確定点の概念図 ··········································· 68 図 3.2.2-3 落水線マトリックスの例 ············································································· 68 図 3.2.2-4 隔海度マトリックスの例 ············································································· 68 図 3.2.2-5 50mDEM を用いた隔海度の算出結果 ································································ 69 図 3.2.2-6 各山地の平均標高と高度分散量および隔海度との関係 ····································· 69 図 3.2.2-7 各山地の高度分散量の実測値と回帰式による推定値の関係 ······························· 69 図 3.2.2-8 各山地における隆起・侵食の動的平衡状態の区分 ·············································· 70 図 3.2.2-9 各山地における隆起開始時期の分布 ······························································· 70


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図 3.2.3-1 試料採取地点 ···························································································· 76 図 3.2.3-2 鉱物容量比による岩石名の分類とモード測定結果 ··············································· 77 図 3.2.3-3 苗木花崗岩と伊奈川花崗岩の黒雲母中の鉄・マグネシウム組成 ······························ 77 図 3.3.1-1 ベリリウム同位体比標準試料の 10Be/9Be 比測定結果 ············································ 84 図 3.3.1-2 ガスセルのガス圧 PC を変化させた場合の E1-ERes スペクトル（上段）および 10Be と 10B の

ピークプロファイルの E1 の成分（下段） ····························································· 84 図 3.3.1-3 ベリリウム測定試料の調製手順 ······································································· 85 図 3.3.1-4 ベリリウムの分離スキーム ·············································································· 85 図 3.3.1-5 抽出クロマトグラフィーによるベリリウム，ホウ素，鉄の分離結果 ································· 86 図 3.3.1-6 重イオン検出器で検出した 26Al3+の ETotal-ΔE1 スペクトル ······································· 86 図 3.3.2-1 (U-Th-Sm)/He 年代測定の測定フロー ······························································ 91 図 3.3.3-1 凍結粉砕した試料と超音波粉砕した試料（細粒）の粉末 X 線回折スペクトル ··············· 97 図 3.3.3-2 凍結粉砕した試料と超音波粉砕した試料の粒度分布············································ 97 図 3.3.4-1 既存広域テフラ試料分布地点 ······································································ 103 図 3.3.4-2 AT テフラ試料の火山ガラス・ガラス包有物の化学組成（Al2O3, TiO2, FeO および MgO） 104 図 3.3.4-3 Ng1 テフラ試料の火山ガラス・ガラス包有物の化学組成（Al2O3 および CaO） ············· 104 図 3.3.4-4 加久藤テフラ試料の火山ガラス・ガラス包有物の化学組成（Al2O3 および K2O） ··········· 104 図 3.3.4-5 TE-5a テフラ試料の火山ガラス・ガラス包有物の化学組成（Al2O3 および K2O） ············ 105 図 3.3.4-6 小林笠森テフラ試料の火山ガラス・ガラス包有物の化学組成（Al2O3, TiO2, FeO および

MgO） ···································································································· 105 図 3.3.4-7 下門テフラ試料の火山ガラス・ガラス包有物の化学組成（Al2O3 および Na2O）············· 105 図 3.3.4-8 光明池Ⅲテフラ試料の火山ガラス・ガラス包有物の化学組成（Al2O3 および K2O） ········ 106 図 3.3.4-9 ピンクテフラ試料の火山ガラス・ガラス包有物の化学組成（Al2O3, CaO,Na2O および K2O）

············································································································ 106 図 3.3.4-10 イエローⅢテフラ試料の火山ガラス・ガラス包有物の化学組成（Al2O3 および K2O） ······ 106 図 3.3.4-11 イエローⅠテフラ試料の火山ガラス・ガラス包有物の化学組成（Al2O3, CaO, Na2O および

K2O） ····································································································· 107 図 3.3.4-12 恵比寿峠-福田-丹生川テフラ試料の火山ガラス・ガラス包有物の化学組成（Al2O3 および

K2O） ····································································································· 107 図 3.3.4-13 南谷Ⅰテフラ試料の火山ガラス・ガラス包有物の化学組成（Al2O3, FeO, CaO, Na2O および

K2O） ····································································································· 108

表リスト表 3.3.1-1 アルミニウム-26，炭素-14，ベリリウム-10 測定の試料及び測定条件 ··························· 87 表 3.3.3-1 断層試料でみられた K 分析結果のばらつき ······················································· 97


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1. はじめに

日本列島は，プレートの収束帯に位置しており，安定大陸に比べて地殻変動や火成活動が活発であ

る。このため日本における地層処分の概念は，「長期的な安定性を備えた地質環境」に「性能に余裕をも

たせた人工バリア」を設置するという特徴を有する（核燃料サイクル開発機構, 19991)：以下，第 2 次取りまとめ）。すなわち，地層処分システムに期待される物理的な隔離機能が自然現象によって損なわれる恐

れがないような最終処分施設建設地（以下，サイト）を選ぶこととしている。さらに，サイト固有の地質環境

やその長期的な変化を見込んで，合理的な地層処分システムを構築し，長期的な安全性を保証すること

が重要である（図 1-1）。このためには，サイトやその周辺において，マグマの貫入・噴出や断層運動に伴う岩盤の破壊など，地層処分システムに急激で著しい影響を及ぼし得る現象が発生する可能性のほか，

地殻変動などによって生じる地質環境（例えば，熱特性，水理特性，力学特性，地球化学特性）の長期

的な変化を予測・評価しておくことが必要となる（図 1-2）。日本原子力研究開発機構（以下，原子力機構）では，昭和 63 年(1988 年)より「深地層の科学的研究」の一環として，これらの予測・評価に係る研究開発（地質環境の長期安定性に関する研究）を進めてきた。

このうち，平成 11 年(1999 年)11 月に報告した第 2 次取りまとめでは，地球科学の分野に蓄積された情報や知見を取りまとめるとともに，地層や岩石の年代測定などを補足的に実施し，活断層や第四紀火山，

海成段丘の分布・形成年代などに関する全国レベルでのデータベースを科学的な根拠となる基盤情報

として整備してきた（核燃料サイクル開発機構, 19992））。さらに，これらの情報に基づき，過去から現在までの自然現象の傾向や規則性を明らかにするとともに，将来の活動の可能性や変動の規模などを検討

した。その結果，地層処分に適した安定な地質環境が我が国にも広く存在し得るとの見通しが得られた。

第 2 次取りまとめ以降，「特定放射性廃棄物の最終処分に関する法律」(2000)3)（以下，最終処分法）の制定や実施主体として原子力発電環境整備機構が設立されるなど，我が国の地層処分計画が最終処

分事業の開始段階に進展したことを踏まえ，最終処分法に定められた最終処分施設の建設スケジュー

ルやサイトの選定に係る段階的な選定要件などを念頭に置きつつ，特に第 2 次取りまとめやその評価（例えば，原子力委員会原子力バックエンド対策専門部会, 20004）；OECD/NEA, 19995)）の過程で明らかにされた課題に焦点をあてて研究を進めてきた。さらに，平成 14 年(2002 年)には原子力安全委員会により文献調査段階の予定地の選定に係る要件となる「高レベル放射性廃棄物処分の概要調査地区選

定段階において考慮すべき環境要件について」（原子力安全委員会, 20026)）（以下，環境要件）が示され，実施主体ではこれらを受けて「概要調査地区選定上の考慮事項」（原子力発電環境整備機構, 20027））を公表した。その一方で，「高レベル放射性廃棄物処分の安全規制に係る基盤確保に向けて」（総合資源エネルギー調査会原子力安全・保安部会廃棄物安全小委員会, 20038））や「放射性廃棄物処理・処分に係る規制支援研究について」（総合資源エネルギー調査会原子力安全・保安部会廃棄物安全小委員会, 20099)）などにより，安全規制にとって重要な研究分野や課題が示されるなど，研究開発を進めていく上での方向性や具体的な研究課題がさらに明確にされてきた。

地層処分の研究開発を計画的かつ効率的に進めるため，経済産業省資源エネルギー庁は，平成 17年(2005 年)7 月に「地層処分基盤研究開発調整会議」を設置し，中長期的かつ体系的な視点から研究開発計画の検討・調整を行ってきた。これに基づき，「高レベル放射性廃棄物の地層処分基盤研究開発

に関する全体計画」（資源エネルギー庁，日本原子力研究開発機構, 200610)，200911)，201012)）（以下，全体計画）が策定・改定され，関係研究機関はこの計画に基づきそれぞれの分野の研究開発を進めて

きている。全体計画では，平成 12 年(2000 年)以降の研究開発を 3 つのフェーズに区分し，それぞれの段階において反映先や段階目標を設定している。このうち，フェーズ 1（平成 12 年度～平成 17 年度）では，処分事業の概要調査への反映や安全審査基本指針などの検討・策定に資することを目標とし，「地

上からの地質環境調査技術の体系的整備」と「幅広い地質環境を対象とした評価手法の整備」を，フェ

ーズ 2（平成 18 年度～平成 26 年度）では，平成 20 年代中頃を目途とする精密調査地区選定時期を念


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頭に，精密調査前半への反映や安全審査指針・基準の検討に資することを目標に，「地上からの調査に

関わる技術基盤の確立」と「実際の地質環境へ適用可能な評価手法の整備と工学的実現性の提示」を

行うこととしている。さらに，フェーズ 3（平成 24 年度～平成 28 年度）では，平成 40 年前後を目途とする最終処分施設建設地の選定に向けた，精密調査後半への反映，安全規制のための指針・基準（例えば，

安全審査指針や処分場の技術基準）の策定や安全審査などに資することを目標とし，「地下施設を活用

した調査に関わる技術基盤の確立」と「実際の地質環境を対象とした体系的・合理的な評価手法と工学

技術などの実証」を目指している。原子力機構においても全体計画との整合を図りつつ，第 1 期中期計画（平成 17 年度～平成 21 年度）では，「精密調査地区の選定において重要となる地質環境条件に留意して，自然現象に伴う地質環境の変化を予測・評価するための調査技術の体系化やモデル開発などを

進める」ことを目標に掲げ，断層運動，火成活動，隆起・侵食／気候・海水準変動などの自然現象に焦

点をあてて，（精密調査地区の選定に際して実施される）概要調査に必要な調査技術の整備と自然現象

に伴う地質環境の変化の程度を予測・評価するための手法の開発に取り組んできた。その成果は，平成

22 年 3 月にウェブサイト上に情報を展開する「CoolRep（クールレプ）」（http://kms1.jaea.go.jp/CoolRep/）として公開した。また，それぞれの研究に係る科学的・技術的背景を解説するとともに，実施内容，研究成

果，反映先，今後の課題などを報告書として取りまとめた（草野ほか, 201013）：以下，H22 レポート）。第 1 期中期計画期間においては，地下深部のマグマなどの検出技術や河成段丘の編年に基づく隆

起量の算定手法，将来の地形を大局的に模擬する技術など，概要調査に必要な技術基盤の整備が進

んだ。その中でも，東濃地域を例として実施した古気候・古環境の復元や非火山地帯における熱水活動

のメカニズムの解明などといった研究では，過去約30万年までに及ぶ古気候・古環境について新たに内陸小盆地の堆積物を用いた解析手法を提示したこと，フィリピン海プレート起源の流体が関与する熱水

活動が存在することを明らかにしたことなど，地層処分技術の分野に限らず学術的にも大きな成果を上

げた（例えば，佐々木ほか，200614)；Umeda et al., 200715)）。その一方で，変動地形の不明瞭な活断層の認定や活動性の評価，河成段丘の発達の乏しい地域における隆起量の算定に係る調査技術など，研究

開発の進展に応じて必要性が生じた技術については，今後も引き続き研究開発を継続し，概要調査な

どに向けての技術基盤を着実に整備していくことの重要性が明らかとなった。また，最近になって処分事

業の実施主体からの技術開発ニーズとして，10 万年を超える自然現象の超長期評価の考え方および方法論の確立といった技術基盤の整備が求められている（原子力発電環境整備機構, 20027））。これらの背景や状況，さらには関係研究機関や大学などで行われている研究の動向なども踏まえて，当該研究に

係る第 2 期中期計画期間（平成 22 年度～平成 26 年度）の基本計画を作成し，研究開発の方向性，研究課題，達成目標，推進方策などを示した（梅田ほか, 201016））。現時点において特定の地質やサイト（テクトニックセッティング）が選定されているわけではないことから，第 2 期中期計画でも第 1 期中期計画と同じ研究の枠組みで引き続き研究開発を推進していくこととし，最終処分事業の概要調査や安全審査

基本指針などの検討・策定に研究成果を反映できるよう，概要調査などに必要となる，1) 自然現象に関する過去の記録や現在の状況を調査するための体系的な技術の整備（調査技術の開発・体系化）およ

び変動シナリオを考慮した安全評価の基盤となる，2) 将来の自然現象に伴う地質環境の変化を予測・評価するための手法の整備（長期予測・影響評価モデルの開発）のほか，3) 最先端の分析装置などを用いた放射年代測定や鍵層の高分解能同定法などによる編年技術の高度化（年代測定技術の開発）の

3 つのカテゴリーで研究開発を進めている（図 1-3）。本報は，これら 3 つのカテゴリーに従い，第 2 期中期計画期間の 3 年目である平成 24 年度の研究成

果を取りまとめた報告書であり，それぞれの研究において科学的・技術的背景を解説するとともに，課題

を克服するための実施内容，研究成果，今後の課題などについて報告する。


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図 1-1 我が国における地層処分における安全性確認の考え方

（草野ほか，201013)）

図 1-2 地層処分において考慮すべき自然現象

（草野ほか，201013)）


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図 1-3 地質環境の長期安定性に関する研究の枠組みと反映先

（草野ほか，201013)）

参考文献

1) 核燃料サイクル開発機構：“わが国における高レベル放射性廃棄物地層処分の技術的信頼性—地層処分研究開発第 2 次取りまとめ—総論レポート—”，1999, JNC TN1400 99-020．

2) 核燃料サイクル開発機構：“わが国における高レベル放射性廃棄物地層処分の技術的信頼性—地層処分研究開発第 2 次取りまとめ—分冊 1 わが国の地質環境—”，1999, JNC TN1400 99-021．

3) “特定放射性廃棄物の最終処分に関する法律（平成 12 年法律第 117 号）”, 2000．

4) 原子力委員会原子力バックエンド対策専門部会：“我が国における高レベル放射性廃棄物地層処分研究開発の技術的信頼性の評価” , 2000．

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6) 原子力安全委員会：“高レベル放射性廃棄物処分の概要調査地区選定段階において考慮すべき環境要件について”， 2002, 21p．

7) 原子力発電環境整備機構：“概要調査地区選定上の考慮事項” , 2002．

8) 総合資源エネルギー調査会原子力安全・保安部会廃棄物安全小委員会：“高レベル放射性廃棄物処分の安全規制に係る基盤確保に向けて”， 2003, 108p．

年代測定技術の開発

現象を理解するためのデータの取得（地形・地質・地球物理・地球化学等データ）

現象の理解と概念モデルの構築（メカニズムの解明）

調査技術の適用性，観測データの解析手法データ品質等

モデルの信頼性，シナリオの妥当性等

検証方法の妥当性，不確実性の評価等

核種移行解析，ﾘｽｸ解析等人工ﾊﾞﾘｱ・処分施設等の設計・ﾚｲｱｳﾄ

数値シミュレーションモデルの開発

長期予測・影響評価モデルの開発

地質環境（温度，地下水理，水質，岩盤物性等）の時間変動幅

調査技術の開発・体系化

地質環境の長期安定性に関する研究


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9) 総合資源エネルギー調査会原子力安全・保安部会廃棄物安全小委員会：“放射性廃棄物処理・処分に係る規制支援研究（平成 22 年度～平成 26 年度）について”, 2009，36p．

10) 資源エネルギー庁，日本原子力研究開発機構：“高レベル放射性廃棄物の地層処分基盤研究開発に関する全体計画”， 2006, 110p．

11) 資源エネルギー庁，日本原子力研究開発機構：“高レベル放射性廃棄物の地層処分基盤研究開発に関する全体計画”， 2009, 114p．

12) 資源エネルギー庁，日本原子力研究開発機構：“高レベル放射性廃棄物および TRU 廃棄物の地層処分基盤研究開発に関する全体計画”, 2010，139p．

13) 草野友宏，浅森浩一，黒澤英樹，國分（齋藤）陽子，谷川晋一，根木健之，花室孝広，安江健一，山崎誠子，山田国見，石丸恒存，梅田浩司：“「地質環境の長期安定性に関する研究」第 1 期中期計画期間（平成 17 年度〜平成 21 年度）報告書（H22 レポート）”，JAEA-Research 2010-044, 2010.

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15) Umeda, K., G. F. McCrank and A. Ninomiya : “Helium isotopes as geochemical indicators of a serpentinized fore-arc mantle wedge”, Journal of Geophysical Research, 112, 2007, B10206, doi:10.1029/2007JB005031.

16) 梅田浩司，石丸恒存，安江健一，浅森浩一，山田国見，國分（齋藤）陽子，花室孝広，谷川晋一，草野友宏：“「地質環境の長期安定性に関する研究」基本計画—第 2 期中期計画（平成 22 年度～平成 26 年度）”，JAEA-Review 2010-030, 2010．


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2. 研究成果の概要

調査技術の開発・体系化は，候補地が有する地質環境が最終処分法による段階的な処分地の選定

要件や原子力安全委員会による環境要件などに適合するか否かを判断するための情報（データ）を，概

要調査などを通じて取得するための技術基盤を整備するものである。本報では，この調査技術の開発・

体系化として進めている次の研究開発課題について報告する。 ① 「変動地形が明瞭でない活断層などに係る調査技術」 ② 「地下で遭遇した断層の活動性に係る調査技術」 ③ 「地殻内の震源断層などに係る調査技術」 ④ 「内陸部の隆起・侵食速度の算出に係る調査技術」

①「変動地形が明瞭でない活断層などに係る調査技術」では，長野県西部地震の発生域を事例に

地下水・温泉ガスのヘリウム同位体比などの観測により，断層を通じたマントル起源のヘリウムの地表へ

の供給が地震断層を生じるような内陸地震の発生に伴う一時的な現象であるとは考えにくいことを示し，

このような調査技術がいわゆる未知の活断層を検出するための地球化学的手法の一つとなり得る可能性

を示した。②「地下で遭遇した断層の活動性に係る調査技術」では，有馬―高槻構造線を事例に，断層

ガウジ中のイライトのカリウム・アルゴン（K-Ar）年代測定を実施し，より細粒のフラクションほど若い時期の熱水活動で形成された極細粒の自生雲母粘土鉱物を多く含むという従来の仮説と

整合的な結果が得られた。③「地殻内の震源断層などに係る調査技術」では，震源決定に堆積層の分

布を考慮することで従来より信頼性の高い震源分布が得られることを確認した。また，1997 年鹿児島県北部地震の余震域において MT 法を適用し，上部マントルから地殻内に上昇した流体の存在を示唆する低比抵抗体を確認し，この流体が本震の発生や断層の形成・発達に寄与している可能性を示した。④

「内陸部の隆起・侵食速度の算出に係る調査技術」では，鈴鹿山脈を事例にアパタイトの FT 法を用いて侵食速度の推定を行い，この周辺地域の過去数 100 万年間の隆起・侵食過程を考察した。

長期予測・影響評価モデルの開発は，自然現象を発端とする地下水の水流などの様々な地質環境へ

の影響に係るシナリオについて，そのシナリオの発生可能性とシナリオに従う地質環境の変動幅を示す

ための手法の整備を目的としている。これらは，変動シナリオを考慮した安全評価と密接に関連する。本

報では，長期予測・影響評価モデルの開発として進めている次の研究開発課題について報告する。 ① 「地質断層の再活動性に関する評価技術」 ② 「超長期における予測・評価手法に関する検討」 ③ 「古水理地質学的アプローチによる地質環境の変化の予測・評価手法の開発」 ①「地質断層の再活動性に関する評価技術」では，新たに南海トラフ巨大地震の想定震源域の西端

部に位置し，沿岸域に正断層の存在が知られている宮崎平野を事例として，海溝型地震の履歴，完新

世の隆起運動および正断層の分布と活動履歴に関する地質データの取得を開始した。②「超長期にお

ける予測・評価手法に関する検討」では，山地の発達段階を隆起・侵食の関係から定量的に評価するモ

デルに，山地の規模の指標として山地の各地点から海までの距離を組み込むことで，これまでよりも精緻

な山地の発達段階を推定することができた。③「古水理地質学的アプローチによる地質環境の変化の予

測・評価手法の開発」では，記載岩石学的特徴と黒雲母の化学組成の特徴が岩体の識別に有効であり，

これらの特徴を用いて古地形復元に必要な後背地解析を行うことができる見通しを得た。年代測定技術の開発は，将来予測の科学的基盤となる過去の断層運動・火成活動が発生した時期

や隆起・侵食の速度などを精度良く把握するための放射年代測定法を含めた編年技術を整備することを

目的としている。本報では，年代測定技術の開発として進めている次の研究開発課題について報告す

る。 ① 「加速器質量分析装置を用いた 10Be 年代測定法の実用化」 ② 「四重極型質量分析計などを用いた(U-Th)/He 年代測定法の実用化」


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③ 「希ガス質量分析計などを用いた K-Ar 年代測定法の実用化」 ④ 「高分解能のテフラ同定手法の開発」 ①「加速器質量分析装置を用いた 10Be 年代測定法の実用化」では，ベリリウム-10（10Be）の試験測定

および重イオン検出器の性能調査を行い，10Be のルーチン測定に向けた基盤整備を完了した。また，アルミニウム-26 年代測定法の整備に向け，試料調製法や装置構成などの情報収集および重イオン検出器の性能調査を行った。②「四重極型質量分析計などを用いた(U-Th)/He 年代測定法の実用化」では，アパタイト(U-Th)/He 年代測定について，サマリウム(Sm)の定量を組み込んだ(U-Th-Sm)/He 年代測定の手順を確立した。また，ジルコン(U-Th)/He 年代測定について，U, Th 定量に関する前処理法の改善を図った。③「希ガス質量分析計などを用いた K-Ar 年代測定法の実用化」では，これまでに構築した手順や装置を複数の断層で適用し，断層ガウジでの年代測定の実績を蓄積した。また，分析を迅速化するた

めの試料粉砕法の検討や測定誤差を低減するため対応策の検討を進めている。④「高分解能のテフラ

同定手法の開発」では，主に第四紀の代表的な広域テフラ起源の鉱物などに含まれるガラス包有物の

化学組成の特徴を整理し，その化学組成の比較によって同定が可能であると考えられるテフラが多く存

在することを示した。


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3. 平成 24 年度の研究成果 3.1 調査技術の開発・体系化 3.1.1 変動地形が明瞭でない活断層などに係る調査技術 (1) はじめに

地層処分のサイト選定に際しては，活断層を避けることが基本となる。一般に，活断層を認定する際に

は，空中写真判読によって変動地形学的な観点から地形の成因も考慮に入れつつ，断層の存否や分布

の推定を行うとともに，地表踏査，トレンチ調査，ボーリング調査，弾性波探査などによって，その確認を

行っていく（例えば，原子力安全委員会, 20081)）。このように，活断層は変動地形学的手法や物理探査などによって認識され，日本列島の主要な活断層については，すでに「200 万分の 1 日本列島活断層図」（200 万分の 1 活断層図編纂ワーキンググループ, 20002)）などによって，その分布が取りまとめられている。しかしながら，活動性が低い断層（＜0.1 mm/y）については，断層変位がその後の侵食によって不明瞭になり（地形学的検知限界；Kaneda, 20033)），変動地形学的手法では活断層としての認定が困難となる。これらについては，空中レーザー計測による微地形や反射法地震探査などによって断層の推定が試み

られているが，第四紀の被覆層が薄い結晶質岩の分布する地域への適用には限界がある。そのため，

地表からの調査の段階において，低活動性の断層や伏在断層などの変動地形が明瞭でない活断層を

確認するためには，変動地形学的手法や地球物理学的手法を補完する新たな調査技術の開発が必要

となる。本研究では，活断層の調査などで通常行われる空中写真判読，トレンチ調査，物理探査などの

地形・地質学，地球物理学的なアプローチを補完するための手法として，断層から放出されるガス（断層

ガス）の地球化学的な特徴を指標とした調査技術の構築を目指している。 (2) 当該分野に係る科学的・技術的背景

活断層に関する地化学探査の一つとして，放射性元素のラドンによる放射能探査が知られているが

（例えば，加藤ほか, 19814)），地球化学的アプローチによる活断層の調査技術の開発はこれまでほとんど行われていなかった。その一方で，活断層から水素，二酸化炭素，ラドン，ヘリウムなどの揮発性物質

が放出されているという観測事例がいくつか報告されている（例えば，King, 19865); Toutain and Baubron, 19996)）。このうち，不活性ガスであるヘリウムは，地殻中での化学反応を生じにくいことから，地下深部の化学的な情報を得るための重要な指標の一つとして用いられており，これまでにも，1984 年長野県西部地震の発生に伴った温泉ガス中のヘリウム同位体比（3He/4He 比）の増加（Sano et al., 19867)）や 2004 年新潟県中越地震の震源域および米国の San Andreas 断層付近において高いヘリウム同位体比が観測されること（Kennedy et al., 19978); Umeda et al., 20089)）が報告されている。このような背景から，本研究では断層から放出される様々なガスのうち，ヘリウム同位体比に着目し，これによって変動地形が明瞭でな

い活断層を認定する手法についての検討を進めている。このような地球化学的アプローチによる調査技

術を体系化するためには，活断層と地質断層の違い，タイプや規模が異なる断層周辺のデータを蓄積し，

当該手法の汎用性や適用条件についても併せて示すことが重要となる。これまで，近年において規模の

大きな地震が発生した領域における断層周辺の地下水・温泉ガスなどの地球化学的性状について検討

を行い，希ガス同位体組成が断層の分布との間に相関が認められることを見出した（例えば，Umeda et al., 20089); Umeda and Ninomiya, 200910); Umeda et al., 2011a11)）。さらに，逆断層および横ずれ断層によって構成される糸魚川－静岡構造線周辺のヘリウム同位体比分布から，横ずれ断層は逆断層に比

べてマントルヘリウムの上昇に大きく関与している可能性があること，平均変位速度や活動間隔などから

推定される断層の活動度とヘリウム同位体比の顕著な相関は認められないことを示した（Umeda et al., 2011b12)）。しかしながら，断層が再活動した際には，アスペリティ（固着面）を挟んだ上位と下位の間隙水圧の差圧によってそこが流体の通路になることが指摘されていることから（例えば，Sibson, 199213)），断層を通じたマントルヘリウムの地表への供給は，地震断層を生じるような内陸地震の発生に伴う一時的な現


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象である可能性を否定できない。そのため，本研究では 2011 年 6 月 30 日に長野県松本市西方において発生した地震（Mj 5.4; 以下，長野県中部地震）を対象として，地震発生の前後における震源断層周辺の希ガス同位体組成の変化について検討した。 (3) 実施内容・結果

長野県中部地震は，2011 年 3 月 11 日に太平洋プレートと北米プレートとの境界で発生した東北地方太平洋沖地震（Mw 9.0）の約 3 カ月後に発生した内陸地震である。この地震が発生した長野県中部では，東北地方太平洋沖地震の発生を境に地震活動の顕著な活発化が観測されているほか（例えば，Toda et al., 2011a14)），糸魚川－静岡構造線の中部を構成する活断層では地震発生を促進するセンスに応力場が変化したことが指摘されている（Toda et al., 2011b15)）。長野県中部地震の発震機構解は北西－南東方向に圧力軸を持つ横ずれ断層型であり，震源の深さは約 4 km と推定されている。この地域には，糸魚川－静岡構造線断層帯を構成する活断層の一つである牛伏寺断層が存在するが，精密な震源再決定

の結果（防災科学技術研究所, 201116)）によれば，長野県中部地震の震央は牛伏寺断層の地表トレースより約 2 km 西に離れているが，その後の余震活動が牛伏寺断層近傍まで延びていることから，長野県中部地震は東北地方太平洋沖地震によって誘発された牛伏寺断層の活動と密接に関連していると考えら

れる。一方で，長野県中部地震の震源断層と考えられる牛伏寺断層周辺では，その発生前に地下水や

遊離ガスの採取が行われており，それらの希ガス同位体組成などが測定されている（Sano and Wakita, 198517); Kusakabe et al., 200318); Umeda et al., 2011b12)）。そのため，本研究ではそれらのデータが既に取得された温泉井および地下水井において再び地下水・温泉ガスの試料を採取するとともに，地震発生

前後における希ガス同位体組成などの変化について検討した。本研究では，牛伏寺断層周辺に分布する 13 地点の温泉井，地下水井から水および遊離ガスを採取

するとともに，主成分化学組成や希ガス同位体の測定を行った。各地点での試料採取において，遊離ガ

スが採取できなかった井戸については，地下水を超音波振動によって脱気した溶存ガスを希ガス同位体

の測定に用いた。地下水中の水素同位体の測定には亜鉛を用いた水－水素還元法，酸素同位体につ

いては二酸化炭素－水自動平衡法によって前処理を行ったのち，Micromass 社製の IsoPrime を使用して測定した。ヘリウム，ネオンの絶対量と同位体比の測定には，英国 VG5400 希ガス質量分析計を改良した Modified−VG5400(MS−III)を用いた。ヘリウム，ネオンの絶対量は既知量の大気（約 1.5x10-3 cm3

STP）を測定して求めた感度から算出した。なお，通常の絶対量測定とネオンなどの同位体比測定にはDaly-multiplier 検出器を用いるが，同位体比が極端に低いヘリウムの同位体比は，4He を Faraday cupで 3He をイオンカウンティング法で検出するダブル・コレクター法で測定した。また，二つの検出器の感度比と質量差別効果の補正係数は，HESJ と呼ばれる He 同位体比スタンダードガスを測定して得た。ここで，3He の検出限界は 10-15 cm3 STP であるが，実用的な分析には 10-13 cm3 STP 程度が望ましい。従って 3He/4He=10-6 の試料ならば，10-7 cm3 STP の 4He があれば測定できる。これは，He 含有量 0.1 ppm の試料ガス 1 cm3STP 程度を使用して十分測定可能であることを意味する。Ne の分析感度は He より高く，装置のバックグラウンドも低いため，更に低濃度の Ne 定量も容易である（例えば，Ueda et al., 201019)）。

以上の測定により得られた地下水の酸素・水素同位体比を地震発生前に試料採取・測定された結果

とともに図 3.1.1-1 に示す。これによれば，地震発生の前後に限らずすべての地下水の δD，δ18O は Craig (1961) 20)の天水線（δD = 8.0 × δ18O + 10）の周辺にプロットされる。このうち，いくつかの井戸では地震発生後に地下水の δD が数‰程度大きくなっているものもある。しかしながら，地震前後の地下水の酸素・水素同位体比の変化については，顕著な変化は認められない。また，図 3.1.1-2 に地震発生の前後に測定した希ガス同位体のうち 3He/4He 比と 4He/20Ne 比の関係を示す。地震後では多くの井戸で 4He/20Ne比の上昇する傾向が認められるが，3He/4He 比については規則性は認められない。さらに時空間的な変化を検討するため，地震発生前後のヘリウム同位体比を図 3.1.1-3 に示した。なお，ヘリウム同位体比は，


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大気の混入を補正した値であり，R/RA（大気のヘリウム同位体比; RA=1.4×10-6 で規格化した値）によって表示している。これによると，午伏寺断層周辺におけるヘリウム同位体比は，地震発生の前後にかかわ

らず大気の値からその 4 倍程度までの値を示す。以上のように，大局的には地震前後のヘリウム同位体比および地下水の酸素・水素同位体比には著しい変化は認められないこと，地震発生前においても活

断層周辺のヘリウム同位体比は周辺に比して高いこと（Umeda et al., 2011b12)）から，断層を通じたマントルヘリウムの地表への供給は，地震断層を生じるような内陸地震の発生に伴って一時的に大きく変化す

る現象であるとは考えにくい。さらに，地震前後のヘリウム同位体比の僅かな変化について検討するため，次式によりヘリウム同位体

比の変化の割合 Δ(3He/4He) (%)を計算した。 Δ (3He/4He) = ((3He/4He)after /(3He/4He)before – 1) × 100 ここで(3He/4He)before，(3He/4He)after は，地震発生前および発生後のヘリウム同位体比を示す。これによ

り得られた Δ(3He/4He)の空間分布を図 3.1.1-4 に示す。これによると，牛伏寺断層周辺の井戸において数%～10%程度の増加が認められる。一方，牛伏寺断層から数十 km 離れた井戸では 30%以上のヘリウム同位体比の減少が見られる。

一般に，日本列島のような沈み込み帯で発生する内陸地震は，流体の分布やその圧力の変動によっ

て断層の剪断強度が低下し，破壊が伸展していくと考えられている（例えば，Cox, 199521))。また，Sibson（1992）13)は，断層の破断の伸展に伴い差応力によって下部地殻の流体が断層に沿って上昇するモデルを提案している。これによると，長野県中部地震の震源域（牛伏寺断層周辺）では，地震発生後にマン

トル起源物質を含んだ流体が地下浅所の地下水（天水起源）に混入し，その結果，3He/4He 比が増加した可能性も考えられる。このような地震発生後のヘリウム同位体比の増加は，2008 年岩手・宮城内陸地震の震源域においても報告されている（Horiguchi and Matsuda, 200822))。一方，地震動によって母岩中に蓄積されている U，Th の放射壊変によって生成した 4He が放出されることも知られている（例えば，Torgersen and O'Donnell, 199123))。1995 年兵庫県南部地震の際にも，震源から 40 km 以上離れた地域における地下水中のヘリウム同位体比の連続観測によると 20～40%程度減少したことが報告され，地震動による岩石中の微小割れ目から放射起源の 4He が地下水中に混入したことが指摘されている（Sano et al., 199824))。このことから，長野県中部地震の発生前後において観測された僅かなヘリウム同位体比の変化は，これらと同様のプロセスによって説明できる可能性がある。 (4) 主な成果と課題

本研究では，長野県西部地震の発生域を事例とした地下水・温泉ガスのヘリウム同位体比などの観測

により，地震発生前後において僅かなヘリウム同位体比の変化が認められるものの，断層を通じたマント

ルヘリウムの地表への供給が地震断層を生じるような内陸地震の発生に伴う一時的な現象であるとは考

えにくいことを示した。このような調査技術は，いわゆる未知の活断層を検出するための地球化学的手法

の一つとなり得る可能性があることから，今後とも断層のタイプや活動性，成熟度などの異なる断層を事

例にデータの蓄積を進める予定である。今後は特に，比較的規模の大きな地震が発生したにもかかわら

ず地表に地震断層が確認されていない地域などにおいて，温泉ガスや地下水の採取，主成分・同位体

組成の化学分析を行い，活断層が認定されていない地域への適用性についての検討を進める。さらに，

ヘリウム同位体比のみならずアルゴン(Ar)，二酸化炭素（CO2），水素（H2）などの化学組成と活断層との関連性に着目した検討を行うことも重要である。


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図 3.1.1-1 長野県中部地震発生前後における地下水の酸素・水素同位体比の変化

図 3.1.1-2 長野県中部地震発生前後におけるガス中の 3He/4He 比と 4He/20Ne 比の変化


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図 3.1.1-3 長野県中部地震(a)発生前および(b)発生後におけるヘリウム同位体比 ( (b) の黄点は 2011 年 3 月 11 日～2012 年 8 月 1 日までの地下 30 km 以浅の震央分布，

(a), (b) の赤線は活断層を示す)

図 3.1.1-4 長野県中部地震発生前後におけるヘリウム同位体比変化の割合 (赤線は活断層，白黒ビーチボールは長野県中部地震の震源メカニズム解を示す)


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19) Ueda, A., Nagao, K., Shibata, T. and Suzuki, T.: “Stable and noble gas isotopic study of thermal and groundwaters in northwestern Hokkaido, Japan and the occurrence of geopressured fluids”, Geochemical Journal, 44, 2010, pp.545-560.

20) Craig, H.: “Standards for reporting concentrations of deuterium and oxygen-18 in natural waters”, Science, 133, 1961, pp.1833-1834, doi: 10.1126/science.133.3467.1833.

21) Cox, S. F. : “Faulting processes at high fluid pressures: an example of fault valve behavior from the Wattle Gully Fault, Victoria, Australia”, Journal of Geophysical Research, 100, 1995, pp.12,841-12,859, doi:10.1029/95JB00915.

22) Horiguchi, K. and Matsuda, J.: “On the change of 3He/4He ratios in hot spring gases after The Iwate-Miyagi Nairiku Earthquake in 2008”, Geochemical Journal, 42, 2008, pp.e1-e4.

23) Torgersen, T. and O'Donnell, J. : “The degassing flux from the solid Earth: Release by fracturing”, Geophysical Research Letters, 18, 1991, pp.951-954.

24) Sano, Y., Takahata, N., Igarashi, G., Koizumi, N. and Sturchio, N. : “Helium degassing related to the Kobe earthquake”, Chemical Geology, 150, 1998, pp.171-179, doi:10.1016/S0009-2541(98)00055-2.


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3.1.2 地下で遭遇した断層の活動性に係る調査技術 (1) はじめに

地層処分のサイト選定や安全評価に際しては，候補地に存在する断層の活動性を評価することが必

要となる。概要調査地区選定においては，活断層の存在が文献調査で明らかな地域は含めないことが

前提となっており，さらに活断層の有無に関する判断が文献調査からできない場合は，概要調査あるい

はそれ以降の調査において検討することになっている（原子力安全委員会，20021））。活断層の調査には，通常，断層を被覆する地層の変位から活動時期を推定する上載地層法が用いら

れている。しかし，ボーリングや坑道などの地下で遭遇した基盤岩中の断層や被覆する地層が存在しな

い地域の断層には，上載地層法を適用することが困難となる。そのため，このような断層の活動性を評価

するためには，断層運動に伴って生じる破壊や熱的なイベント，縦ずれ断層の上盤と下盤の岩体の上昇

速度の違いなどを，断層充填物質や周辺の基盤の岩石・鉱物を対象とした放射年代測定により明らかに

することが有効な手法となる可能性がある。そこで本研究では，上載地層法を適用することが困難な断層

の活動性を評価するための手法として，断層充填物質のうち自生雲母粘土鉱物のカリウム・アルゴン

(K-Ar)年代法を用いた調査技術の実用化の見通しを得ることを目標とする。 (2) 当該分野に係る科学的・技術的背景

地表付近の断層が活断層であるか否かについては，年代既知の地層（鍵層）や河成・海成段丘との切

断関係（新旧関係）を用いることが確実である。一般に，活断層に関わる鍵層の年代測定法としては，炭

素-14（14C）法やテフロクロノロジーが多く用いられる。一方，地下で遭遇した断層など基盤岩中に分布する断層は，表層付近の地層との切断関係が不明である場合が多い。したがって，従来の手法に基づく活

動性の評価とは異なり，断層岩や周辺の岩盤の物質科学的特徴に基づいた（＝上載地層に依存しない）

断層運動の年代測定法を検討する必要がある。その一つの方法として，断層ガウジ中に含まれる極細粒な自生の雲母粘土鉱物の生成年代を直接的

に推定する方法がある。断層ガウジ中には断層運動に伴う熱水活動により生成した自生の粘土鉱物が

含まれることが知られており，K を含み細粒でも Ar を保持することができる雲母粘土鉱物は K-Ar 年代測定の可能な鉱物である。断層ガウジの K-Ar 年代測定は Lyons and Snellenburg (1971)2) が初めて試み，国内では中央構造線などにおいて研究例がある（例えば，柴田・高木, 19883））。断層試料の雲母粘土鉱物の年代測定は，従来，主に


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段となりうると考えられる。東濃地科学センターでは活動時期が若い断層への適用範囲の拡大に向けて，

年代の若い試料でも精度の高い測定ができる感度法（Matsumoto et al., 19898)）により Ar の定量を行うK-Ar 年代測定システムの開発を進めてきた。平成 23 年度までに岐阜県の土岐花崗岩中の断層ガウジを対象に凍結粉砕による分級と年代測定を行い，従来よりも細かく分級することでより若い年代が得られ

ることを明らかにした。平成24年度は，さらなる実試料への適用を進めて手法の有効性を確認するため，兵庫県の有馬-高槻構造線の断層ガウジで K-Ar 年代測定を行った。 (3) 実施内容・結果

有馬−高槻構造線は東部では北摂山地の南縁を，西部では六甲山地の北縁を限り，ほぼ東西に直線的に伸びる断層帯である（藤田・奥田, 19739））。有馬−高槻構造線の活動は主に右横ずれで上下変位を伴い，東部では北側が隆起したとされる（地震調査研究推進本部, 200110)）が，西部の六甲断層では南側の花崗岩が礫層に衝上している（Huzita et al., 197311)）。最新活動は 1596 年の慶長伏見地震とされ，活動間隔は 1,000−2,000 年とされる（地震調査研究推進本部, 200110)）。

試料採取地域は六甲山地の北縁，有馬温泉の東の白水峡に位置する（図 3.1.2-1，図 3.1.2-2）。基盤岩は，断層の南側は白亜紀末期の貫入年代を示す六甲花崗岩で，北側は上部白亜系有馬層群の溶結

凝灰岩である。本地域では既に破砕帯の産状に関する研究があり（Maruyama and Lin, 200212）; Mitchell et al., 201113）; Lin et al., 201314)），断層の南側の花崗岩は特に，幅数百 m にわたり破砕を受けている。破砕帯には断層ガウジが複数発達し，花崗岩と溶結凝灰岩の境界には茶褐色のガウジが幅数 cm 程度で連続する。このガウジは最上部において，花崗岩が礫層を切って衝上する最新活動面に連続する。本

報告ではここを破砕帯の中軸部とする。この茶褐色のガウジから年代測定用に２試料（ARM1 と ARM4）採取した。中軸部のすぐ北側の溶結凝灰岩は，幅数 cm～１m 余りにわたってガウジ化し，灰色を呈している。灰色ガウジの北側は幅数 m 程度で溶結凝灰岩の断層角礫が発達し，そのさらに北は溶結凝灰岩の健岩部となる。灰色ガウジの中には表面が褐色に強風化した大きさ最大 30cm程度の溶結凝灰岩のブロックが含まれる。灰色ガウジと断層角礫の境界部にも，一部で中軸部と同様の産状を呈する茶褐色の

ガウジが見られる。年代測定用試料として，溶結凝灰岩起源の灰色ガウジから２試料（ARM2 と ARM5），灰色ガウジと断層角礫の境界部の茶褐色のガウジから 1 試料（ARM3）採取した。

中軸部の南側の花崗岩は割れ目が密に発達し，幅数百 m にわたりカタクレーサイト化している。これらの岩石は一般に面構造の発達の程度が弱く，いわゆる pulverized rock（Mitchell et al., 201113））の様相を呈している。中軸部のごく近傍では破砕した花崗岩が白色にガウジ化している。この花崗岩カタクレーサ

イト中には，濃灰色を呈する硬いガウジが脈状に複数本発達する。1 本あたりの幅は数 cm 程度である。濃灰色ガウジの近傍では，花崗岩カタクレーサイトが赤褐色に変質している。ここでは，破砕岩片の隙間

を赤褐色の不透明物質が充填し，全体として赤褐色の部分が網目状の構造をなす。この濃灰色ガウジ

から年代測定用試料として 2 試料（ARM6 と ARM7）採取した。採取したガウジ試料は，これまで東濃地科学センターにおいて構築してきた凍結粉砕による自生雲母

粘土鉱物の高精度分離手法（安江ほか，201115）；Yamasaki et al., 201116)）に基づく前処理を行った。すなわち，表面にこびりついた砂などを除去した後，200～300g 程度を 500ml のテフロン容器に入れ，イオン交換水で満たす。この容器を不凍液（50%エチレングリコール）で満たされた超低温循環型恒温器に入れ，凍結粉砕を行った。超低温循環型恒温器の設定は 25℃と-20℃を一定間隔で繰り返すようになっており，どの試料も約 2 週間程度でほぼ均質に粉砕される。この粉砕された試料を水簸と遠心分離によって，


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イト，カオリナイト，緑泥石が認められるが，スメクタイトの割合が多く，イライトのピークはあまり目立たない。

しかし SEM および TEM 観察では，極細粒の自生雲母粘土鉱物に特徴的な太さ 0.1µm 以下の針状の粒子がしばしば認められる（図 3.1.2-3）。

K については，東濃地科学センターで既に構築された手順（草野ほか，201017））に基づき，粉末試料を酸分解によって溶液化し，炎光光度計（アサヒ理化製作所製 FP-33 型）を用いて，リチウムを内部標準とした積分法により定量した。Ar については，東濃地科学センターで保有する希ガス質量分析装置（Micromass 社製 5400 型）を用いた感度法による定量を行った。東濃地科学センターの希ガス質量分析装置の内容については，草野ほか(2010)17），安江ほか（2011）15），Yamasaki et al., 201116)の通りである。

K と Ar の定量に基づき，各試料において計算された年代値を図 3.1.2-4 に示す。いずれの試料についても，細粒のフラクションほど若い年代を示す。既往の研究（van der Pluijm et al., 20014）; Zwingmann and Manckeltow, 20045）; Takagi et al., 20056）など）と同様に，細粒フラクションほどより若い時期の熱水活動で形成された極細粒の自生雲母粘土鉱物を多く含むという傾向を示していると考えられる。試料ごとに

比較すると，中軸部およびその近傍の幅数 cm 程度の茶褐色のガウジ（ARM1，ARM3，ARM4）と，花崗岩カタクレーサイト中の幅数 cm 程度の濃褐色のガウジ（ARM6，ARM7）は，溶結凝灰岩起源の幅約 1mの灰色ガウジ（ARM2，ARM5）に比べて明瞭に若い傾向を示し，本破砕帯で複数ステージの熱水活動があったことを示唆する。ただし，年代値そのものは，最も細粒のフラクションでも若くて 23Ma 程度であり，有馬‐高槻構造線が完新世にも活動した記録のある活断層であると考えると，K-Ar 年代が最新の断層活動を反映しているとは言えない。 (4) 主な成果と課題

断層ガウジ中の自生雲母粘土鉱物の K-Ar 年代について，兵庫県の有馬-高槻構造線を対象に，破砕帯の構造や観察を踏まえて試料採取を行った。採取した試料は，原岩由来の砕屑鉱物などが人為的

に混入することを防ぐために凍結と融解を繰り返す方法で粉砕し，水簸と遠心分離により細粒のフラクシ

ョンを精度よく分離した。各フラクションについては，東濃地科学センターにおいて K と Ar の定量を行い，年代値を算出した。得られた年代値は，より細粒のフラクションほど若くなる傾向を示し，細粒フラクション

ほどより若い時期の熱水活動で形成された極細粒の自生雲母粘土鉱物を多く含むという従来の仮説と

整合的であった。本研究からは，破砕帯の異なる部分で採取した試料ごとに年代値を比較することにより，

複数回の熱水活動の痕跡を抽出した一方で，年代値そのものはかなり古く，破砕帯の最新の活動を抽

出することはできなかった。以上の結果からは，K-Ar 年代値そのものを断層の最新活動時期とすることは一般には困難であるが，複数の断層ごとに，あるいは断層と周辺の割れ目との間で極細粒のフラクショ

ンの産状や K-Ar 年代を比較することにより，活断層に伴って発達する副次断層の活動性（主断層との連動性）評価や，活断層の周辺に発達する破砕帯の活動性評価や活断層からの影響範囲の評価には適

用できる可能性がある。今後，他の地域でも本手法を試みることにより，評価手法の適用性を検証してい

く。また，断層ガウジの K-Ar 年代の対象鉱物となっている自生雲母粘土鉱物は形成条件において温度と

の相関が強いことから，他の熱年代学的手法（フィッション・トラック年代や(U-Th)/He 年代など）で得られた年代値と比較し，原岩の冷却史からの異常を抽出することにより，断層の活動履歴を復元できる可能

性がある。有馬‐高槻構造線においても六甲花崗岩の熱年代学的研究（末岡ほか，201018））があることから，六甲山地の発達史を踏まえた断層ガウジの形成過程について検討する。


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図 3.1.2-1 試料採取地域の位置とその周辺の地質概略

(Maruyama and Lin (2002)12)に基づき作成)

図 3.1.2-2 断層ガウジの試料採取位置

(地形図のＡ，Ｂ，Ｃの位置が写真Ａ，Ｂ，Ｃに対応。写真はいずれも右側が北方。地形図は国土地理院 1:25,000 地形図

「宝塚」を使用)


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図 3.1.2-3 断層ガウジ（ARM2）の SEM（左写真）および TEM（右写真）による観察例

(赤丸および赤線で示したのが針状の自形雲母粘土鉱物)

図 3.1.2-4 断層ガウジの K-Ar 年代測定結果 (エラーバーは標準偏差（2σ）)

茶褐色

ガウジ茶褐色

ガウジ灰色

ガウジ灰色

ガウジ茶褐色

ガウジ濃灰色

ガウジ濃灰色

ガウジ

(µm)


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参考文献

1) 原子力安全委員会: “高レベル放射性廃棄物処分の概要調査地区選定段階において考慮すべき環境要件について”，2002, 21p．

2) Lyons, J. and J. Snellenburg: “Dating Faults”, Geological Society of America Bulletin, 87, 1971, pp.1749–1752.

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9) 藤田和夫，奥田悟：“近畿・四国の中央構造線のネオテクトニクス”，杉山隆二編「中央構造線」，東海大学出版会, 1973, pp.174–316.

10) 地震調査研究推進本部：“六甲・淡路島断層帯の長期評価について”，活断層の長期評価，79, 2001, 59p.

11) Huzita, K., Y. Kishimoto and K. Shiono: “Neotectonics and Seismicity in the Kinki Area, Southwest Japan”, Journal of geosciences, Osaka City University, 16, 1973, pp.93–124.

12) Maruyama, T. and A., Lin：“Active strike-slip faulting history inferred from offsets of topographic features and basement rocks: a case study of the Arima-Takatsuki Tectonic Line, southwest Japan”，Tectonophysics, 344, 2002, pp.81-101.

13) Mitchell, T.M., Y. Ben-Zion and T., Shimamoto：“Purverized fault rocks and damage asymmetry along the Arima-Takatsuki Tectonic Line, Japan”，Earth and Planetary Science Letters, 308, 2011, pp.284-297.

14) Lin, A., K., Yamashita and M. Tanaka：“Repeated seismic slip recorded in ultracataclastic veins along active faults of the Arima-Takatsuki Tectonic Line, southwest Japan”，Journal of Structural Geology, 48, 2013, pp.3-13.


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15) 安江健一，浅森浩一, 谷川晋一, 山田国見, 山崎誠子, 國分(齋藤)陽子, 丹羽正和, 道家涼介, 草野友宏, 花室孝広, 石丸恒存, 梅田浩司: “地質環境の長期安定性に関する研究年度報告書（平成 22 年度）”, JAEA-Research 2011-023, 2011.

16) Yamasaki S, Zwingmann H, Todd A, Yamada K, Umeda K and Tagami T. ：“Constraining Timing of Brittle Deformation - A Case Study from Fault Zones in Toki Granite, Japan”, Mineralogical Magazine, 75 , 2011, 2204p.

17) 草野友宏，浅森浩一，黒澤英樹，國分（齋藤）陽子，谷川晋一，根木健之，花室孝広，安江健一，山崎誠子，山田国見，石丸恒存，梅田浩司：“「地質環境の長期安定性に関する研究」第 1 期中期計画期間（平成 17 年度〜平成 21 年度）報告書（H22 レポート）”，JAEA-Research 2010-044, 2010．

18) 末岡茂, 田上高広, 堤浩之, 長谷部徳子, 田村明弘, 荒井章司, 山田隆二, 松田達生, 小村健太朗：“フィッション・トラック熱年代に基づいた六甲地域の冷却・削剥史”，地学雑誌，119, 2010, pp.84-101.


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3.1.3 地殻内の震源断層などに係る調査技術 (1) はじめに

将来の地層処分システムに重大な影響を及ぼす可能性がある現象（例えば，断層運動，マグマ活動）

の潜在的なリスクを排除するためには，地表からの調査の段階において，地下深部における震源断層や

高温流体（溶融体を含む）などの存否や構造をあらかじめ確認しておくための調査技術が必要となる。特

に，地殻中部に存在する微小地震の集中域や地殻深部に流体などが存在するような領域の付近では，

将来の活動によって，地殻浅所まで破断が進展することや，それに伴って地下深部の高温流体などが流

入する可能性も考えられるため，ここでは，これらに関連する地下深部の不均質構造を把握するための

技術基盤の整備を進める。一般に，断層の地下構造（地下の断層形状）を調査する際には，反射法地震探査をはじめとした地球

物理学的手法が主に用いられる。反射法地震探査による断層形状の把握に関する調査研究は，近年精

力的に行われており，浅層反射法をはじめとして地殻深部までを対象とした大規模な地震探査によって，

詳細な地殻構造が明らかにされてきた（例えば，佐藤ほか, 20051））。ここで，反射法地震探査では，音響インピーダンス（弾性波速度と密度の積）が大きく変化する境界で生じた反射波を捉えるため，その分布

は主として地層境界な�

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