...

Page 1 Page 2 坂他, ー992)。 キ采取したイ共試体は次の40である ニ

by user

on
Category: Documents
1

views

Report

Comments

Transcript

Page 1 Page 2 坂他, ー992)。 キ采取したイ共試体は次の40である ニ
日本大学文理学部自然科学研究所研究紀要
No.34(1999)pp.129−133
花崩岩質岩の風化に伴なう有効間隙率の変化と微小割れ目の幾何
一甲府深成岩体徳和花崩閃緑岩の例一
竹村 貴人1)・小坂 和夫2)
ChangesinE丘ectivePorosityandMicrocrackGeometryofGraniticRocksduetoWeathering:
An ExamplefromtheTokuwaGranodiorite,CentraUapan
TakatoTAKEMURA1)andKazuoKOSAKA2)
(Received310ct,1998)
Effective porosities and microcrack geometry are measured for several types ofweathered granodio卜
ite ofthe Miocene Tokuwa batholith,centralJapan.The effective porosities range from O.486±0.025to
2.412±0。055%。The average microcrack densities range from1.809to6.558%(mm2/mm2).The lengths
ofintragranularmicrocracks in quartzgrains showlittle change in regard to weathering.The factthatthe
ef惑ective porosities go up as the weathering grades go up is attributed to the widening ofthe microcracks,
as well as the growths of microcrack density and lengths of grainbomdary and/or intragranular micro−
cracks.
1. はじめに
効間隙率との関係についても検討され,花商岩質岩中
の微小割れ目は供試体全体に一様にかつ連続的に存在
花闘岩質岩中の微小割れ目は,花崩岩質岩体内にお
ける物質や流体の移動の仕方に少なからぬ影響を及ぼ
している例が報告されている(鈴木他,1989).花闘
岩質岩中の微小割れ目は地殻内の応力や地表における
すものであり,地下環境を考える上での重要な検討項
風化などの影響によってその密度を増加させ,それに
伴い有効間隙率や透水係数などの物性値を変化させて
目の1つである(鈴木他,1989;高橋他,1990).花闘
岩質岩中の微小割れ目には,構成鉱物粒内に存在する
粒内割れ目や構成鉱物粒間に存在する粒界割れ目など
いくつかの種類がある(Kranz,1983)。その間隙幅も,
インタクトな花闘岩質岩の場合でも,サブミクロンか
ら数十ミクロン程度以上とさまざまである(Katsube,
19811Wadden&Katsube,1982)。花歯岩質岩中の
いく。
本研究では,甲府深成岩体徳和バソリスの花崩閃緑
岩の風化(小坂,1992)に伴う有効間隙率の変化と微
小割れ目の幾何との関係,および同一供試体内での有
効間隙率の空間的な偏りについて検討する.
2.供試体
微小割れ目の形態や密度の直接的な観察については,
青色顔料や蛍光剤を混入した樹脂を微小割れ目に注入
測定に用いた供試体は新第三紀甲府深成岩体徳和バ
ソリスの花簡閃緑岩である。供試体は同一の露頭(山
して観察する方法(高橋・醇,19921西山他,1992)
や毛細管現象を利用して過マンガン酸カリウム溶液を
微小割れ目に注入してその移動経路を実体顕微鏡で観
梨県東部日川左岸)から木宮(1975)による風化の程
察する方法(鈴木他,1989)など,さまざまな研究方
法がある.有効問隙率に関しても多くの測定例がある
(佐藤他,1992)。測定に用いられた供試体の長さと有
範囲で異なる風化程度のものを4つ採取した。露頭か
度の定義による「花闘岩B」から「風化花崩岩Bjの
ら供試体を採取する際にはハンマーによる衝撃の影響
を避けるためタガネを用いて慎重に作業を行った(小
1)日本大学大学院総合基礎科学研究科
1)Graduate School of Integr&ted Basic Sciences,Nihon Unive卜
〒156−8550世田谷区桜上水3−25−40
2)日本大学文理学部地球システム科学科
〒156−8550世田谷区桜上水3−25−40
si敏
2)Department of Geosystem Sciences,College of Humanities and
Sciences,Nihon University
129
(19)
竹村 貴人・小坂 和夫
は有効間隙率測定後さらに6分割し(Gr−B14,Gr−
坂他,1992).採取した供試体は次の4つである二
Gr−B1は「花闇岩B」に相当するものでほとんど風
B1−2,...,Gr−B1−6),分割によって得られた6つの供
化を受けていないが斜長石が白濁している点で「花闘
試体について再度有効間隙率を測定した.
岩A」ほど新鮮ではない.Gr−B2は「花闘岩Bjから
3.2測定結果
測定結果を表一1に示す.4つの供試体の有効間隙率
「風化花簡岩A」へ斬移しており黒雲母周辺には鉄さ
び色のくまが生じており石英中の微小割れ目がGr−
B1より明瞭である.WGr−Aは「風化花樹岩Ajに相
当するもので斜長石・石英中の微小割れ目がGr−B2
より密に発達している.WGr−Bは「風化花闘岩B」
は0.486±0.025(%)から2.412±0.055(%)の範囲にあ
り,風化の程度に対応して増加している。また,Gr−
B1を6分割した供試体であるGr−B14∼一6の有効問
に相当するものでハンマーで強く叩くと崩れる。
隙率は0.382∼0.646(%)の範囲にある.これら6分割
3.有効間隙率
であり,分割前の供試体Gr−B1の有効間隙率0.486±
3.1測定方法
風化程度の異なる花商岩質岩の有効間隙率を水中飽
0.025(%)にほぼ等しい.一方,6分割された供試体は
和法を用いて測定した。測定の方法は以下の通りであ
の誤差は幾分大きめになるが,分割前の供試体(Gr−
B1)と分割後の供試体(Gr−B14∼一6)の有効間隙
した供試体の有効間隙率の平均は0.4912±0.086(%)
他の供試体に比べて質量が小さいために個々の測定値
る。採取した供試体を一辺数cm程度の大きさに整形
する。ただし,WGr−A,WGr−Bについては岩石切断
用カッターで整形すると崩れてしまうため採取したま
まの大きさで測定した。これらの供試体を110℃の温
率では明らかに異なる値があることがわかる。
4.微小割れ目の幾何
4.1微小割れ目の抽出
花闘岩質岩に限らず,一般に岩石中の微小割れ目を
度で約1週間強制乾燥する.この時の重量をWdとす
る.Wdを測定後,脱イオン水の中に供試体を浸し,
その空中重量と経過時間とをグラフにプロットして増
岩石薄片で観察する場合には供試体調整の段階で人為
的に発生した新たな微小割れ目を観察してしまう可能
性がある。特に間隙のある微小割れ目を扱う場合には,
加が収束した時の重量をWsとする。最後に完全に水
で飽和された供試体の水中重量を測定し,その重量を
Wwとする。以上の測定値から有効問隙率εは二
観察される間隙幅は本来の問隙幅より広くなっている
可能性が高い(竹村,1998).そのため,微小割れ目
の観察はできるだけ人為的影響を受けていない状況の
下で行うことが好ましい。この点を考慮に入れたレプ
リカ法(鈴木・高橋,1994)の作業手順は次の通りで
ε=(Ws−Wd)/(Ws−Ww)×100(%)
となる(土質工学会編,1989〉.
ある。
有効間隙率はGr−B1,Gr−B2,WGr−A,WGr−Bの
4つの供試体で測定した。このうち,Gr−B1について
1)タガネを用いて露頭から採取した供試体を
表1 花崩岩質岩の有効問隙率および微小割れ目の幾何の特徴(割れ目密度,平均・最大・最小トレー
ス長)の測定値(★1はGr−B1−1∼一6までの平均値〉。
試料名
IG■r
Gr
−B1
−B2
花闘岩8
花嵩岩8∼風化花崩岩A
有効間隙率ε
割れ目密度d
(%〉
(%)
d/ε
平均トレース
長(mm)
最大トレース
最小トレース
長(mm〉
長(mm〉
0.486±0.025
1,809
3,722
0.847±0.167
1,072
0,505
O.625±0.025
2,925
4,680
1.002±0.214
1,290
0,718
4,522
1.001±0.241
1,421
0,778
2.7董9
0.994±0.231
1,316
風化花崩岩A
0.675±0、038
WGr−B
風化花崩岩B
2.412±0.055
6,558
置Gr
WGr−A
3,052
0,488
−B1−1
0.554±0。055 2.258
4,075
0,764±0.138 1、006
0、547
Gr−B1−2
0.448±0.030 1.472
3,285
0.8”±0.159 0.987
0.474
G潜Bト3
0。646±0.021
2。111
3,267
0.905±0.173 1.238
0.750
Gr−B1−4 花崩岩B
0.474±0.147 1.393
2,938
0.892±0.111 1。074
0.674
Gr−B卜5
0.445±0.051 1.939
4,357
0.839±0.167 1.195
0.551
Gr−B1−6
平均値*1
0.382±0.201 1.189
0.860±0.292 1.343
0.419
一 一 畢 一 騨 臼
(20)
風化の程度
縢繍 轍 騨 “■■葡 囎 一 一 辮 禰麟 一 篇 鴨 一 鱒 ㈲ 一 禰 騨 一 輌■ ■■ 一 聯 一
鱒 備 彌 一 旧 薗 一 轍 繍
0.491±0.086 1.727±0.396
130
3,113
一 騨 疇 一 備
3,056
1 一 薗 騨 一 禰 需 一
〇.845±0.189
謄 一 獅 一 一 ㈲ 榊 圃
轍 騨 一 瞬 一 一 轍 嗣 ■
1.141±0.129 0.569±0.113
花商岩質岩の風化に伴なう有効間隙率の変化と微小割れ目の幾何
4cm×4cm×3cm程度の直方体に整形し,供試体
片を作成する。供試体片はカッターの影響を取り除
くため観察する範囲より最低限1cmは離す。
2) 供試体片の観察対象となる面の平面性を得るため
の供試体から20本程度トレースしその長さをトレー
ス長の代表値とした.測定された微小割れ目の最大
トレース長は1.421mm,最小トレース長は0.419mm
であった(表一1)。
に研磨・琢磨をする.この時,研磨・琢磨剤の粒径
が大きいと試料表面のザラザラも割れ目と認識して
しまうためできるだけ粒径の小さいもので研磨・琢
磨をする.花崩岩質岩の場合,おおよそ#1500∼
#2000で研磨・琢磨をする.
5.考察
5.1風化に伴なう有効間隙率の増加と微小割れ目の
幾何
有効間隙率と割れ目密度の関係
3) 得られた表面に溶剤として酢酸メチルを数滴流し
広げ,気泡が入らないようにレプリカフィルム(厚
口のアセチルセルロースフィルム)を貼り付け,溶
剤が揮発したらレプリカフィルムを剥がす。
4) 岩石表面の不純物を取り除くために3)の作業を
水中飽和法により測定された有効間隙率は風化の進
行に伴い増加していることが確認される.また画像処
理で得られた割れ目密度も風化の進行に伴い増加して
いることが確認される。
全ての微小割れ目が連結しており水を通すならば有
効間隙率と割れ目密度は等しくなるはずである.しか
2,3回繰り返す(ブランクレプリカ法)。ブランク
レプリカ法が終わった後に3)の作業をし,観察用
レプリカフィルムを作成する。
しながら,Gr−B1,B2,WGr−A,Bで得られた有効
間隙率と割れ目密度との比であるd/εは2.719∼4.680
5)観察用レプリカフィルムが丸まるのを防ぐため,
と異なる値を持つ(表一1)。その理由として以下の2
ガラス板に挟んで80℃で30分ほど放置する.
っが考えられる。まずディジタル画像において1ピ
以上の作業で得た観察用レプリカフィルムは供試体
片の表面の凹凸を転写しており,透過光を当てて観察
クセルが10μmであることよりそれ以下の幅を持つ微
小割れ目’も10μmとして認識されており,大部分が10
すると凸の部分は光を散乱させて暗く見える。岩石表
面の観察用レプリカフィルムを取ることで微小割れ目
の観察は容易になり,観察用レプリカフィルムのディ
ジタル画像に対して画像処理を施すことで微小割れ目
μm以下の幅を持つ粒界割れ目の幅は本来のそれより
広く見積もられていることが挙げられる。
次に水を通す微小割れ目と通さない微小割れ目が存
在することが考えられる.しかしながら,前者のディ
ジタル画像の解像度の影響のみでd/εに差が生じたの
の抽出が可能となる。本研究では有効間隙率測定後の
供試体の観察用レプリカフィルムを作成し,フィルム
であれば,全ての割れ目密度に違いは生じないであろ
う。従って,d/εの違いは微小割れ目同士の連結の仕
方にも起因するものであろう。
スキャナー(Nikon社製F1100〉を用いてディジタル
画像へと変換した(図4)。変換後のディジタル画像
の解像度は2540dpi(1ピクセル=10μm)である.
また割れ目密度と有効問隙率の比(d/ε)は風化の進
行に伴い(Gr−B2,WGr−A,WGr−B)減少している
事が分かる(表4).これは風化の進行に伴い粒界割
れ目の幅が広くなるため粒界割れ目も粒内割れ目と同
様に水を飽和させやすくなったためであることが考察
される。一方,ほとんど風化をうけていないGr−B1
のd/εは最小トレース長,平均トレース長からもわ
かるようにトレース長の短い微小割れ目が多く存在し
ている。従ってこのようなトレース長の短いものは隣
接する割れ目とは連結していないということが考察で
4.2微小割れ目の幾何
観察用レプリカフィルムから得られたディジタル画
像は原画像とディジタル画像に対しガウス関数を用い
た画像とを差分することで微小割れ目のみのディジタ
ル画像へと変換できる(竹村,1998〉。ここでの割れ
目密度はディジタル画像での観察範囲(一辺1.024cm
の正方形=1024×1024ピクセル)の面積を微小割れ
目と認識されたピクセルの個数で除算した値である
(表一1)。測定された割れ目密度は1.809(%)から6.558
きる。
(%)の範囲にある。
微小割れ目のみが抽出されたレプリカフィルムを透
有効間隙率とトレース長の関係
過光下で観察し,その微小割れ目をトレースし,その
長さをトレース長とした。供試体表面のレプリカフィ
石英粒内の微小割れ目の平均トレース長は風化が進
行しても明瞭な変化をしていない。これは石英の粒内
ルムから全ての微小割れ目をトレースすることは不可
能なため,石英中の微小割れ目(粒内割れ目)を1つ
割れ目のトレース長は風化の進行と良い相関がある
が,風化がある程度まで進行すると一定値に収束する
131
(21)
竹村 貴人・小坂 和夫
鞘琢篇 ’棚}簿μ Pぜ 黄一
隔 壌
a
e
滋 轟 ・
建轟〆 継 梅
親 ”♪謂ボ
. 蝋
−卿
ぎ一
軽榊 竃 饗物
芹 穴
冬
駆
凶
才 ザ
も
ゆ
転
蜘
凄層
鍵臨蜘
避 ・〆
恥盛
燦
葺
ぜ
梅 卵 %
撫
・雛
妻、毒f
軸
臨撃
転轍輔轡 梅』嚇
/
轡翫ド 讐
悔 韓瀦
潔験
.姦熟 .叢
ル 、㎡F 飽、轡
…
嚇華
f”写難闇
爆馨鎌嫁
織鑑靴 、駄
愚舞警.餌 嘱、
轟一影「 曜蒙
≧ .P咽 灘鰍
鰹 内
縛蝿、㍉、、
捗瑚麹轟 繍
> 』『ぜ,
轟
曜 翻鵡礎,1雪、
醜 『 漣
爆魂鰯
∼ 壁
も噌梅㌦
_.認..零擁.遜
、憂 騨 鯉 躍 弱
螂触緬翻!∵』.謝 瀞
h
d
ぎ
範
隷
き
図1 風化に伴う各段階での花闘岩質岩の各供試体の透過光下でのレプリカフィルム
の観察像
a,eはGr−B1,b,fはGr−B2,c,gはWGr−A,d,hはWGr−B,
スケールはa∼dの一辺が約1cm,e∼hの一辺が約1mm
映と考えられる。また風化の進行に伴いr花崩岩B」
より風化が進行しても最大トレース長は一定値に収束
のGr−B1∼WGrB〉。これは風化の進行に伴う石英の
粒内割れ目の進展は風化初期の段階に粒内割れ目がそ
の長さを伸ばし,ある程度まで伸びると,割れ目同士
するが,最小トレース長は短くなっている(表4中
の間に新たな短い割れ目を作るからであろう。
(Suzuki61α」,19981楠田他,1992)ということの反
(22)
132一
花崩岩質岩の風化に伴なう有効間隙率の変化と微小割れ目の幾何
5.2有効間隙率の空間的な偏り
る.微小割れ目の間隙幅については竹村(1998)がマ
同一供試体内でも有効間隙率が部分ごとに異なると
ルチフラクタルを用いて解析しており,風化の進行に
より花闘岩質岩中の微小割れ目の間隙幅の狭いものは
いう測定結果は,微小割れ目の空問的な分布に偏りが
あることを示している。Bassinthwaighte61砿(1989)
は毛細血管中の単位時間当たりの血流量の違いが毛細
斜長石等風化を受けやすい鉱物中に集中して形成さ
れ,間隙幅の広い微小割れ目は全体的に形成されると
血管の空間分布の偏りに起因していることを報告して
いうことを指摘している.
いる。このことから,岩石の場合も微小割れ目の空問
的な分布の偏りが透水係数に影響を与えている可能性
について検討してみる価値がある.
また有効間隙率などの物性値は体積分率で表現され
6.おわりに
ているのに対し,トレース長や割れ目密度などの幾何
の特徴は面積分率で表現されている。今後はステレオ
ロジー(Kan3tani,1985)やREV(Representativeele−
mentaryvolume)(小田・木村,1990)などを用いて
風化の進行に伴う微小割れ目の進展においては,微
小割れ目の長さの変化のみならず,微小割れ目の幅の
2次元平面で得られた幾何の特徴と3次元空間で得ら
れた物性値との定量的な関係について議論をする必要
広がりが重要と考えられる.この点は,木宮(1985)
がある。
の風化花崩岩組織の模式図にも示されている通りであ
B 土KK 刀 小 木木 臆楠 西
雛脚欝訟媚伽鵬纐献明鰯匹跡畔瞠締
引用文献
中の間隙の観察と評価に関する二,三の考察.応用地質,
33, 17−22.
小田匡寛・木村健司(1990):亀裂の寸法分布について一
フラクタル性を仮定して一.第8回岩の力学国内シン
ポジウム講演論文集,55−60.
佐藤稔紀・石丸恒存・杉原弘造・清水和彦(1992〉:文献調
査による我が国の岩石の物理的特性に関するデータの収
集.動力炉・核燃料開発事業団中部事業所.39頁.
Suzuki,K,Oda,M.,Yamazaki,M.,&Kuwahara,T(1998):
Permeability changes in granite with crack growth during
immers量on in hot water.1磁11∼06為.〃i66h.M伽.S6♂.,35,
907−921.
鈴木清史・高橋 学(1994):レプリカフィルムを用いた空
隙,亀裂の可視化法.応用地質,35,77−78.
鈴木隆次・中嶋 悟・永野哲志・喜多治之(1989):花崩岩
中における物質移動経路としての微小間隙の存在状態.
鉱山地質,39,349−354.
高橋学・平田実雄・小出 仁(1990):稲田花崩岩の透水
係数に及ぼす封圧および間隙水圧の影響について.応用
地質,31,105414.
高橋 学・蒔 自求(1992):青色顔料を混合した樹脂によ
るポア観察について.応用地質,33,294−306.
竹村貴人(1998):花嵐岩質岩の微小割れ目のマルチフラク
タル解析.日本大学大学院理工学研究科地理学専攻課程,
平成9年度修士論文,27頁.
Wadden,M.M.&Katsube,T。J.(1982):Radionuclide dif毎
sion rates in igneous crystalline rocks.Chε吻.(}60乙,36,
191−214.
133
(23〉
Fly UP