【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、井戸を掘削しながら塩淡境界を判別できる方法に関し、更に詳しく述べると、掘削時に孔口から溢流する泥水中に存在する所定イオンの濃度を求めることにより、簡便且つ迅速に塩淡境界を判別する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【非特許文献１】
「物理探査による沿岸地域の地下水塩淡分布調査」地球惑星科学関連学会２００２年合同大会Ｈ０６０−００８、２０００年５月２７−３１日、東宏幸他
【０００３】
沿岸地域では、地下に存在する水には通常の地下水（淡水）と塩水がある。一般に塩水の方が密度が大きいため深度の大きな領域（深部）にあるが、その中でも深い部分には現世海水とは性質の異なる古海水（化石海水）が存在する。これらの地下水は、その性質が異なるため、利用目的も異なり資源としての価値も異なる。
【０００４】
図２に模式的に示すように、関東平野を始めとする殆ど全ての平野や大地は、海洋性堆積物で構成されており、人間居住域の地下水は、その殆ど全てが、
１．表層の天水性淡水系地下水
２．流動性淡水系地下水
３．（特に海岸域で）現世海水系地下水
４．深部に存在するミネラル分の多い古海水系地下水
の順で堆積している。勿論、これらの帯水層の全てが常に存在しているわけではない。
【０００５】
ここで沿岸地域の深部に存在する古海水は、その地層ができたときに取り込まれた海水であり、拡散せずに止まっている。つまり、この古海水帯水層は、海水（現世海水）が潮汐などで動いても動かずに止まっている安定な地層である。そのため、最近、高レベル放射性廃棄物の地層処分場の構築箇所として注目されている。また地下水（淡水）には、表層の天水性淡水系地下水と流動性淡水系地下水があるが、流動性淡水地下水は遠くから流れてくる枯れない水であり、安定しているために、特に地下水資源として有用である。
【０００６】
従って、必要に応じてこれら各層の境界を判別することが必要となる。しかし従来方法では、井戸の掘削を行い、地下水の深度方向の混入を避けるためにパッカー工法などの煩雑な処理を行った後、深度毎に地下水を採取し、採取した試料を特別な分析機関に送り、炭素あるいは水素の放射性同位体による年代測定を行うことによって古海水帯水層の位置を特定している。しかし、これら放射性同位体の分析は高度な技術を必要とし、多くの時間と費用がかかる欠点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
最近、本発明者等は、物理探査による沿岸地域の地下水塩淡分布調査を試みた（非特許文献１参照）。ここでは、物理探査手法を利用して間隙水の電導度を測定し、塩淡の区分を行っている。この手法による調査結果は信頼性が高いと考えられるが、測定が大掛かりになる。
【０００８】
また、飲料用や温泉などに地下水を利用する場合には、井戸を掘削して地下水を採取した後、実験室に持ち帰り、各種の水質分析を行い地下水の性状を判定している。その後、適切な深度まで井戸を埋め戻したり、あるいはケーシングパイプを挿入して関係のない深度の地下水が井戸に混入しないように施工し、目的とする深度の地下水だけを井戸内に導入する措置を講じている。
【０００９】
しかし、この方法では井戸掘削から竣工までに時間がかかり、管理経費の増大や事故（孔壁の崩壊など）の可能性を解消できないなどの問題も生じる。
【００１０】
更に、いずれにしても従来技術では井戸を掘削しながら並行して効率よく塩淡境界を判別することはできない。
【００１１】
本発明の目的は、井戸を掘削しながら並行して簡便且つ迅速に塩淡境界を判別できる方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
塩水が地層に長期間取り込まれ還元状態に長く置かれるとＳＯ４ ２− イオンが減少することが分かってきた。本発明は、その現象を利用して地下水の性状を掘削と並行して判定する方法である。即ち本発明は、掘削水を用いてボーリングマシンにより井戸を掘削し、その際、孔口から溢流する泥水中のＮａ＋ イオン及び／又はＣｌ− イオンとＳＯ４ ２− イオンの濃度を測定し、Ｎａ＋ イオン及び／又はＣｌ− イオン濃度が急増するか又は増大した状態で、且つＳＯ４ ２− イオン濃度が低減している深度を古海水帯水層とすることを特徴とする泥水中のイオン濃度分析による塩淡境界判別方法である。また、ＳＯ４ ２− イオン濃度が増大している深度は現世海水帯水層と判別する。
【００１３】
更に、淡水系地下水は、滞留時間が長くなると、その地下水中でのＨＣＯ３ −イオンの溶存比率が増すことが分かってきた。本発明は、その現象を利用して地下水の性状を掘削に並行して判定する方法である。即ち本発明は、掘削水を用いてボーリングマシンにより井戸を掘削し、その際、孔口から溢流する泥水中のＨＣＯ３ −イオン濃度を測定し、ＨＣＯ３ −イオン濃度が小さい領域を天水性淡水系地下水帯水層とし、ＨＣＯ３ −イオン濃度が大きい領域を流動性淡水系地下水帯水層と判別することを特徴とする泥水中のイオン濃度分析による塩淡境界判別方法である。
【００１４】
泥水は産業廃棄物となる。そこで実際には、環境汚染を極力低減するために、孔口から溢流する泥水を掘削水タンクに貯め、ボーリングマシンに戻して再注入する循環方式が採用されている。その場合には、井戸の孔口と掘削水注入部とで各イオン濃度の差を求め、その差の大小で必要な判別を行うことになる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明方法を実施する掘削装置の一例を示す説明図である。先端に掘削ビット１０を装着したボーリングロッド１２をロータリ式ボーリングマシン１４によって回転駆動することにより、井戸１６を掘削する。掘削の際、地上に設置した掘削水タンク１８からポンプ２０で吸引し、掘削水を圧送しボーリングロッド１２を通して先端の掘削ビット１０に供給する。掘削水は、掘削ビットを冷却する機能を果たす。そして、この掘削水と地下水とが混合した泥水が孔口から溢流し、掘削水タンク１８に貯められる。泥水は、切削したスライムを孔外に排出する機能、逸水を防止する機能、孔壁を保護する機能などを果たす。孔口から溢流する泥水は産業廃棄物となるので、通常、掘削水タンク１８に一旦貯め、濃度などを調整して掘削水としてポンプ２０でボーリングマシン１４に戻してボーリングロッド１２を通して再注入し、循環使用する。
【００１６】
このような井戸掘削システムにおいて、この実施例では、孔口から溢流する泥水と注入部からボーリングロッドに注入する掘削水に現れる所定のイオン（ＨＣＯ３ −イオン、Ｎａ＋ イオン及び／又はＣｌ− イオン、ＳＯ４ ２− イオン）の各濃度を、例えば図１のＡ位置とＢ位置で測定する。勿論、測定に便利なように、Ｂ位置に代えて吸引口のＣ位置で測定してもよい。そして、それぞれのイオン濃度の差を求める。
【００１７】
井戸掘削の掘削水としては、通常、河川水や水道水（工業用水道）を使用することが多い。これらの水には、上記のような特定のイオンは殆ど含まれていない。従って、掘削時に孔口から溢流する泥水（掘削水と地下水が混合したもの）中のイオン濃度に着目し、孔口の泥水と注入部の掘削水とのイオン濃度差を求めることで、掘削時に井戸に流入する地下水の影響を正しく反映させることができるのである。
【００１８】
図３の（ａ）〜（ｄ）に掘削深度と地層の関係を示し、各状態おける特定のイオンの濃度について以下説明する。
【００１９】
まず、表層の天水性浅部淡水系地下水帯水層まで掘削した場合には（ａ）、泥水中に現れるＨＣＯ３ −イオン濃度は小さい。掘削が進んで、流動性深部淡水地下水帯水層に達すると（ｂ）、泥水中のＨＣＯ３ −イオン濃度は急増する。流動性深部淡水系地下水のＨＣＯ３ −イオン濃度は２００〜７００ｐｐｍ （平均的には３００ｐｐｍ 程度）であり、これと掘削水が混合した後の泥水中では、最低でも５０ｐｐｍ 程度の濃度となる。また孔壁を保護するために使用するベントナイトなどの保護材料にはＨＣＯ３ −イオンは含まれていないため、保護材料濃度に関係なく循環してくる泥水中のＨＣＯ３ −イオン濃度を測定するだけで、その深度の地下水が天水性浅部淡水地下水か流動性深部淡水地下水かが判定可能である。つまり、溢流する泥水中のＨＣＯ３ −イオン濃度がほぼ０ｐｐｍ であれば天水性浅部淡水系地下水帯水層であり、数十ｐｐｍ であれば流動性深部淡水系地下水帯水層であることが分かる。因みに、例えばＨａｃｈ社製ＴｅｓｔＫｉｔを用いれば、０〜１０００ｐｐｍ までの範囲で０．１ｐｐｍ の精度でＨＣＯ３ −イオン濃度を測定することができるため、十分に判定可能である。
【００２０】
更に掘削が進むと塩水が存在する深度に達する。これは、泥水中のＮａＣｌ、即ちＮａ＋ イオン及び／又はＣｌ− イオンが急増することで分かる。従って、原理的にはＮａ＋ イオン又はＣｌ− イオンのいずれかを測定すればよい。そして、ＳＯ４ ２− イオン濃度を指標とすることで還元状態に長く置かれていたか否かを判定できる。掘削が現世海水帯水層に達しているとすると（ｃ）、ＳＯ４ ２− イオン濃度は大きいが、古海水帯水層に達しているとすると（ｄ）、ＳＯ４ ２− イオン濃度は小さい。即ち、現世海水のＳＯ４ ２− イオン濃度は２０００〜３０００ｐｐｍ 程度であるが、通常の応力状態では百年程度が経過すると１００ｐｐｍ 以下になる。従って、例えば共立理化学研究所製デジタル簡易水質計ラムダ８０００シリーズを使用すると、５〜２００ｐｐｍ の範囲で測定可能であるため、泥水中のＳＯ４ ２− イオン濃度を測定することで、その深度での塩水が現世海水であるか古海水であるかが判別できる。つまり、溢流する泥水中にＮａ＋ イオン及び／又はＣｌ− イオンが十分に存在し、しかもＳＯ４ ２− イオン濃度が数百ｐｐｍ であれば現世海水帯水層であり、ＳＯ４ ２− イオン濃度がほぼ０ｐｐｍ であれば古海水帯水層であることが判別できる。
【００２１】
古海水帯水層の探査では、地下数百ｍ〜千数百ｍの深度まで井戸を掘削する。このとき、掘削に並行して例えば５０ｍ毎にＮａ＋ イオン及び／又はＣｌ− イオン、ＳＯ４ ２− イオンの各濃度をする。これによって、上記のように古海水帯水層の位置を特定することができる。また、掘削に並行してＨＣＯ３ −イオン濃度も測定すれば、掘削の過程で、現在掘削している深度が、天水性淡水系地下水、流動性淡水系地下水、現世海水系地下水、古海水系地下水のいずれの領域であるかの区分を行うことができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は上記のように、掘削水を用いて井戸を掘削し、孔口から溢流する泥水中の所定のイオンの濃度を測定する方法であるから、井戸の掘削と並行して簡便且つ迅速に塩淡境界を判別できる。また、天水性淡水系地下水、流動性淡水系地下水、現世海水系地下水、古海水系地下水の領域区分を行うことができる。本発明方法は、簡便且つ迅速に判別可能であるため、掘削コストを下げ、掘削事故の可能性を低減でき、地下水資源の適切な評価が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を実施するための装置の一例を示す説明図。
【図２】沿岸地域の地下水分布の説明図。
【図３】帯水層と井戸の関係を示す説明図。
【符号の説明】
１０ 掘削ビット
１２ ボーリングロッド
１４ ロータリ式ボーリングマシン
１６ 井戸
１８ 掘削水タンク
２０ ポンプ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method capable of discriminating the salt-and-white boundary while excavating a well. More specifically, the present invention relates to a method for determining the concentration of a predetermined ion present in the muddy water overflowing from a hole at the time of excavation. The present invention relates to a method for determining a light boundary.
[0002]
[Prior art]
[Non-Patent Document 1]
“Survey on the distribution of groundwater salt in coastal areas by geophysical exploration” Geoscience Union Meeting 2002, H060-008, May 27-31, 2000, Hiroyuki Higashi et al.
In coastal areas, the underground water includes normal groundwater (fresh water) and salt water. In general, salt water has a higher density and is in a deeper region (deep part), but there is paleo-seawater (fossil seawater) that is different in nature from modern seawater in the deeper part. Since these groundwaters have different properties, they have different purposes of use and different resources.
[0004]
As shown schematically in Fig. 2, almost all plains and the earth, including the Kanto Plain, are composed of marine sediments, and almost all of the groundwater in human settlements is
1. Surface water-based freshwater groundwater 2. 2. Fluid freshwater groundwater 3. Modern seawater groundwater (especially in coastal areas) It is deposited in the order of paleoseawater groundwater with a high mineral content in the deep part. Of course, not all of these aquifers are always present.
[0005]
Here, the paleo seawater that exists in the deep part of the coastal area is the seawater that was taken in when the stratum was formed, and stopped without spreading. In other words, this paleosea aquifer is a stable formation where seawater (current seawater) remains stationary even if it moves due to tides. Therefore, it has recently attracted attention as a construction site for geological disposal sites for high-level radioactive waste. In addition, groundwater (freshwater) includes surface water-based freshwater groundwater and fluid freshwater groundwater. Fluid freshwater groundwater is an unbearable water that flows from a distance and is particularly stable because it is stable. Useful as a resource.
[0006]
Therefore, it is necessary to determine the boundary between these layers as necessary. However, in the conventional method, after excavating a well and performing complicated processing such as a packer method in order to avoid contamination in the depth direction of groundwater, groundwater is collected at each depth, and the collected sample is used as a special analysis organization. The location of paleo aquifers is determined by feeding and dating with carbon or hydrogen radioisotopes. However, the analysis of these radioisotopes requires a high level of technology, and has a drawback of being time consuming and expensive.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Recently, the present inventors tried to investigate the distribution of groundwater salt in coastal areas by geophysical exploration (see Non-Patent Document 1). Here, the geophysical exploration method is used to measure the conductivity of pore water and classify the salt. Although the survey results by this method are considered to be highly reliable, the measurement becomes large.
[0008]
When groundwater is used for beverages or hot springs, wells are excavated to collect groundwater, and then taken back to the laboratory to analyze the water quality and determine the properties of groundwater. After that, refill the well to an appropriate depth, or insert a casing pipe so that groundwater of an unrelated depth does not enter the well, and take measures to introduce only the desired depth of groundwater into the well. I'm taking it.
[0009]
However, this method takes time from well drilling to completion, and causes problems such as an increase in management costs and the possibility of an accident (such as collapse of a hole wall).
[0010]
Furthermore, in any case, the conventional technology cannot efficiently distinguish the salt-and-white boundary while excavating a well.
[0011]
An object of the present invention is to provide a method that can easily and quickly discriminate a salt-and-white boundary while excavating a well.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
It has been found that SO 4 2− ions decrease when salt water is taken into the formation for a long time and placed in a reduced state for a long time. The present invention is a method for determining the properties of groundwater in parallel with excavation using the phenomenon. That is, the present invention excavates a well with a boring machine using drilling water, and measures the concentration of Na + ions and / or Cl − ions and SO 4 2− ions in the muddy water overflowing from the hole. , Na + ion and / or Cl − ion concentration is rapidly increased or increased, and the depth at which SO 4 2− ion concentration is reduced is defined as paleosea aquifer. This is a method for discriminating salt / border boundaries by ion concentration analysis. In addition, the depth at which the SO 4 2− ion concentration is increased is determined as the current seawater aquifer.
[0013]
Furthermore, it has been found that as the residence time of freshwater groundwater increases, the dissolved ratio of HCO 3 − ions in the groundwater increases. The present invention is a method for determining the properties of groundwater in parallel with excavation using the phenomenon. That is, the present invention uses a drilling water drilling wells by boring machine, in which, HCO 3 in mud overflowing from the hole opening - ion concentration was measured, HCO 3 - Tianshui resistance region ion concentration is less It is a salt-water boundary determination method by ion concentration analysis in mud, characterized in that it is a freshwater groundwater aquifer, and a region having a high HCO 3 − ion concentration is determined as a fluid freshwater groundwater aquifer.
[0014]
Mud becomes industrial waste. Therefore, in order to reduce environmental pollution as much as possible, a circulation system is adopted in which muddy water overflowing from the hole is stored in a drilling water tank and returned to the boring machine for reinjection. In that case, the difference of each ion concentration is calculated | required by the hole of a well and a drilling water injection | pouring part, and required discrimination | determination is performed by the magnitude of the difference.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is an explanatory view showing an example of an excavator for carrying out the method of the present invention. The well 16 is excavated by rotationally driving a boring rod 12 having a drill bit 10 attached to the tip by a rotary boring machine 14. At the time of excavation, the water is sucked by the pump 20 from the excavation water tank 18 installed on the ground, and the excavation water is pumped and supplied to the excavation bit 10 at the tip through the boring rod 12. The drilling water functions to cool the drill bit. The mud mixed with the drilling water and the groundwater overflows from the hole and is stored in the drilling water tank 18. The muddy water functions to discharge the cut slime out of the hole, to prevent water loss, and to protect the hole wall. Since the muddy water overflowing from the hole becomes industrial waste, it is usually temporarily stored in the drilling water tank 18, adjusted in concentration, etc., returned to the boring machine 14 by the pump 20 as drilling water, and reinjected through the boring rod 12. Use for circulation.
[0016]
In such a well excavation system, in this embodiment, predetermined ions (HCO 3 − ions, Na + ions and / or Cl −) appearing in the muddy water overflowing from the hole and the drilling water injected from the injection portion into the boring rod. Each concentration of ions (SO 4 2− ions) is measured, for example, at positions A and B in FIG. Of course, for convenience of measurement, the measurement may be performed at the C position of the suction port instead of the B position. And the difference of each ion concentration is calculated | required.
[0017]
In general, river water or tap water (industrial water) is often used as drilling water for well drilling. These waters contain almost no specific ions as described above. Therefore, paying attention to the ion concentration in the muddy water overflowing from the hole at the time of excavation (mixed of drilling water and groundwater), the difference in ion concentration between the muddy water at the hole and the drilled water at the injection part is obtained. It can accurately reflect the effects of groundwater that sometimes flows into the wells.
[0018]
3A to 3D show the relationship between the excavation depth and the formation, and the concentration of specific ions in each state will be described below.
[0019]
First, when excavating up to a surface aquifer shallow freshwater groundwater aquifer (a), the concentration of HCO 3 − ions appearing in the mud is small. Drilling proceeds, and reaches the fluidity deep freshwater aquifers (b), HCO in mud 3 - ion concentration increases rapidly. The HCO 3 − ion concentration of the fluid deep freshwater groundwater is 200 to 700 ppm (average is about 300 ppm), and in the mud after mixing this with the drilling water, the concentration is at least about 50 ppm. Also the protective material, such as bentonite used to protect the hole wall HCO 3 - the ion is not included, HCO circulation to come in mud regardless protective material concentration 3 - only measuring ion concentration Therefore, it is possible to determine whether the groundwater at that depth is rainwater shallow freshwater groundwater or fluid deep freshwater groundwater. In other words, if the HCO 3 − ion concentration in the overflowing mud is approximately 0 ppm, it is a freshwater shallow freshwater aquifer, and if it is several tens of ppm, it is a fluid deep freshwater aquifer. I understand. For example, if a Test Kit manufactured by Hach is used, the HCO 3 − ion concentration can be measured with an accuracy of 0.1 ppm within a range of 0 to 1000 ppm, and therefore it can be sufficiently determined.
[0020]
As the excavation progresses, it reaches a depth where salt water exists. This can be seen by a sudden increase in NaCl, ie, Na + ions and / or Cl − ions in the mud. Therefore, in principle, either Na + ions or Cl − ions may be measured. Then, it can be determined whether or not the reduced state has been left for a long time by using the SO 4 2− ion concentration as an index. If the excavation reaches the modern seawater aquifer (c), the SO 4 2- ion concentration is high, but if it reaches the paleo-water aquifer (d), the SO 4 2- ion concentration is low. . That is, the SO 4 2− ion concentration of modern seawater is about 2000 to 3000 ppm, but it becomes 100 ppm or less after about a hundred years in a normal stress state. Therefore, for example, if the digital simple water quality meter Lambda 8000 series manufactured by Kyoritsu Riken is used, it is possible to measure in the range of 5 to 200 ppm. Therefore, by measuring the SO 4 2- ion concentration in the mud, It can be determined whether the salt water is modern sea water or paleo sea water. That is, if there is sufficient Na + ions and / or Cl − ions in the overflowing mud and the SO 4 2− ion concentration is several hundred ppm, this is a modern seawater aquifer, and SO 4 2− ions. If the concentration is approximately 0 ppm, it can be determined that the sea is an paleo aquifer.
[0021]
In the exploration of paleo aquifers, wells are excavated to a depth of several hundred to several hundreds of meters below ground. At this time, each concentration of Na + ions and / or Cl − ions and SO 4 2− ions is set, for example, every 50 m in parallel with the excavation. As a result, the position of the paleosea aquifer can be specified as described above. Further, parallel HCO 3 in the drilling - when ion concentration measurement, in the course of drilling, the depth is currently drilling, rainwater resistance freshwater groundwater, fluidity fresh water groundwater, this world seawater groundwater, old seawater groundwater It is possible to classify which area is.
[0022]
【The invention's effect】
As described above, the present invention is a method for excavating a well using drilling water and measuring the concentration of a predetermined ion in the mud overflowing from the hole, so that it is simple and quick in parallel with the drilling of the well. It is possible to discriminate the salty light boundary. In addition, it is possible to classify rainwater freshwater groundwater, fluid freshwater groundwater, modern seawater groundwater, and paleoseawater groundwater. Since the method of the present invention can be easily and quickly discriminated, the excavation cost can be reduced, the possibility of an excavation accident can be reduced, and an appropriate evaluation of groundwater resources can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of an apparatus for carrying out the method of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of groundwater distribution in a coastal area.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the relationship between an aquifer and a well.
[Explanation of symbols]
10 Drilling Bit 12 Boring Rod 14 Rotary Boring Machine 16 Well 18 Drilling Water Tank 20 Pump
