유성 지역 지열수의 지구화학적 특성 연구

김건영; 고용권; 김천수; 배대석; 박맹언

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자료유형: 학술저널

저자정보: 김건영 (한국원자력연구소) 고용권 (한국원자력연구소) 김천수 (한국원자력연구소) 배대석 (한국원자력연구소) 박맹언 (부경대학교)

저널정보: 한국지하수토양환경학회 지하수토양환경 지하수토양환경 제7권 제1호

발행연도: 2000.1

수록면: 32 - 46 (15page)

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유성 지역의 지열수를 포함한 자연수에 대한 용존이온의 분포 및 거동과 같은 지구화학적 특성을 밝히고 지열수의 지화학적 진화과정, 심부온도 및 물-암석 상호반응특성을 규명하기 위해 유성 지역 내에 부존하는 유형별 자연수 (지열수, 심부 및 천부지하수, 지표수)에 대한 수문지구화학 및 동위원소 ($\delta$$^{18}$ O, $\delta$D, $^3$H, $\delta$$^{13}$C, $\delta$$^{34}$ S, $^{87}$ Sr/$^{86}$Sr) 연구를 수행하였다. 유성 지역 지열수는 순환수 기원의 지하수가 심부 열원에 의해 온도가 상승하였고, 방해석 침전이 수반된 규산염 광물의 가수분해 반응을 거치면서 천부 기원 지하수와 혼합되어 Na-HCO$_3$유형의 지열수로 진화되었다. 인위적 오염의 지시원소인 NO$_3$함량이 일부 지열수 및 심부지하수 시료에서 높은 값을 보이는 것으로 보아 오염에 노출된 지표수가 지하수로 유입되었으며 또한 일부 온천공으로도 유입되었을 것이다. 연구 지역의 $\delta$$^{18}$ 와 $\delta$D의 분포는 지구순환 수선상 주변에 도시되며 유형별로는 뚜렷한 차이를 보이지 않는다. 삼중수소 함량은 유형별로 뚜렷이 구분되나 대부분 지열수의 경우 지표수 및 천부지하수의 혼입활동이 수반된 특징을 보여준다. 탄소 동위원소비에 있어서도 대부분 토양내 유기물 기원의 값에 가까울 정도로 낮은 값을 보이는 것으로 보아 (평균 -16.3$\textperthousand$)전체적인 지하수 순환체계에 걸쳐 지표 토양 환경의 이산화탄소 공급이 이루어지고 있음을 지시하고 있다. 황 동위원소비 역시 지열수와 천부지하수와의 혼합 특성을 보이며, 스트론튬 동위원소비에 의하면 지열수의 Ca기원은 사장석의 용해인 것으로 판단된다. 다성분계 평형상태의 계산은 심부저장지 지열수가 100~1$25^{\circ}C$에서 평형상태에 있었음을 지시한다. 따라서 연구 지역의 지하수는 지하 순환과정 중 심부에서 열원을 만나게 되어 온도가 상승하였고, 물-암석 반응을 거치면서 상승하게 되었고, 이 과정중 천부지하수의 혼합과정이 수반되면서 진화된 것으로 판단된다.

Hydrogeochemical and isotope ($\delta$$^{18}$ O, $\delta$D, $^3$H, $\delta$$^{13}$ C, $\delta$$^{34}$ S, $^{87}$ Sr/$^{86}$ Sr) studies of various kinds of waters (thermal groundwater, deep groundwater, shallow groundwater, and surface water) from the Yusung area were carried out in order to elucidate their geochemical characteristics such as distribution and behaviour of major/minor elements, geochemical evolution, reservoir temperature, and water-rock interaction of the thermal groundwater. Thermal groundwater of the Yusung area is formed by heating at depth during deep circlulation of groundwater and is evolved into Na-HCO$_3$type water by hydrolysis of silicate minerals with calcite precipitation and mixing of shallow groundwater. High NO$_3$contents of many thermal and deep groundwater samples indicate that the thermal or deep groundwaters were mixed with contaminated shallow groundwater and/or surface water. $\delta$$^{18}$ O and $\delta$D are plotted around the global meteoric water line and there are no differences between the various types of water. Tritium contents of shallow groundwater, deep groundwater and thermal groundwater are quite different, but show that the thermal groundwater was mixed with surface water and/or shallow groundwater during uprising to surface after being heated at depths. $\delta$$^{13}$ C values of all water samples are very low (average -16.3$\textperthousand$%o). Such low $\delta$$^{13}$ C values indicate that the source of carbon is organic material and all waters from the Yusung area were affected by $CO_2$ gas originated from near surface environment. $\delta$$^{34}$ S values show mixing properties of thermal groundwater and shallow groundwater. Based on $^{87}$ Sr/$^{86}$ Sr values, Ca is thought to be originated from the dissolution of plagioclase. Reservoir temperature at depth is estimated to be 100~1$25^{\circ}C$ by calculation of equilibrium method of multiphase system. Therefore, the thermal groundwaters from the Yusung area were formed by heating at depths and evolved by water-rock interaction and mixing with shallow groundwater.

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