Conceptual Geochemical Modelling of Long-term Hyperalkaline Groundwater and Rock Interaction

지구화학 모델을 이용한 장기간의 강알칼리성 지하수-암석의 반응 개념 모델링

Hyperalkaline groundwater formed by groundwater-cement components and its reaction with bedrock in a nuclear waste repository were simulated by geochemical modeling. The result of groundwater-cement components reaction showed that the pH of water was 13.3 and the precipitated minerals were Brucite, Katoite, Calcium Silicate Hydrate(CSH1.1), Ettringite, Hematite, and Portlandite. The result of interaction between such minerals and groundwater sampled in Gyeongju area also showed that the pH of groundwater reached 12.4. Interaction between such hyperalkaline groundwater and granite was simulated by kinetic model during $10^3$ years. This result showed that the final pH of groundwater reached 11.2 and the variation of pH was controlled by dissolution/precipitation of silicate and CSH minerals. Groundwater quality was also determined by dissolution/precipitation of silicate, CSH, oxide minerals. Our results show that geochemical modeling of long-term hyperalkaline groundwater and rock interaction can contribute to the safety assessment of engineered barrier by predicting geochemical condition in repository site.

본 연구에서는 핵폐기물 매립장의 인공 방벽으로 사용되는 시멘트 물질들과 주변 지하수 반응 결과로 형성되는 강알칼리성 지하수와 주변 암과의 반응을 통해 변화되는 지하수 특성을 지구화학 모델링을 통해 예측하고자 하였다. 연구 결과 시멘트 수화반응을 통해서 pH는 13.3를 나타내었으며 이때 생성되는 광물들은 Brucite, Katoite, Calcium Silicate Hydrate(CSH 1.1), Ettringite, Hematitie, Portlandite였다. 이들 광물들과 경주 지역에서 채취된 지하수의 반응 모델링에서는 지하수의 pH가 12.4로 예측되었다. 이러한 강알칼리성 지하수와 주변 화강암과의 반응은 $10^3$ 년 동안 반응속도 모델링을 통해 모사하였다. 그 결과 지하수의 최종 pH는 11.2였으며 pH는 규산염 광물과 CSH 광물들의 용해 침전에 의해 조절되고 있었다. 또한 지하수 수질도 이들 광물들과 점토광물 및 산화광물들의 용해 침전에 의해 결정되고 있었다. 본 연구 결과는 장기간 동안의 강알칼리성 지하수와 주변 암과의 반응 모델링을 통해 지구화학 및 수질 변화를 예측함으로서 인공 방벽의 안정성 평가에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.