• 지질공학
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• 제21권1호
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• pp.65-77
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• 2011

본 연구에서는 경북 봉화지역, 강원도 오대산 및 춘천지역에서 산출되는 8개 탄산약수터에서 11개 탄산약수 시료를 대상으로 수리화학적 특성을 규명하고, 용존무기탄소의 동위원소(${\delta}^{13}C_{DIC}$)분석을 통해 탄산가스의 기원을 해석하며, 영족기체 동위원소($^3He/^4He$, $^{20}Ne/^{22}Ne$)의 동위원소 존재비를 분석하여 탄산가스의 기원과 연계한 영족기체의 기원을 밝히고자 하였다. 연구결과 탄산약수의 수리화학적 특성은 pH 5.59~6.04 범위로 약산성의 특성을 보이고, 전기전도도 값은 $302{\sim}864\;{\mu}S/cm$ 범위를 보인다. 모든 탄산약수의 수리화학적 유형은 Ca-$HCO_3$ 형에 속한다. 특히 Fe, Mn의 함량이 높아 음용수 수질기준치를 초과한다. 연구지역 탄산약수의 ${\delta}^{13}C_{DIC}$ 값은 -2.84~5.3‰ 범위를 보이므로 $CO_2$의 기원은 주로 심부기원이며, 물-암석 반응과정에서 탄산염광물등의 영향을 일부 받은 것으로 해석된다. 탄산약수의 $^3He/^4He$ 동위원소비와 $^4He/^{20}Ne$동위원소비 상관관계에서 탄산약수는 기원상 3개의 군으로 분류된다. 맨틀과 같은 심부기원의 영역, 대기기원에 가까운 영역, 맨틀기원과 대기기원의 혼합영역으로 도시된다. 이는 심부기원의 영족기체가 천부지하수와 지표노출에 의해 대기기원과 혼합된 것으로 해석되며, 맨틀과 같은 심부기원의 헬륨가스의 공급은 지질경계 및 단층과 같은 지질구조와 밀접한 관계가 있는 것으로 추정된다.

• 자원환경지질
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• 제35권6호
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• pp.523-532
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• 2002

백령도에서 산출되는 알칼리 현무암과 현무암내의 맨틀포획암에 대하여 REE와 Nd-Sr, 영족기체의 동위원소비를 분석하여 초염기성 포획암과 알칼리 현무암질 마그마의 기원을 해석하였다. 연구결과를 요약하면 다음과 같다. (1) 스피넬-러조라이트 맨틀 포획암을 다량 함유한 알칼리 현무암은 주로 현무암-뮤저라이트(mugearite)와 현무암질 안산암으로 구성되어 있다. (2)높은 HREE특징을 가지는 알칼리 현무암의 REE패턴은 OIB패턴과 유사하다. 그리고 상이한 시료들 간에 비교적 균일한 REE패턴은 알칼리 현무암질 마그마가 동일 기원물질에서 유래하였음을 시준하고 있다. (3)현무암의 Nd-Sr동위원소비는 알칼리 현무암질 마그마가 지각물질의 혼입영향이 없는 결핍맨틀 기원임을 가르키고 있다. (4)포획암중 감람석의 헬릅동위원소비($^3$He/$^4$He)는 5.0${\pm}$1.1Ra-6.7${\pm}$1.3Ra로 MORB 값(ca. 8.0Ra) 보다 낮으며 대륙지각 하부 리소스피어 맨틀의 특성을 나타내고 있다. 그러나 시료 OL-7 감람석의 높은 ($^3$He$^4$He(16.8${\pm}$3.1Ra) 값은 분출후 우주선 기원$^3$He의 혼입으로 추정된다. 감람석의 아르곤 동위원소비$^{40}$Ar$^{36}$Ar=300~500)는 MORB값(10,000~30,000)보다 훨씬 낮은 대기 아르곤의 동위원소비(295.5)에 가깝다. 이는 백령도 포획암의 감람석이 마그마 분출후 느린 탈가스 과정에 대기의 혼염이 있었음을 암시하고 있다.

• 지질공학
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• 제19권4호
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• pp.529-541
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• 2009

이 연구는 이천과 포천지역 일대에 분포하고 있는 온천에 대하여 화학성분, 산소 및 수소 동위원소, 그리고 헬륨과 아르곤 같은 영족기체의 동위원소 특성을 분석하여 온천별 지화학적 특성을 밝히고, 영족기체의 기원과 지하수의 지화학적 상관성을 해석하고자 하였다. 이를 위하여 연구지역에서 7점의 온천수와 가스성분을 채취하였고, 온천공 주변 지하수와 지표수 17개 시료를 채취하여 분석하였다. 연구지역 온천수는 환원성환경의 중성내지는 약알카리성의 pH 특성을 보이고, 전기전도도는 $310{\sim}735\;{\mu}S/cm$ 범위를 보여준다. 온천수의 수온은 $21.5{\sim}31.4^{\circ}C$ 범위로 저온형이며, 성분상 단순온천에 해당된다. 이천지역 온천수는 중성의 pH 조건과 주변지역 지하수와 유사한 $Ca-HCO_3$ 내지는 $Ca(Na)-HCO_3$ 수리화학적 유형을 보이는 반면, 포천지역 온천수는 알카리성의 pH 조건과 $Na-HCO_3$ 유형으로 지화학적으로 상당히 진화된 특성을 보인다. 이천온천수는 우라늄의 함량이 높고, 포천지역 온천수에는 불소의 함량이 높은 것이 특징이다. 온천수의 $\delta^{18}O$와 ${\delta}D$값은 각각 $-8.85{\sim}-10.1%o$과 $-60.8{\sim}-72.2%o$의 범위로 순환수기원을 보인다. 동위원소 조성을 보면 포천지역 온천수는 지하수에 비해 고지대 함양과 긴 유동경로를 거친 것으로 해석된다. 온천수내 영족기체 동위원소비 분석 결과 $^3He/^4He$ 동위원소비는 $0.094\;{\times}\;10^{-6}{\sim}0.653\;{\times}\;10^{-6}$ 범위를 보인다. 이천지역 온천수는 대기기원의 헬륨이 우세하지만 맨틀(마그마)와 같은 심부기원의 혼합율이 포천지역 온천수보다 높은 특성을 보인다. 포천지역 온천수는 지각기원의 헬륨 혼합율이 높다. 또한 온천수별 동일한 기원의 혼합선상에서도 천부지하수와 심부지하수의 혼합상태에 따라서 서로 다른 $^4He/^{20}Ne$ 비를 보인다. 온천수의 $^{40}Ar/^{36}Ar$ 비는 대기기원의 값과 유사한 범위를 보인다.

• 자원환경지질
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• 제41권1호
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• pp.15-32
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• 2008

강화 석모도 지역 석모도 온천수의 영족기체와 온천수의 지화학적 진화와 기원을 해석하고 온천수의 지화학적 특성을 규명하기 위해 온천수, 지하수, 지표수의 수리화학, 안정 동위원소, 영족기체 동위원소 분석이 이루어졌다. 온천수와 지하수의 pH는 각각 $6.42{\sim}6.77,\;6.01{\sim}7.71$로 약산성을 보이고 있다. 석모도 온천 지역의 온천수의 유출수온은 $43.3{\sim}68.6^{\circ}C$이다. 온천수의 전기전도도는 $60,200{\sim}84,300{\mu}S/cm$으로 비교적 높은 값이며 석모도 온천수가 해수와 혼합되어졌음을 암시하고 있다. 석모도 온천수의 화학 조성은 Na-Ca-Cl형이다. 반면, 지하수와 지표수는 각각 Na(Ca)-$HCO_3$, Na(Ca)-$SO_4$형과 Ca-$HCO_3$ 형으로 구분된다. 석모도 온천수의 산소와 수소 동위원소비는 각각 $-4.41{\sim}-4.47%o$와 $-32.0{\sim}-33.5%o$로 순환수 기원이다. 지하수에서의 산수 수소 동위원소비는 각각 $-7.07{\sim}-8.55%o,\;-50.24{\sim}-59.6%o$이다. 석모도 온천수에 $^{18}O$와 $^2H$가 부화된 특성은 온천수가 담수와 해수의 혼합대에서 유래되었음을 암시하고 있다. 석모도 온천수 중의 황산염이온의 황 동위원소비는 $23.1{\sim}23.5%o$로 이 지역 해수의 황 동위원소비(20.2%o)와 유사하다. 이는 온천수의 황이 해수의 황산염으로부터 유래되었음을 의미한다. 석모도 온천수의 $^3He/^4He$ 비는 $1.243{\times}10^{-6}{\sim}1.299{\times}10^{-6}cm^3STP/g$로 온천수 중의 He 가스가 부분적으로 맨틀에서 유래되었음을 보여준다. 온천수에서의 아르곤 동위원소비$(^{40}Ar/^{36}Ar=298{\times}10^{-6})cm^3STP/g$는 대기기원의 값을 보인다.

• 지질공학
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• 제26권4호
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• pp.551-559
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• 2016

한반도 동남부에 발달된 양산단층과 감포지역 단층대에서 지하수의 순환에 대한 단층대의 영향을 알아보기 위하여 10개 암반 지하수를 채취하여 화학성분과 영족기체 동위원소 특성을 분석하였다. 분석결과 지하수의 화학적 유형은 $Ca-HCO_3$ 형에서 $Ca-SO_4(Cl)$ 형의 영역을 보이며, 지질과의 뚜렷한 상관성을 보이지 않는다. 영족기체인 $^3He/^4He$와 $4^He/^{20}Ne$ 동위원소비 상관관계도에서 1점을 제외한 지하수는 대기기원의 $^3He$가 우세하며, 이는 단층대를 통하여 강수의 지하수로 유입이 활발한 대수층 환경임을 지시한다. 아울러 단층대를 통한 심부의 헬륨공급이 없는 환경임을 시사한다. $^4He$의 비율이 비교적 높은 지하수는 물-암석반응이 상대적으로 충분한 대수층조건에서 암석기원의 $^4He$가 일부 기원되었음을 지시한다.

• 자원환경지질
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• 제40권5호
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• pp.635-649
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• 2007

이 연구에서는 호남지역에 분포하는 5개 온천(죽림, 변산, 지리산, 덕산, 화순)에서 9개 온천시료와 인근의 지하수 시료 3개를 채취하여 수질화학 성분과 안정동위원소 $({\delta}^{18}O,\;{\delta}D,\;{\delta}^{34}S)$ 및 영족기체(He, Ne, Ar) 동위원소 분석을 통하여 온천수의 지화학적 특성, 지화학적 진화, 그리고 황, 헬륨, 아르곤의 기원을 해석하고자 하였다. 호남지역 온천수의 수온은 $23.0{\sim}30.5^{\circ}C$ 범위로 저온형 온천특성을 보이고 pH는 $7.67{\sim}9.98$ 범위로 알카리성의 특성을 보여주었다. 전기전도도는 $153{\sim}746{\mu}S/cm$ 범위로 지역에 따라서 큰 차이를 보여주었다. 온천주변 지하수의 수질특성은 온천수보다 낮은 pH와 전기전도도의 특성을 보여주었다. 온천수와 지하수의 지화학적 성분은 파이퍼도상에서 크게 3개의 유형으로 구분된다($Na-HCO_3$ 유형, Na-Cl 유형, $Ca-HCO_3$ 유형). 온천수의 지화학적 진화과정을 보면 초기에 $Ca-HCO_3$ 유형에서 출발하여 $Ca(Na)-HCO_3$ 유형을 거쳐 $Na-HCO_3$ 유형으로 진화하였으며, 일부 온천수는(JR1)의 경우 pH 9.98의 알카리성으로, $Na-HCO_3$ 유형의 종말점까지 도달하여 지화학적 진화의 최종단계에 도달되었음을 보여준다. 온천수의 산소 및 수소동위원소 조성은 순환수선을 따라 도시되며 지역에 따라 위도효과를 보인다. 황산염에 대한 황동위원소 대부분 화성기원을 보인다. 그러나 JR1 온천은 고염수에서 기원한 것으로 보이는 해양성기원을 보인다. 온천수의 $^3He/^4He$ 비와 $^4He/^{20}Ne$ 비는 $0.0143{\times}10^{-6}{\sim}0.407{\times}10^{-6}$ 범위와 $6.49{\sim}584{\times}10^{-6}$ 범위를 각각 보여주어 대기와 지각성분의 혼합선상에 도시된다. 이는 온천수내 헬륨가스의 대부분이 지각기원임을 의미한다. 죽림온천(JR1)의 경우 맨틀기원의 헬륨가스의 혼합율이 다른 온천에 비해 다소 높은 비율을 보여준다. 이들 동위원소비와 온천수의 pH와는 대체적으로 정의 상관관계가 확인되었다. 아울러 $^{40}Ar/^{36}Ar$비가 $292.3{\times}10^{-6}{\sim}304.1{\times}10^{-6}$ 범위로 대기기원임을 지시한다.

• 지질공학
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• 제31권4호
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• pp.659-669
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• 2021

본 연구는 다양한 지질의 지하수(대전, 청원, 춘천, 이천, 괴산 지역) 내 우라늄-238 및 라돈-222와 같은 자연방사성물질의 산출과 헬륨 동위원소와의 상관성을 해석하고, 헬륨의 기원별 혼합비를 분석하여 대수층의 지표환경과의 연관성을 추론하고자 하였다. 이를 위하여 연구지역에서 9개의 지하수 시료를 채취하여 우라늄-238, 라돈-222, ³He/⁴He 동위원소를 분석하였다. 분석결과 복운모화강암 지역의 지하수에서 우라늄-238의 농도가 218~477 ㎍ /L의 범위로 높은 함량을 보여주었다. 지하수의 ⁴He 대기-지각 혼합비와 라돈-222 함량과는 상관성 있는 경향을 보여준다. 즉, 지각기원 ⁴He비가 높을수록 라돈의 함량이 높은 경향을 보인다. 그러나 헬륨과 우라늄-238과의 상관성은 거의 보여주지 않는다. 헬륨과 라돈은 불활성기체이므로 지하환경에서 거의 유사한 거동을 보이는 반면, 무기이온인 우라늄-238과 불활성기체인 헬륨은 그들의 거동 자체가 다르기 때문이다. 대기-지각-맨틀 기원의 헬륨 혼합비를 보여주는 3He/⁴He vs ⁴He/²⁰Ne 상관관계도에서 지하수는 3개의 그룹(대기, 대기-지각혼합, 지각-맨틀 혼합)으로 구분된다. 연구결과는 헬륨의 기원별 혼합비를 통하여 지하수 대수층의 환경과 지표환경과의 상관성 해석을 위한 도구로 활용될 수 있음을 시사한다.

• 지질공학
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• 제34권2호
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• pp.229-248
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• 2024

연구의 목적은 부산광역시 동래구에서 산출되는 온천수와 주변 지하수 및 지표수의 수리화학 및 동위원소 특성의 규명과 동래 온천수에 함유된 염수 성분의 기원에 대한 해석, 그리고 온천수의 열원을 포함한 생성 메커니즘을 밝히는 것이다. 동래 온천수의 수리화학적으로 Na-Cl 유형이며, 주변지하수(Na-HCO₃, Ca-HCO₃(SO₄, Cl)), 지표수(Ca-HCO₃(SO₄, Cl))의 유형과는 다른 형태를 보인다. 이는 지하수에 비해 온천수가 보다 심부의 다른 지화학적 환경에 있음을 지시한다. δ¹⁸O와 δD 분석결과 온천수는 지하수에 비해 상대적으로 결핍된 값을 보여주며, 이는 온천수의 함양지역에 대한 고도효과를 반영하고, 온천수의 심부 순환과정을 지시한다. 온천수 내 헬륨과 네온 동위원소비(³He/⁴He, ⁴He/²⁰Ne)는 맨틀기원(³He = 3.76~4.01%)과 지각기원(⁴He = 95.99~96.24%) 범위에서 대기기원 헬륨과의 단일혼합선상에 도시되어 온천의 열원이 암석내 방사성물질의 붕괴에 의한 열임을 간접적으로 지시한다. 실리카-엔탈피 모델, Giggenbach 모델 등으로 계산된 지열저장소 온도는 82~130℃의 범위로 계산되었으며, 지열저장소의 깊이는 지표로부터 약 1.7~2.9 km로 계산되었다. 동래 온천수의 Cl/Na 및 Cl/HCO₃의 당량비 상관관계는 해수의 혼합영향을 지시하며, 해수의 유입은 잔류고염수의 용해로 해석된다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제13권1호
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• pp.1-12
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• 2008

이 연구는 한반도 동해안 일대에 분포하고 있는 주요 온천에 대하여 화학성분, 안정동위원소, 삼중수소 그리고 헬륨과 아르곤 같은 영족기체의 동위원소 특성을 분석하여 온천유형별 온천수의 지화학적 특성을 밝히고, 영족기체의 기원을 규명하고자 하였다. 이를 위하여 동해안 일대의 6개 온천지에서 11개의 온천수 시료와 14개의 가스시료를 채취하여 분석하였다. 온천수의 수리화학적 특성을 보면 오색탄산온천수를 제외한 모든 온천수의 pH는 $7.0{\sim}9.1$ 범위의 약알카리성 내지 알카리성을 보이며 오색탄산온천의 pH는 5.7의 약산성의 특성을 보였다. 온천수의 토출온도는 $25.7{\sim}68.3^{\circ}C$ 범위를 보였으며 전기전도도는 $202{\sim}7,130{\mu}S/cm$의 넓은 범위로 해운대와 동래온천은 평균 $3,890{\mu}S/cm$으로 높은 값을 보인다. 온천을 용존성분에 따른 분류하면 오색, 척산, 백암, 덕구온천은 소량의 유황가스 함유한 알카리성의 Na-$HCO_3$형으로 분류되고, 해운대와 동래온천은 높은 TDS(총용존고형물질)의 해수형 Na-Cl형을 보인다. 그리고 오색탄산온천은 약산성으로 탄산을 함유한 Na-$HCO_3$형으로 분류된다. 연구지역 온천수의 ${\delta}^{18}O$와 ${\delta}D$값은 각각 $-7.8{\sim}-11.7%o$과 $-57.3{\sim}86.4%o$의 범위를 보여 온천수가 순환수 기원임을 지시한다. 위도가 높아질수록 낮은 동위원소 조성 값을 보이는 위도효과가 잘 나타난다. 일부 해수형온천수의 삼중수소 함량은 거의 0 TU에 가까운 값을 보여 최소 약 50년 이상 체류한 물임을 알 수 있다. 오색탄산온천수를 제외한 온천수의 $^3He/^4He$ 동위원소비는 $0.1{\times}10^{-6}{\sim}1.1{\times}10^{-6}$ 범위를 보여, 대기-지각 혼합선보다 상위에 분포한다. 이는 온천수내 He 가스가 대부분 대기와 지각기원이며, 일부는 맨틀기원의 He 가스가 부분적으로 존재한다는 것을 의미한다. 판 경계부에 위치한 일본의 온천수내 He가스는 대부분이 맨틀기원으로 알려져 있어 판 경계부에서 떨어진 우리나라의 경우와 뚜렷한 차이를 보인다. 그러나, 오색탄산온천에서는 대기기원 He 동위원소비보다 2.4배 높은 값인 $3.3{\times}10^{-6}$을 보여주어 지하 심부의 맨틀기원의 가스가 지각상부 대수층까지 공급된 것으로 해석된다. 온천수의 $^{40}Ar/^{36}Ar$ 비는 대기기원의 값과 유사한 범위를 보인다.

• 지질공학
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• 제22권1호
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• pp.123-134
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• 2012

본 연구에서는 경북 청송지역 달기탄산약수를 대상으로 수리화학적 특성을 밝히고, ${\delta}^{13}C_{DIC}$ 분석과 영족기체 동위원소 ($^3He/^4He$, $^{20}Ne/^{22}Ne$)의 존재비를 분석하여 영족기체와 연계한 탄산가스의 기원을 밝히고자 하였다. 달기 탄산약수의 수리화학적 특성은 pH 5.93~6.33 범위로 약산성의 특성을 보이고, 전기전도도 값은 1,950~$3,030{\mu}S/cm$ 범위로 높은 값을 보인다. 탄산약수의 수리화학적 유형은 Ca(Mg)-$HCO_3$ 형에 속하며, Na의 함량도 매우 높은 값을 보인다. 모든 약수는 Fe, Mn의 함량이 음용수 수질기준치를 초과하고, 일부에서는 As의 함량이 높은 값을 보인다. 탄산약수의 주요 이온성분 함량은 1999년에 보고된 함량보다 전반적으로 약간 높은 값을 보인다. 달기 탄산약수의 ${\delta}^{13}C_{DIC}$값은 -6.70~-4.47‰범위를 보여 $CO_2$의 기원은 맨틀과 마그마와 같은 지하 심부기원임을 지시한다. 달기탄산약수는 $^3He/^4He$비가 $7.67{\times}10^{-6}{\sim}8.38{\times}10^{-6}$ 범위로 높은 값을 보이고, $^4He/^{20}Ne$비는 21.32~725.7 범위를 보여, 대기-맨틀-지각 기원의 3성분계상에서 헬륨가스의 기원이 맨틀과 같은 심부기원(혹은 화산성기원)의 영역에 도시된다. 이와 같은 연구결과는 과거 달기약수내 $CO_2$가 무기기원이라는 해석과는 달리 보다 분명한 심부기원의 $CO_2$공급원을 제시하는데 의미가 있다.