• 자원환경지질
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• 제55권5호
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• pp.497-510
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• 2022

포항 달전리 주상절리(천연기념물 제415호)에서 발생하고 있는 낙석의 원인을 파악하기 위해 2018년 1월부터 2022년 8월까지 월별 모니터링과 3차원 스캔 측량, 전기 비저항탐사를 실시하였다. 약 5년간 주상절리대에서 떨어져 나온 낙석은 총 3,231개이며, 낙석의 크기(길이)는 20cm 이하가 1,521개(47%)로 가장 많고, 20~30cm는 978(30.3%), 30cm 이상은 732개(22.7%)가 발생하였다. 2018년부터 연도별 낙석 발생 개수는 감소하는 반면, 30cm 이상의 낙석 발생 빈도는 증가하는 경향을 보인다. 대규모의 낙석은 해빙기(3월~4월)와 장마기(6월~7월)에 주로 발생하였으며, 누적강우량과 낙석 발생 관계 분석에서 3~4일 간의 누적강우량도 낙석 발생에 밀접한 관계가 있는 것으로 나타났다. 주상절리 내의 사면물질(충진물)을 대상으로 한 XRD 분석에서 팽창성 점토광물인 스멕타이트와 일라이트가 관찰되었으며 전기비저항탐사에서 단층파쇄대가 존재하는 것이 확인되었다. 또한, 확인된 단층파쇄대와 3D 정밀측정을 통해 분석된 최대 침식지점이 무인카메라에서 관찰된 주 낙석 발생 지점과 일치하였다. 따라서 포항 달전리 주상절리의 낙석 발생 주요 원인은 내부요인(단층파쇄대와 절리의 발달, 암석의 풍화, 팽창성 점토광물의 존재)과 외부요인(강우량, 해빙기 급속한 융해현상)이 복합적으로 작용하여 대규모 낙석을 발생하는 것으로 판단된다. 반면, 일부에서 지속적으로 제기 되었던 포항-경주 지진은 주요 원인이 아님이 확인되었다.

• 자원환경지질
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• 제46권3호
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• pp.221-234
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• 2013

국내 이산화탄소 지중저장 후보지인 포항분지의 심부 대수층 구성하고 있는 사암과 이암을 대상으로 초임계$CO_2$ 반응에 의한 암석의 지화학적/광물학적 풍화를 규명하는 실험을 실시하였다. 고압셀 장치를 사용하여 실험실 규모의 $CO_2$ 지중저장 조건을 모사하였으며, 시추한 포항분지 암석이 미고결 상태임을 감안하여 암석시료는 입자상으로 분쇄하여 시료 30 g과 지하수 100 ml를 고압셀(200 ml 용량)에 넣고 100 bar, $50^{\circ}C$ 조건에서 총 60일 동안 반응시켜, 초임계$CO_2$ 주입 시 포항분지 심부 사암층과 이암층 내에서 발생하는 초임계$CO_2$-암석-지하수반응을 재현하였다. 반응 후 10일, 30일, 60일 간격으로 시료를 회수하여 암석의 지화학적 풍화 정도를 정량화하기 위한 XRD(X-Ray Diffractometer), BET(Brunauer-Emmett-Teller) 분석을 실시하였고, 암석 슬랩($15mm{\times}40mm{\times}5mm$)을 같은 지중 조건에서 반응시켜 반응시간에 따른 지하수시료의 용존 이온 농도 변화를 ICP/OES로 분석하였다. XRD 분석결과, 초임계$CO_2$-암석-지하수반응에 의해 사암과 이암을 구성하는 광물 중 사장석과 정장석(기질의 장석류 포함)의 비율이 가장 크게 감소한 것으로 나타났다. 사암의 경우 점토광물인 일라이트, 스멕타이트, 황철석 비율이 증가하였으며, 이암의 경우 일라이트, 카오리나이트, 칼슘을 함유한 불소인회석 비율이 증가하였다. 반응시간에 따른 지하수 이온 농도 분석결과, 사암과 이암에서 방해석과 장석류의 용해가 가장 활발히 일어나 지하수 내 $Ca^{2+}$, $Na^+$농도가 증가하였다. $K^+$, $Si^{4+}$, $Mg^{2+}$ 같은 이온들의 농도는 반응시간 동안 증가와 감소를 반복하였는데, 이는 암석의 용해와 2차 광물의 침전이 함께 일어나고 있음을 의미한다. 사암과 이암 입자의 비표면적은 반응 60일 후까지 각각 $27.3m^2/g$과 $19.6m^2/g$에서 $28.6m^2/g$과 $26.6m^2/g$으로 증가하였으며, 미세공극의 평균 크기는 각각 $72.6{\AA}$, $96.7{\AA}$에서 $68.4{\AA}$과 $75.8{\AA}$으로 지속적으로 감소하여, 초임계$CO_2$-암석-지하수반응에 의해 입자 표면이 용해되면서 미세 공극들이 추가로 형성되어 비표면적이 증가하는 것으로 나타났다. 본 연구를 통하여 포항분지 사암에 $CO_2$를 지중 주입하는 경우, 암석의 용해 및 침전반응에 의한 대상암석의 물성변화가 지중저장의 효율성과 안정성에 큰 영향을 미칠 수 있다는 것을 입증하였다.

• 한국광물학회지
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• 제27권4호
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• pp.301-310
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• 2014

황철석이 다량 존재하는 지역에서 산성암석배수에 의한 중금속 거동과 관련된 단층비지의 역할을 알아보기 위해, 양산지역에 분포하는 함황철석 안산암의 모암과 단층비지에 대하여 XRD, pH, XRF, SEM-EDS, ICP 분석을 실시하였다. 연구결과 모암의 주 구성광물로 석영(quartz), 엽랍석(pyrophyllite), 황철석(pyrite), 일라이트(illite), 황옥(topaz)이 관찰되었고 짙은 갈색의 단층비지 시료의 경우 석영(quartz), 일라이트(illite), 녹니석(chlorite), 스멕타이트(smectite), 침철석(goethite), 카콕세나이트(cacoxenite)가 동정되었으며 침철석이 주 구성광물이었다. 모암에서 동정된 광물 종으로 보아 모암은 열수 변질 작용을 많이 받은 것으로 보인다. ICP분석 결과 각 시료의 중금속 농도는 모암의 경우 Zn > As > Cu > Pb > Cr > Ni > Cd 순을 보였으며, 단층비지의 경우 As > Zn > Pb > Cr > Cu > Ni > Cd 순으로 나타났다. 두 시료를 비교해 보면 중금속의 총량은 전체적으로 단층비지에서 상대적으로 더 높은 값을 나타내며 특히 Pb, As, Cr은 2배 이상의 큰 차이를 보인다. 이러한 차이는 단층비지의 주 구성광물인 침철석의 높은 반응성과 넓은 표면적에 의해 Pb, As, Cr과 같은 중금속들이 공침 혹은 흡착되어 특히 높은 농도를 나타내며 또한 황철석의 산화에 의한 낮은 pH에 의하여 이러한 효과가 더욱 증가되었다고 사료된다. 그리고 자연환경에 쉽게 영향을 줄 수 있는 labile (step 1)과 acid-soluble (step 2)을 합한 농도의 비율은 대부분의 중금속이 모암에서 더 높게 나타나는 것을 확인하였다. 결과적으로 연구지역에서 단층비지는 모암에 비하여 많은 양의 중금속을 함유하고 연속추출법 단계 중 상대적으로 자연에 쉽게 유출될 수 있는 단계의 비율이 낮은 것으로 나타나 산성암석배수에 의한 피해가 예상되는 지역에서 단층비지는 중금속이 쉽게 용출되지 않게 하는 저장소로 큰 역할을 하는 것으로 판단된다.

• 지질공학
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• 제19권2호
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• pp.235-250
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• 2009

경북 영천 북안면 일대 지하수의 수질화학적 특정과 붕소, 브롬, 스트론튬 성인에 대하여 연구하였다. pH는 7.37${\sim}$8.39 범위로서 중성 내지 약알칼리성이다. B는 0.41${\sim}$4.62mg/L범위로 평균 1.74mg/L 함유된다. Br은 0${\sim}$3.24mg/L 범위, 평균 2.22mg/L 함유되어 있다. Sr은 0.93${\sim}$8.64mg/L 범위, 평균 2.76mg/L 함유되어 있다. 지하수의 수질유형은 $Ca-HCO_3$가 가장 흔하다. EC에 가장 크게 기여하는 주요 성분들은 Na, $SO_4$, Cl 등인데, 이들의 결정계수는 각각 0.85, 0.70, 0.90이다. 염소이온에 대한 Na, K, $SO_4$는 결정계수가 각각 0.54, 0.68, 0.53으로서 서로 비례함을 나타낸다. 특히 B-Sr와 $Sr-SO_4$간의 결정계수는 각각 0.65, 0.64로 상관성이 높다. 지하수의 경우 Cl/Br 비는 5.21${\sim}$30.70 범위인데 이는 염소가 상당히 결핍되어 있음을 지시한다. $SO_4/Cl$의 비는 1.32${\sim}$27.24 평균 5.92범위인데, 이는 지하수에 다량의 $SO_4$ 이온이 유입되거나, 염소결핍 현상으로 해석된다. 화학종의 존재형태를 계산결과 B는 대부분 $H_3BO_3$형을 가지며, 일부는 $H_2BO_3$로서 존재한다. Br은 $Br^-$ 이온으로서만 존재한다. Sr은 대부분 $Sr^{2+}$로서 존재하며, 일부는 $SrSO_4$로 존재한다. 포화지수를 계산한 결과 중정석, 카올리나이트, 일라이트, K-운모, 스멕타이트와 같은 점토광물군은 과포화상태이며, 실리카 광물, 석고, 경석고, 활석, 녹니석, 크리소타일, 장석 등은 거의 포화상태에 근접한다. 셀레스타이트의 포화지수는 -2.23${\sim}$-0.13 범위로서 여전히 불포화상태이다. halite의 경우 상당한 불포화상태에 있다. B, Sr의 경우 본 역에 널리 분포하는 백악기말-신생대초의 유천층군 화산활동과 관련되었을 가능성이 가장 높다. 본 지역에서의 Br은 주로 지질과 관련되나 외부 오염물의 유입에 의한 특징도 있다고 볼 수 있다.

• 대한지하수환경학회지
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• 제5권4호
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• pp.177-191
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• 1998

경북 풍기읍 일대의 선캠브리아기 편마암 지역에 부존하는 지하수계의 수리지구화학.수리지질학적 특성을 규명하기 위하여, 지표수, 천층 지하수(심도＜70 m) 및 심층 지하수(심도 500~810 m)를 대상으로 수리화학, 다변량 통계, 열역학, 환경 동위원소(삼중수소, 산소-수소, 탄소, 황) 및 질량 보존 모델링을 포함한 종합적인 연구를 수행하였다. 천층 지하수의 수질은 Ca, Mg, SO$_4$및 NO$_3$의 함량이 높은 'Ca-HCO$_3$' 유형으로 특징되는 반면, 심층 지하수는 Na, Ba, Li, H$_2$S, F 및 Cl의 함량이 높고 방해석에 대해 포화 상태를 보이는 'Na-HCO$_3$' 유형으로 특징된다. 본 지역 자연수의 수질은 크게 두 유형, 즉 1) 지표수 및 천층 지하수와 2) 심층 지하수 및 일부천층 지하수로 대분되며, 앞의 유형은 계절적인 조성 변화를 나타낸다. 다변량 통계 분석 결과, 심층 지하수의 수질을 지배하는 세 개의 요인이 도출되었다. 이들 요인은 총 86%의 설명력을 가지는데, 1) 사장석의 용해와 방해석의 침전, 2) 황산염의 환원, 3) 수산화 광물(특히 운모류)의 산성 가수 분해 반응으로 요약될 수 있다. 열역학적 해석 결과와 결합한 질량 보존 모델링을 통하여, 심층 지하수의 수질 특성을 지배하는 수/암 반응을 적절히 설명해 주는 네 개의 모델을 제시하였다. 각 모델은 사장석, 고령토 및 운모류 용해와 방해석, 일라이트, 로몬타이트, 녹니석 및 스멕타이트의 침전을 보여준다. 산소 및 수소 동위원소 연구 결과, 심층 지하수의 경우는 먼 거리의 고지대(소백산 일대)에서 충진된 강우로부터 기원한 후 광역적인 심층 순환을 하면서 상당한 정도의 수/암 반응을 수반한 반면, 천층 지하수는 근처의 저지대에서 충진되었음을 알 수 있다. 삼중수소 자료에 따르면, 심층 지하수(0.2 TU)의 충진 연령은 핵실험 이전인 반면, 천층 지하수(5.66~7.79 TU)는 핵실험 이후였다. 용존 황산염의 황동위원소 조성 분석을 통하여, 본 지역의 심층 지하수에서 특징적으로 높은 함량을 보이는 황화수소(최대 3.9mg/l) 는 황산염의 환원에 기인함을 밝혔다. 또한, 용존 탄산염의 탄소 동위원소비는 토양 이산화탄소에 의한 탄산염 광물의 용해(천층 지하수의 경우), 또는 방해석의 재침전(심층 지하수의 경우)에 의해 조절되고 있음을 확인하였다. 본 지역에 부존하는 지하수의 기원과 유동 및 화학적 진화를 종합적으로 보여주는 모델을 제시한다.

• 자원환경지질
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• 제30권4호
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• pp.303-312
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• 1997

황해 대륙붕의 준고화된 표층퇴적물에서 자생하는 해록석들을 산출상태와 외부조직에 따라 괴상형, 균열형 및 다공질형으로 분류하였다. 이 해록석은 현세의 해침에 의하여 퇴적된 표층의 사질퇴적물내에 산포상으로 산출되며, 보통 0.1~1 mm 크기의 직경을 갖는다. x-선 회절분석 결과로 계산된, 해록석의 단위포와 크기는 $a=5.242{\AA}$, $b=9.059{\AA}$, $c=10.163{\AA}$, ${\beta}=100.5^{\circ}$, $V=474.53{\AA}^3$ 이고, 화학조성과 단위포의 크기로 계산된 밀도는 $2.60{\pm}0.45gm/cc$ 이다. 이 광물은 가열실험시 $10{\AA}$의 회절선이 증가하는 것으로 볼때 일정한 팽윤층을 갖는 것으로 보인다. $O_{10}(OH)_2$를 기준으로 평균조성을 구하면, 팔면체 자리의 Fe 함량은 1.19~2.06 이고, Al 함량은 0.18~0.76 이다. Fe와 Al은 서로 치환관계를 보이며 다공질형에서 괴상형으로 갈수록 Fe의 함량은 증가하고 Al은 감소한다. Mg의 함량은 0.35~0.54로서 Al이 높을수록 Mg의 양도 증가한다. K의 함량은 0.34~0.71의 범위를 보이며 다공질형에서 괴상형으로 갈수록 증가한다. 괴상형 또는 균열형 해록석은 질서/무질서의 혼합층 운모이며, 다공질형의 해록석은 혼합층 일라이트/스멕타이트로서 7~27%의 팽윤층을 포함한다. 이 광물은 표층 퇴적물이 퇴적된후에 극미립의 퇴적입자를 핵으로, 환원환경하에서 발생하는 퇴적물의 분해 및 생물체 파편과의 반응에 따라 자생한 것으로 추정된다.

• 자원환경지질
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• 제52권3호
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• pp.223-230
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• 2019

$SO_2$ 가스 반응제로 사용되는 석회석의 대체 가능 물질로서 가능성을 보기 위하여 굴 패각의 소성 작용이 많이 연구되고 있다. 그러나 실제 소성 시 순수한 패각만을 사용할 수 없기 때문에 일부 불순물들이 포함되며 이로 인한 소성물의 특성 변화가 예상된다. 본 연구에서는 불순물로 패각의 표면에 묻어 있는 퇴적물과 바닷물로부터 유래될 수 있는 NaCl의 함량에 따른 소성물의 표면 특성을 광물학적으로 연구하여 보았다. 패각에 묻어 있는 해양 퇴적물들은 주로 석영, 알바이트 사장석, 방해석과 더불어 소량의 각섬석과 일라이트, 녹니석, 스멕타이트 등의 점토광물로 구성되어 있었다. 이 퇴적물들을 굴패각에 0.2-4.0 wt%를 섞어서 $900^{\circ}C$에서 2시간 소성 시킨 결과 각 광물들이 이 보다 낮은 온도에서 탈수작용, 탈수산화작용 및 상변화를 겪음에도 불구하고 실제 소성물의 표면적에 미치는 영향은 거의 없었다. 그러나 NaCl의 경우 0.1 - 2.0 wt%의 양을 섞어서 같은 조건에서 소성 시켰을 때 전체적으로 소성 전의시료에 비하여 비표면적은 증가하였으나 NaCl의 양을 증가시킴에 따라 비표면적은 증가하였다가 다시 감소하는 경향을 보였다. 이는 표면의 형태변화와 밀접한 관계가 있는데 전자현미경 관찰 결과 NaCl의 양이 증가하면서 패각 표면의 모양은 겔과 비슷한 모양을 보이다 약간의 각진 더 작은 입자로 변하고 다시 겔과 같은 모습을 보인다. 결과적으로 NaCl의 경우 일부 굴패각의 용융 등 형태 변화에 영향을 주어 소성이 영향을 줄 수 있으나 그 함량에 따라서 그 영향이 다를 수 있음을 보여준다.

• 한국광물학회지
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• 제32권4호
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• pp.235-247
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• 2019

남해 섬진강 하구유역에 발달되어 있는 남해중앙니질대는 흑산머드벨트의 퇴적물들과 섬진강의 퇴적물들을 공급받는 것으로 알려져 있다. 그러나 니질 퇴적체를 형성하기 위해서는 위 지역에서 공급되는 퇴적물보다 더 많은 양의 퇴적물이 공급되어야하기 때문에, 추가적인 퇴적물 공급원에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 남해중앙니질대 퇴적물의 기원지 및 퇴적물 유입경로의 변화를 알아보기 위해, 16PCT-GC01 및 16PCT-GC03 코어에 대해 점토광물 및 주성분원소 분석을 수행하였다. 황하 퇴적물은 스멕타이트의 함량이 높고, 양쯔강 퇴적물은 일라이트의 함량이 높으며, 한국 강 퇴적물들은 카올리나이트와 녹니석의 함량이 높다. 또한 한국 강 퇴적물은 Al, Fe, K가 풍부하고, 중국 강 퇴적물은 Ca, Mg, Na 등이 풍부하다. 따라서 점토광물과 주성분원소를 이용해 퇴적물의 기원지를 추적할 수 있다. 연구 결과, 남해중앙니질대의 코어 퇴적층은 총 3개의 퇴적 단위(sediment unit)로 구분할 수 있다. 해수면이 가장 낮은 저수위기(lowstand stage)에 해당되는 퇴적 단위 3은 황하로부터 공급된 퇴적물이 연안류 혹은 조석 작용에 의해 연구지역으로 공급된 것으로 해석되고, 해수면이 빠르게 상승하는 해침기(transgressive stage)에 해당되는 퇴적 단위 2는 황하의 영향이 약해지고 양쯔강과 한국 강들의 영향이 강해지는 것으로 해석된다. 현재와 같은 해수면과 해류의 순환이 형성된 고수위기(highstand stage)에 해당되는 퇴적 단위 1은 양쯔강과 한국 강으로부터 퇴적물이 해류를 통해 연구지역으로 공급된 것으로 해석된다.

• 자원환경지질
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• 제36권5호
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• pp.321-328
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• 2003

인도네시아 반둥시(Bandung)의 남서부에 위치하는 땅긍(Tanggueng)지역의 금 및 비철금속(base-metal)의 광화작용은 Jampang Formation(올리고신-마이오신)의 결정질 및 암편질 응회암의 열극을 충진한 천열수성 맥상광체로 Celak, Cilangkap, Cigodobras 및 Pasirbedil 등의 주요 4개 석영맥으로 구성된다. 주요 광석광물로는 황철석, 황동석, 섬아연석, 방연석 및 반동석 등이 산출된다. 광화작용과 관련된 열수변질작용은 규화작용이 지배적이며, 견운모화(phyllic), 점토화(argillic) 및 산점상의 황철석을 포함하는 프로필리틱화작용(Propylitic)이 관찰된다. 관찰되는 맥석광물은 스멕타이트-일라이트의 혼합층광물, 녹니석, 견운모 및 카올리나이트 등이다. 광석광물의 침전은 0.0∼8.3 wt.%의 상당염농도를 갖는 광화유체로부터 약 34$0^{\circ}C$에서 약 19$0^{\circ}C$에 걸쳐 진행되었다. 상대적인 고염농도의 유체는 (1)기상 유체포유물의 존재로부터 확인된 비등현상과 (2)황동위원소연구 결과로부터 열수 유체내 마그마 유체의 혼합으로 기인된 것으로 사료된다. 광화작용시의 압력은 약 120∼200 bar로 추정되며, 이는 열수계가 정암압에서 정수압 환경으로 전이되었음을 지시하여 주고 광화심도가 약 750∼1,200 m에 해당됨을 나타낸다. 유체포유물의 균질화온도와 공생관계로부터 추정된 온도를 적용하여 계산된 열수 유체내 $H_2S$의 ${\gamma}^{34}$값은 -0.2∼l.8$\textperthousand$로서, 이는 광화유체내 황의 기원이 마그마임을 지시한다.

• 한국해양학회지:바다
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• 제4권1호
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• pp.40-49
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• 1999

염분도, 부유물질의 농도, 난류의 세기 및 점토광물의 함량이 세립질 부유물질의 응집과 침전특성에 미치는 효과를 규명하기 위하여 수조실험을 실시하였다. 염분도, 부유물질의 초기농도($C_o$) 그리고 난류의 세기를 변화시켜면서 시간에 따른 농도 및 침전속도의 변화를 관찰하였으며, 동시에 수조의 저층에서 일정간격으로 부유물질을 채취하여 입도분석 및 점토광물의 함량비 변화와 업자 덩어리(floc)의 형성과정을 관찰하였다. 일정한 부유물질의 $C_o$ 상태에서 염분도의 증가에 따라 중앙침전속도($W_{50}$)는 선형적언 증가를 보였다. 해수상태(33‰)에서 농도변화에 따른 침전특성은 $C_o$ 범위에 따라 3가지 경우로 다르게 나타났다. 200 mg/l 이하의 범위에서는 농도변화에 따른 침전속도의 변화가 거의 일어나지 않았으며, 200~13,000 mg/l 범위에서는 '$W_{50}=0.45C^{0.44}$' 의 상호관계식에 따라($W_{50}$이 농도의 증가에 비례하며 가속화되었다. 한편, 13,000 mg/l 이상의 높은 농도 범위에서는 농도가 증가할수록 침전속도는 오히려 감소함을 보였다. 난류의 세기가 부유물질의 침전과정에 마치는 영향은 부유물질의 농도에 따라 다르게 나타났다. 상대적으로 부유물질의 농도가 낮아(500 mg/l) 입자간의 상호간섭이 활발하지 않은 상태에서는 난류의 발생은 업자간의 충돌기회를 증가시켜 응집작용과 침전을 촉진시키는 한편, 자연적으로 입자간의 충돌이 충분히 이루어지는 높은 농도(800 mg/l)에서는 난류의 발생은 오히려 상호 입자간의 분산과 간섭침전(hindered settling)을 일으켜 침전을 지연시켰다. 부동 유체 및 난류 발생 상태에서 모두 시간이 경과함에 따라 부유물질의 입도분급이 일어나며 입도분포의 왜도는 감소하고 첨도는 증가하였다. 점토광물중에서 스멕타이트가 가장 빨리 침전되는 반면, 일라이트가 가장 느린 침전속도를 보였다.