• 자원환경지질
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• 제56권6호
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• pp.847-870
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• 2023

고준위 방사성폐기물을 심지층에 안전하게 처분하기 위해서는 방사성 핵종의 장기적 지구화학 거동에 대한 정확한 예측이 요구된다. 이와 관련하여 본 연구에서는 국내 심부 지하수를 대표하는 다섯가지 지화학 환경 조건에서 지화학 모델링을 수행하여 일부 방사성 핵종의 지화학 거동을 예측하였다. 다섯가지 국내 심부 지하수의 지화학 환경은 다음과 같다: 고 TDS 염지하수(G1), 산성 pH의 CO₂가 풍부한 지하수(G2), 고 pH 알칼리성 지하수(G3), 황산염이 풍부한 지하수(G4), 묽은(담수) 지하수(G5). 3~12의 pH 범위와 ±0.2V의 산화-환원전위(Eh) 조건에서 일부 방사성 핵종(우라늄, 플루토늄, 팔라듐)의 국내 심부 지하수 내에서의 용해도와 화학종(존재형태)을 예측하였다. 모델링 결과, 용존 상태의 우라늄은 주로 U(IV)로서 중성~알칼리성의 넓은 pH 환경에서 높은 용해도를 보였으며, Eh가 -0.2V인 환원 환경에서도 알칼리 pH 조건에서 높은 용해도를 보였다. 이러한 높은 용해도는 주로 Ca-U-CO₃ 착물의 형성에 의한 것으로 예측되는데, 이 착물의 활동도(activity)는 국내 심부 지하수 중 주요 단층대를 따라 산출되는 G2와 화강암반에 위치하는 G3에서 높다. 한편, 플루토늄(Pu)의 용해도는 pH에 따라 달라지며, 특히 중성~알칼리성 조건에서 가장 낮은 용해도가 나타난다. 주요 화학종은 Pu(IV)와 Pu(III)이며, 이들은 주로 흡착을 통해 제거될 것으로 추정된다. 그러나 콜로이드에 의한 이동을 고려하면, 이온강도가 낮은 심부 지하수인 G3와 G5 유형에서 콜로이드 형성 및 이동 촉진에 따라 이동성이 증가할 것으로 예상된다. 팔라듐(Pd)은 환원 환경에서는 황화물 침전 반응으로 인해 낮은 용해도를 나타내며, 산화 환경에서는 주로 금속(수)산화물에의 흡착을 통해 Pd(OH)₃^-, PdCl₃(OH)₂^-, PdCl₄^2- 및 Pd(CO₃)₂^2-와 같은 음이온 착물이 제거될 것으로 판단된다. 본 연구는 한국의 심부 지하수 환경에서 방사성 핵종의 운명과 이동에 대한 이해를 높이고, 고준위 방사성 폐기물의 안전한 처분을 위한 전략 개발에 기여할 것으로 기대된다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제19권4호
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• pp.517-532
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• 2021

Safe geological disposal of spent nuclear fuel (SNF) requires knowledge of the deep hydrochemical characteristics of the repository site. Here, we conducted a set of deep hydrochemical investigations using a 750-m borehole drilled in a model granite system in Wonju, South Korea. A closed investigation system consisting of a double-packer, Waterra pump, flow cell, and water-quality measurement unit was used for in situ water quality measurements and subsequent groundwater sampling. We managed the drilling water labeled with a fluorescein dye using a recycling system that reuses the water discharged from the borehole. We selected the test depths based on the dye concentrations, outflow water quality parameters, borehole logging, and visual inspection of the rock cores. The groundwater pumped up to the surface flowed into the flow cell, where the in situ water quality parameters were measured, and it was then collected for further laboratory measurements. Atmospheric contact was minimized during the entire process. Before hydrochemical measurements and sample collection, pumping was performed to purge the remnant drilling water. This study on a model borehole can serve as a reference for the future development of deep hydrochemical investigation procedures and techniques for siting processes of SNF repositories.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2006년도 총회 및 춘계학술발표회
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• pp.303-306
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• 2006

Using a variety of chemical geothermometers we estimate the temperature of a deep geothermal reservoir in relation to thermal groundwater in the Bugok area, southern Korea, in order to assess the potential use of geothermal energy in South Korea. Thermal water at Bugok has been exploited down to about 400 m below the land surface and shows the highest outflow temperatures (up to $78{\circ}C$) in South Korea. Based on the hydrochemical data and occurrence, groundwater in Bugok can be classified into three groups: $Na-SO_4$ type thermal groundwater (CTGW) occurring in the central part (about 0.24 $km^2$) $Ca-HCO_3$ type cold groundwater (SCGW) occurring in shallow peripheral parts of CTGW; and the intermediate type groundwater (STGW). CTGW waters are typical of thermal water in the area, because they have the highest outflow temperatures and contain very high concentrations of Na, K and $SiO_2$ due to the sufficient reaction with silicate minerals in deep reservoir. Their enriched $SO_4$ was likely formed by gypsum dissolution. The major ion composition of CTGW shows the general approach to a partial equilibrium state with rocks at depth. The application of various alkali ion geothermometers yields temperature estimates in the range of 88 to $198{\circ}C$ for the thermal reservoir. Multiple mineral equilibrium calculation indicates asimilar but narrower temperature range between about 100 and $155{\circ}C$. These temperature estimates are not significantly higher than the measured outflow temperatures for CTGW Considering the heat loss during the ascent- of thermal waters, this fact may suggest that a thermal reservoir in the study area is likely located at relatively shallow depths (possibly close to the depth of preexisting wells). Therefore, we suggest a high potential for geothermal energy development around the Bugok area in southern Korea.

• 터널과지하공간
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• 제31권4호
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• pp.211-220
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• 2021

한국의 대심도 (>40m 깊이) 터널 공사 시에 터널 붕괴 사고가 종종 일어나고 있으며, 도심지 지하공간의 얕은 심도에 인공적으로 조성된 지반에는 자연 공동뿐만 아니라 상수도관, 하수도관, 전력구 및 지하철 건설로 인한 인위적인 공동들이 복잡하게 분포되어 있다. 대심도 터널 굴착을 위해서는 이러한 다공질의 특성을 보이는 다양한 지반의 특성 및 지질구조가 지반의 안전에 미치는 영향을 이해하여야 한다. 본 연구는 국내외 사례를 바탕으로 한국의 대심도 굴착에서 암반의 위험 산정을 위한 위험 인자를 분석하였다. 연구결과, 대심도 터널 굴착시 지반의 안정성에 영향을 주는 총 7개의 카테고리들과 총 38개의 인자들이 도출되었다. 가중치가 상대적으로 높은 인자들은 단층 및 단층점토, 차응력, 암종, 지하수 및 머드 유입, 암석의 일축압축강도, 터널 단면의 크기, 터널 상부 암반의 두께, 카르스트 및 계곡지형, 습곡, 석회암의 협재, 지하수위 변동, 터널 심도, 암맥, RQD, 절리 특성, 이방성, 암반파열(rockburst) 등으로 나타났다.

• 자원환경지질
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• 제55권6호
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• pp.737-760
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• 2022

고준위 방사성 폐기물(High-level radioactive waste; HLW)의 지질처분을 위해서는 심부 지하 환경에 대한 이해가 선행되어야 하며, 이는 지질학적, 수리지질학적, 지구화학적, 지질공학적 조사를 통해 가능하다. 우리나라는 HLW의 지질처분을 계획하고 있으나, 심부 지하 환경의 지구화학적 특성에 관한 연구가 부족한 편이다. 이에 본 논문에서는 지질처분 부지 선정을 위한 지구화학적 조사를 중심으로 선진국의 심부 지하수 연구 동향을 살펴봄으로써 앞으로 국내 수리지구화학 분야의 연구 과제를 도출하는데 참고하고자 하였다. 해외 8개 국가(미국, 캐나다, 핀란드, 스웨덴, 프랑스, 독일, 일본, 스위스)의 심부 지하 환경 조사 방법 및 결과와 함께 지질처분 부지 결정 과정과 향후 연구 계획을 살펴본 결과, 해외 선진국에서는 심부 지하 환경의 지구화학적 특성화를 위해 지하수 및 난대수층 내 간극수의 수화학과 동위원소(예: SO₄^2-의 ³⁴S, ¹⁸O, DIC의 ¹³C, ¹⁴C, H₂O의 ²H, ¹⁸O), 균열 충전광물(fracture-filling minerals), 유기물, 콜로이드, 산화-환원 지시자(예: Eh, Fe²⁺/Fe³⁺, H₂S/SO₄^2-, NH₄⁺/NO₃^-) 등을 조사하고 있으며, 이들 지구화학 자료의 통합 해석을 통해 해당 심부 환경이 지질처분에 적합한지를 평가하였다. 국내의 경우, 인공신경망을 이용한 Self-Organizing Map(자기조직화 지도), 다변량 통계 기반 M3 모델링(지하수 혼합 모델), 반응-경로 모델(reaction path model) 등을 이용하여 심부 지하수의 수화학적 유형 분류 및 진화 패턴 규명, 천부 지하수 혼합 영향, 균열 충전광물과 지하수화학 사이의 관계를 규명한 바 있다. 그러나 지질처분 부지를 선정하는데 있어 과학적 근거를 확보하기 위해 중요한 기타 지구화학 자료(예: 동위원소, 산화-환원 지시자, 용존유기물)가 매우 부족한 현실이며, 따라서 최적의 지질 처분지를 찾기 위해서는 지역별/유형별 심부 지하수에 대한 지구화학적 자료 구축이 요구된다.

• 자원환경지질
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• 제56권6호
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• pp.729-744
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• 2023

전기 자동차 및 배터리에 대한 수요가 증가함에 따라 리튬의 가치가 크게 증가하였다. 리튬은 주로 페그마타이트, 열수변질을 받은 응회암질 퇴적 점토 및 대륙성 염수에서 발견된다. 전 세계적으로 지하수로 공급되는 염호와 유전 염수는 세계 리튬 생산량의 약 70%를 차지하는 대륙 염수의 주요 리튬 공급원으로 주목받고 있다. 최근에는 심부 지하수, 특히 지열수도 리튬의 잠재적 공급원으로 연구되고 있다. 심부 지하수의 리튬 농도는 상당한 물-암석 반응과 염수와의 혼합을 통해 증가할 수 있다. 심부 지하수 중의 리튬 탐사를 위해서는 그 기원과 거동을 이해하는 것이 중요하다. 따라서 본 연구에서는 전국적인 규모에서 국내 온천지역 지열수의 수문지화학 특성과 진화에 관한 예비연구를 바탕으로, 심부 지하수 환경에서의 리튬의 분포를 평가하고 그 농도에 영향을 미치는 지구화학적 요인을 이해하고자 하였다. 총 555개의 온천 지하수 시료 자료는 수화학적 특성에 따라 뚜렷한 지화학 진화 특성을 갖는 5가지 유형으로 분류되었다. 또한, 리튬의 부화 기작을 평가하기 위해 리튬 농도가 90번째 백분위수(0.94 mg/L)를 초과하는 시료(n = 56)에 대해 자세히 고찰하였다. 리튬의 농도는 수화학 유형에 따라 유의미한 차이를 보였는데, Na(Ca)-Cl유형, Ca(Na)-SO₄유형, pH가 낮은 Ca(Na)-HCO₃ 유형 순이었다. Ca(Na)-Cl 유형에서 리튬 부화는 해수침투에 따른 역이온 교환으로 발생한다. 백악기 화산퇴적 분지에서 특징적으로 나타나는 Ca(Na)-SO₄ 유형 지하수에서 용존 리튬의 부화는 열수 변질 점토 광물의 산출 및 화산활동과 관련이 있는 반면, 낮은 pH의 Ca(Na)-HCO₃ 유형 지하수에서는 심부 CO₂의 상승 혼입에 의한 기반암의 풍화 촉진으로 인해 리튬 부화가 일어난 것으로 해석된다. 본 광역 예비 지화학 연구 결과는 심부 지질환경에서의 수문지화학 진화에 대한 이해와 함께 향후 경제성 있는 리튬 탐사 지침과 관련하여 유용한 정보를 제공할 것이다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2005년도 총회 및 춘계학술발표회
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• pp.101-104
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• 2005

To understand the geologic and hydrogeochemical controls on the occurrence of high fluoride concentrations in bedrock groundwaters in South Korea, we examined a total of 367 hydrochemistry data obtained from deep groundwater wells (avg, depth = 600 m) that were drilled for exploitation of hot springs. The fluoride concentrations were generally very high (avg. 5.65 mg/L) and exceeded the Drinking Water Standard (1.5 mg/L) in 72% of the samples, A significant geologic control of fluoride concentrations was observed: the highest concentrations occur in the areas of granitoids and granitic gneiss, while the lowest concentrations in the areas of volcanic and sedimentary rocks. In relation to the hydrochemical facies, alkaline $Na-HCO_3$ type waters had remarkably higher F concentrations than circum-neutral to slightly alkaline $Ca-HCO_3$ type waters. The Prolonged water-rock interaction occurring during the deep circulation of groundwater in the areas of granitoids and granitic gneiss is considered most important for the generation of high F concentrations. Under such condition, fluoride-rich groundwaters are likely formed through hydrogeochemical processes consisting of the removal of Ca from groundwater via calcite precipitation and/or cation exchange and the successive dissolution of plagioclase and F-bearing hydroxyl minerals (esp. biotite). Thus, groundwaters with high pH and very high Na/Ca ratio within granitoids and granitic gneiss are likely most vulnerable to the water supply problem in relation to the enriched fluorine.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제19권2호
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• pp.25-37
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• 2014

The volcanic type of geothermal water is linked intimately to active or potentially active volcanoes and takes place near the plate boundaries. In contrast to the volcanic type, the geothermal water in Korea has a non-volcanic origin. Korea's geothermal water is classified into the residual magma (RM) type and deep groundwater (DG) type according to the criterion of $35^{\circ}C$. This study reviewed the relationship between the physical and chemical features of the 281 geothermal water sources in South Korea in terms of the specific capacity, water temperature, and chemical compositions of two different basements (igneous rock and metamorphic rock) as well as the geological structures. According to the spatial relationship between the geothermal holes and geological faults, the length of the major fault is considered a key parameter determining the movement to a deeper place and the temperature of geothermal water. A negligible relationship between the specific capacity (Q/s) and temperature was found for both the RM type and DG type with the greater specific capacities of the RM- and DG-igneous types than the RM- and DG-metamorphic types. No relationship was observed between Q/s and the chemical constituents ($K^+$, $Na^+$, $Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$, $Zn^{2+}$, $Cl^-$, $SO_4{^{2-}}$, $HCO_3{^-}$, and $SiO_2$) in the DG-igneous and DG-metamorphic types. Furthermore, weak relationship between temperature and chemical constituents was found for both the RM type and DG type.

• 방사성폐기물학회지
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• 제20권1호
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• pp.1-12
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• 2022

Bentonite is the most probable candidate to be used as a buffer in a deep geological repository with high swelling properties, hydraulic conductivity, thermal conductivity, and radionuclide sorption ability. Among them, the radionuclide sorption ability prevents or delays the transport of radionuclides into the nearby environment when an accident occurs and the radionuclide leaks from the canister, so it needs to be strengthened in terms of long-term disposal safety. Here, we proposed a surface modification method in which some inorganic additives were added to form NaP zeolite on the surface of the bentonite yielded at Yeonil, South Korea. We confirmed that the NaP zeolite was well-formed on the bentonite surface, which also increased the sorption efficiency of Cs and Sr from groundwater conditions. Both NaP and NaX zeolite can be produced and we have demonstrated that the generation mechanism of NaX and NaP is due to the number of homogeneous/heterogeneous nucleation sites and the number of nutrients supplied from an aluminosilicate gel during the surface modification process. This study showed the potential of surface modification on bentonite to enhance the safety of deep geological radioactive waste repository by improving the radionuclide sorption ability of bentonite.

• 자원환경지질
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• 제40권1호
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• pp.67-85
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• 2007

제주도 동남부의 전기비저항 구조 및 지하수 분포 형태를 조사하기 위해 제주도 중산간에서 남동방향으로 해안 지역을 횡단하는 두 측선에 대해 인공송신원 자기지전류탐사를 수행하였다. 측점들이 위치한 지질학적 상황을 고려하여 세 종류의 일차원 역산 기법을 도입하였고, 해석의 신뢰성 향상을 위해 각 역산 결과를 비교, 분석하였다. 이 과정으로부터 도출된 제주 동남부의 개략적인 전기비저항 구조는 고비저항-저비저항-보다 저비저항을 갖는 3층 구조였다. 역산 결과와 측점 부근의 심부 시추 자료의 비교를 통해 제주도 동남부의 각 층별 암상이 개략적으로 추정되었다: 지질학적 층서의 관점에서 제 1층과 2층은 두께 100-250m의 현무암층에, 제 3층은 서귀포층 및 U층에 대응하는데, 서귀포층의 두께는 조사심도가 충분히 깊지 않고 서귀포층과 U층의 전기비저항 차이가 작기 때문에 추정할 수 없었다. 그러나 주대수층과 밀접하게 관련 있는 서귀포층은 제주도 동남부 지역의 경우 중산간 지역부터 해안 지역까지 뚜렷한 공간적 연속성을 보여주었다.