국내 화강암질암내 심부지하수의 지구화학적 특성

Geochemical Characteristics of Deep Granitic Groundwater in Korea

방사성폐기물의 지하심부 처분을 위한 수리지구화학적 기초자료를 얻기 위하여 국내 화강암질암을 대수층으로 하는 지표수 및 지하수를 대상으로 시료채취와 문헌조사를 통하여 dataset을 구축하였다. 심도에 따른 용존물질의 절대 및 상대함량과 거동특성을 통계적으로 파악하고 지하수의 화학적 조성의 원인이 되는 물-암석반응을 열역학적 해석과 결부하여 규명하였다. 화강암질암 대수층에서 총용존물질량은 심도에 따라 통계적으로 유의하게 증가함으로써 심부로 갈수록 물-암석반응을 많이 거친 물이 존재함을 나타낸다. 지하수의 조성은 초기의 $Ca^{2＋}$－(C $l^{－}$＋S $O_4$$^{2－}$ ) 또는 $Ca^{2＋}$-HC $O_3$$^{－}$ 유형에서 시작하여 점차 $Ca^{2＋}$-HC $O_3$$^{－}$ 유형을 거친 후 최종적으로 $Na^{＋}$-HC $O_3$$^{－}$ 또는 $Na^{＋}$－(C $l^{－}$＋S $O_4$$^{2－}$ ) 유형으로 진화하는 경향을 보인다. 이러한 특징은 $Ca^{2＋}$, $Na^{+}$ , $SiO_2$(aq)가 대표하는 다음의 세 가지 기제에 의하여 설명이 가능하다. 1) 천부지하수의 화학조성을 조절하는 가장 주된 반응은 방해석의 용해이나 중간지하수를 거치면서 방해석 포화상태에 이르러 광물상으로 침전되며 심부지하수에서는 $Ca^{2＋}$의 함량이 감소한다. 2) 심부지하수에서는 사장석의 용해가 주도적인 반응으로 작용하며 $Na^{＋}$를 공급하므로써 함량을 증가시킨다. 3) 중간 및 심부지하수에서는 kaolinite-smectite 또는/그리고 kaolinite-illite 간의 반응이 평형에 도달함으로써 용존 $SiO_2$(aq) 함량을 유지시키며 또한 이들 반응은 심부지하수에서 $Mg^{2＋}$ 및 $K^{＋}$가 결핍되는 현상의 중요한 원인이 된다.

As a part of study on geological disposal of radioactive waste, hydrogeochemical characteristics of deep granitic groundwater in Korea were investigated through the construction of a large geochemical dataset of natural water, the examination on the behaviour of dissolved constituents, and the consideration of phase stability based on thermodynamic approach. In granitic region, the contents of total dissolved solids increase progressively from surface waters to deep groundwaters, which indicates the presence of more concentrated waters at depth due to water-rock interaction. The chemical composition of groundwater evolves from initial $Ca^{2＋}$－(C $l^{－}$＋S $O_4$$^{2-}$) or $Ca^{2＋}$-HC $O_3$$^{－}$ type to final N $a^{＋}$-HC $O_3$$^{－}$ or N $a^{＋}$－(C $l^{－}$＋S $O_4$$^{2-}$) type, via $Ca^{2＋}$-HC $O_3$$^{－}$ type. Three main mechanisms seem to control the chemical composition of groundwater in the granitic region; 1) congruent dissolution of calcite at shallower depth, 2) calcite precipitation and incongruent dissolution of plagioclase at deeper depth, and 3) kaolinite-smectite or/and kaolinite-illite reaction at equilibrium at deeper depth. The behaviour of dissolved major cations (C $a^{2＋}$, $K^{＋}$, $Mg^{2＋}$, M $a^{＋}$) and silica is likely to be controlled by these reactions.