The Origin and Geochemical Behavior of Fluoride in Bedrock Groundwater: A Case Study in Samseung Area (Boeun, Chungbuk)

Hydrogeochemical study in Samseung area (Boeun, Chungbuk) and waterrock interaction experiment using rock samples from the area were performed to elucidate the fluoride source in groundwater and explaining geochemical behavior of fluoride ion. Fluoride concentration of public water supply mostly using groundwater in Boeun area was significantly higher in South Korea. The maximum fluoride concentration of the study area was 3.9 mg/L, and 23% of samples exceeded the Korean Drinking Water Standard of fluoride (1.5 mg/L). The average concentration of fluoride was 1.0 mg/L and median was 0.5 mg/L. Because of high skewness (1.3), median value is more appropriate to represent fluoride level of this area. The relationships between fluoride ion and geochemical parameters ($Na^+$, $HCO_3$, pH, etc.) indicated that the degree of waterrock interaction was not significant. However, high fluoride samples were observed in $NaHCO_3$ type on Piper's diagram. The negative relationship between fluoride and $NO_3$ ion which might originate from surface contaminants was obvious. These results indicate that fluoride ion in groundwater is geogenic origin. The source of fluoride was proved by waterrock interaction batch test. Fluoride concentration increased up to 1.2 mg/L after 96 hours of reaction between water and biotite granite. However, the relationship between well depth and fluoride ion, and groundwater age and fluoride ion was not clear. This indicates that fluoride ion is not correlated with degree of waterrock interaction in this area but local heterogeneity of fluoriderich minerals in granite terrain. High fluoride concentration in Boeun area seems to be correlated with distribution of permeable structures in hard rocks such as lineaments and faults of this area. This entails that the deep bedrock groundwater discharges through the permeable structures and mixed with shallow groundwater.

화강암 지역 암반 지하수 내 불소 이온의 기원 및 거동: 충북 보은 삼승면 일대의 현장 조사와 실내 실험 연구

불소 오염이 심각한 곳으로 파악된 충북 보은 삼승면 일대 지역의 오염의 현황과 원인 규명을 위하여 수리지구화학적 연구와 물암석 반응 실험 연구가 수행되었다. 조사 지역 암반 지하수의 불소 함량은 최대 3.9 mg/L에 이르며, 먹는물 수질기준의 불소 항목(1.5 mg/L)을 초과율은 23%에 이른다. 불소 이온의 평균 함량은 1.0 mg/L이나, 낮은 값으로의 왜도(1.3)가 크기 때문에 중앙값은 평균에 비하여 크게 적은 0.5 mg/L으로 나타난다. 불소 농도는 화강암 분포 지역에서 심부 지하수에 해당하는 $NaHCO_3$ 유형 지하수에서 상대적으로 높게 나타나고 있다. 불소와 질산염 이온($NO_3$)은 뚜렷한 부의 상관관계를 나타내고 있어 불소는 지표 오염과 상관없는 지질기원이며, 상대적으로 심부 암반 지하수에 부화되었을 가능성을 지시한다. 이것은 조사 지역의 암석을 사용한 실내 실험에서 확인되었다. 순수흑운모 화강암 반응 실험 결과 불소 함량은 96시간 후에 최대 1.2 mg/L까지 증가하였다. 그러나 불소 농도와 지하수 관정 심도, 지구화학적으로 물암석 반응의 정도를 지시할 수 있는 인자($Na^+$, $HCO_3$, pH 등)들의 값과는 뚜렷한 상관관계를 나타내고 있지 않았다. 이는 불소 이온이 물암석 반응 정도와 상관없이 함불소 광물의 국지적인 분포에 영향을 받을 수 있다는 것을 암시한다. 고농도의 불소를 함유하는 지하수의 공간분포는 선구조 분포와 연관되어 있음을 보여주고 있어, 물암석 반응이 상당히 진행되어 불소 함량이 높은 심부 암반 지하수가 선구조 분포 지역의 파쇄대를 통하여 배출되었음을 지시한다. 하지만, 선구조 분포와 불소 농도는 전체적으로는 일치하지 않아, 파쇄대의 분포가 불규칙적이고, 심부 지하수와 천부 지하수의 혼합과 정도 불균질함을 지시하는 것으로 추정된다.