Hydrochemistry and noble gas origin of hot spring waters of Icheon and Pocheon area in Korea

Hydrochemical, stable isotopic ($\delta^{18}O$ and dD) and noble gas isotopic analyses of seven hot spring water samples, eleven groundwater samples and six surface water samples collected from the Icheon and Pocheon area were carried out to find out hydrochemical characteristics, and to interpret the source of noble gases and the geochemical evolution of the hot spring waters. The hot spring waters show low temperature type ranging from 21.5 to $31.4^{\circ}C$ and the pH value between 6.69 and 9.21. Electrical conductivity of hot spring waters has the range from 310 to $735\;{\mu}S/cm$. Whereas the hot spring water in the Icheon area shows the geochemical characteristics of neutral pH, the $Ca-HCO_3$(or $Ca(Na)-HCO_3$) chemical type and a high uranium content, the hot spring water in the Pocheon area shows the characteristics of alkaline pH, the $Na-HCO_3$ chemical type and a high fluorine content. These characteristics indicate that the hot spring water in the Icheon area is under the early stage in the geochemical evolution, and that the hot spring water in the Pocheon area has been geochemically evolved. The $\delta^{18}O$ and ${\delta}D$ values of hot spring waters show the range of $-10.1{\sim}-8.69%o$ and from $-72.2{\sim}-60.8%o$, respectively, and these values supply the information of the recharge area of hot spring waters. The $^3He/^4He$ ratios of the hot spring waters range from $0.09\;{\times}\;10^{-6}$ to $0.65\;{\times}\;10^{-6}$ which are plotted above the mixing line between air and crustal components. Whereas the helium gas in the Icheon hot spring water was mainly provided from the atmospheric source mixing with the mantle(or magma) origin, the origin of helium gas in the Pocheon hot spring water shows a dominant crustal source. $^{40}Ar/^{36}Ar$ ratios of hot spring water are in the range of an atmosphere source.

이천 및 포천지역 온천수의 수리화학적 특성 및 영족기체 기원

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.