• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2003년도 추계학술발표회
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• pp.583-586
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• 2003

부산 동래지역 지열수에 대한 지화학적 진화과정을 밝히기 위하여 지열수, 지하수 및 해수에 대한 수리화학 특성과 이들의 연관성을 고찰하였다. 또한 심부환경에서의 지화학 특성을 규명하기 위하여 각종 이온지질온도계와 다성분 지질온도계를 적용하였으며, 동위원소특성과 함께 지화학 모델링을 통하여 심부환경에서의 온천수의 지화학특성을 밝히고자 하였다. 동래 지열수의 수리화학적 특성은 해수의 영향을 받아 높은 이온함량을 보이며 Na-Cl형을 보여준다. 지열수는 주변 지하수와의 크게 혼합된 양상을 나타낸다. 지화학 모델링에 따르면 지열수는 심부에서 약 5% 영향을 받은 것으로 추정된다. 즉, 심부로 순환하는 지열수가 해수와 혼합되며, 이들이 지열에 의해 가열되면서 광물의 용해 및 침전, 이온 교환반응 등 물-암석 반응을 거치면서 심부지열수를 형성하였으며, 지열수가 천부환경으로 상승하는 과정에서 동래지역 주변 천부지하수와 다양하게 혼합되면서 현재 동래온천수의 화학조성을 갖는 온천수를 형성하는 것으로 지열수의 진화 과정을 설명할 수 있다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2003년도 추계학술발표회
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• pp.520-523
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• 2003

강원도 지역의 대표적인 탄산용출수에 대한 수리지구화학적 연구를 통하여 심부 지열 저장지의 온도와 심부환경을 추정하였다. 탄산용출수는 공통적으로 약산성의 pH와 높은 이온함량으로 특징되지만, 화학적으로는 Na-HCO$_3$형, Ca-Na-HCO$_3$형, 그리고 Ca-HCO$_3$형으로 뚜렷이 구분된다. 심부에서 생성된 탄산용출수가 지표로 상승하는 도중에 수반된 지표수 혼합차이로 인해 이런 화학조성의 차이가 유발된 것으로 판단된다. Na-HCO$_3$형 탄산수는 화학 조성상 ‘mature water’의 특징을 보여주는 반면, 다른 두 유형의 탄산수들은 ‘immature water’에 해당하였다. Na-HCO$_3$ 형 탄산수에 대하여 실리카, Na-K 및 Na-K-Ca 지온계를 적용한 결과, 약 l15-157도의 심부저장지 온도가 산출되었으며, 이 결과는 다성분 평형계를 이용한 추정 온도 (약 140-160도)와도 잘 일치하였다. 반면, Ca-HCO$_3$ 형 탄산수들은 지표수와의 혼합 때문에 상대적으로 낮고 넓은 범위의 추정 온도 (약 60-130도)를 나타내었다. 따라서 연구지역 내 탄산용출수의 심부저장지 온도는 Na-HCO$_3$형에 대해서만 타당하게 적용될 수 있으며, 약 140-160도일 것으로 추정된다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2002년도 추계학술발표회
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• pp.335-338
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• 2002

방사성폐기물처분연구의 일환으로 화강암지역내 심부지하수에 대한 지화학특성조사가 수행되었다. 지하수 시료는 다중패커시스템이 설치된 심부시추공으로부터 심도별로 채취되었으며, 계속적인 지화학 및 동위원소에 대한 모니터링이 진행되고 있다. 심부지하수는 pH가 약10.0이며 Na-HCO$_3$형으로 지화학적으로 특징되며, 지표로 250m이하의 심도에서는 거의 동일한 지화학적 특성을 보인다. 동위원소결과는 심부지하수는 천수기원임을 보이며, 천부지하수에 비해 약500~1,000m 높은 고도에서 함양되었음을 보여준다. 250m이하의 심부지하수는 50년이상의 체류시간을 갖음을 나타낸다.

• 대한자원환경지질학회:학술대회논문집
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• 대한자원환경지질학회 1999년도 춘계 공동학술발표회
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• pp.321-325
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• 1999

• 방사성폐기물학회지
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• 제14권2호
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• pp.179-188
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• 2016

원자력발전소에서 전기를 생산하고 난 후 발생하는 사용후핵연료 또는 이들 사용후핵연료의 재처리/재활용 공정으로부터 발생하는 고준위폐기물은 인간환경으로부터 안전하게 장기간 격리시켜야 한다. 최근 심부시추공 굴착기술의 획기적인 발전으로 인하여, 방사성폐기물의 심부시추공 처분기술에 대한 연구가 의미 있게 진행되고 있다. 본 논문에서는 이러한 심부시추공을 활용하여 고준위 방사성폐기물을 지하 3~5 km 심도에 격리시키는 심부시추공 처분기술의 국내 적용 가능성을 분석하기 위하여 국내 심부 지하환경 특성에 대하여 예비분석 하였다 이를 위하여, 미국 및 유럽권 국가 연구사례와 기술개발 현황을 검토하고, 실제 국내의 심부 지질조건을 검토하기 위하여 고지열 분포지역에 개발 중인 지열 탐사공을 대상으로 3~4 km 심도까지의 암석, 지온 등 특성 자료를 수집, 분석하였다. 결정질 암반 심도 및 지온경사 등 분석 결과와 국내 발생 사용후 핵연료를 바탕으로 심부시추공 처분시스템 구성요소인 처분용기, 밀봉시스템 등에 대하여 예비단계의 개념을 제안하였다.

• 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.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2003년도 추계학술발표회
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• pp.601-604
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• 2003

방사성폐기물 처분 연구의 일환으로 화강암지역내 500m 심도의 심부시추공이 착정되었으며, 다중패커시스템이 설치되어 장기적으로 심도별 지하수의 수리 및 화학특성이 모니터링 되고 있다. 지하수 수두값의 심도별 특성은 천부에서 심도 250m까지는 대체로 감소하는 경향을 보이며 250m이하에서 500m 심도까지는 증가하는 경향을 보여준다. 각 심도구간에서의 지하수 수두값은 장기적으로 일정한 값을 보여주지만, 장마기간동안 집중적으로 모니터링된 결과에 따르면 심도 370m 상부에서는 지하수 함양변화에 따라 지하수 수두가 변화되는 반면, 심부구간에서는 지하수 함양변화에 대하여 영향을 받지 않음을 보여준다.

• 한국방사성폐기물학회:학술대회논문집
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• 한국방사성폐기물학회 2011년도 추계학술논문요약집
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• pp.427-428
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• 2011

• 자원환경지질
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• 제34권4호
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• pp.329-343
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• 2001

국내에서 가장 높은 용출온도를 보이는 경남 부곡 지열수에 대하여 Yun et al.(1998)에 의하여 기존에 발표된 수리화학 및 동위원소 자료를 토대로 지열수의 심부환경과 지화학적 진화과정을 재해석하였다. 부곡 지열수는 지화학적 특성에 따라 3가지 유형으로 구분되어 진다(지열수I,II,III형). 지열수I형과II형은 높은 온도(55.2~$77.2^{\circ}C$)를 보이며, 화학적으로 Na-$SO_4$형에 속하지만, pH와 Eh가 다소 차이가 나며, $SO_4$함량이 크다는 것이 특징이다. 지열수 중심지역으로부터 외곽부에서 산출되는 지열수 III형은 29.3~$47.0^{\circ}C$의 용출온도를 보이며, Na-$HCO_3SO_4$형을 나타낸다. 지열수 I형에 대하여 다성분계 지질온도계의 적용결과는 심부저장지의 온도가 115~$130^{\circ}C$인 것으로 추정되었다. 다양한 지화학적 특성을 보여주는 부곡 지열수의 지화학적 진화과정은 다음과 같이 해석될 수 있다. 첫째, 부곡지역보다 높은 지형에서 함양된 지하수가 심부로 순환하게 되면서, 퇴적암 또는 심부의 화강암과 물-암석 반응이 진행된다. 이때 퇴적층에 함유되어 있던 황산염 광물의 용해반응으로 지하수는 다량의 $SO_4$를 함유하게 된다. 둘째, 지하수가 계속 심부로 순환하는 과정에서 환원환경에 접하게 되어 $H_2$S가 생성되고, 심부열원에 의하여 약 13$0^{\circ}C$까지 가열되어 규산 염광물과의 반응정도가 높아진다. 이 때 pH는 상승하고 SO$_4$함량은 감소하게 되며, 방해석이 침전조건에 놓이게 됨으로써, 결국 지열수는 Na-SO$_4$형을 띠게 된다. 셋째, 이렇게 형성된 지열수가 유동로를 따라 상승하는 과정에서 덜 깊게 순환하는 지하수와 혼합과정을 거치게 된다. 지열수와 혼합되는 지하수는 퇴적층내 황철석의 산화반응에 의해 다량의 SO$_4$를 함유한 것으로 사료된다. 이렇게 형성된 지열수는 계속 상승하면서 천부환경의 지하수와 혼합되어 부곡지역내 다양한 지화학 특성을 보이는 지열수를 형성하게 된다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 1998년도 공동 심포지엄 및 추계학술발표회
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• pp.114-118
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• 1998

농촌지역인 공주시 유구읍 명곡리 지역의 천부지하수와 먹는 샘물 공장의 취수정 심부 지하수을 대상으로 지화학적 특성을 밝히고, 물-암석 상호반응과 오염물질 유입에 대해서 토의하였다. 천부 지하수의 화학적 유형은 Ca-HCO$_3$형에서 Ca-Cl(SO$_4$)형으로 전반적으로 약산성화 되어있고, $K^{＋}$, Cl$^{-}$, NO$_3$$^{-}$오염이 상당히 진행되어 70 %이상이 음용수로 불가능한 상태이다. 군집방법에 의하면 신선한 물과 오염된 물사이에 뚜렷한 경향의 차이를 보인다. 천부지하수의 주요 오염원은 각가정에 있는 재래식 화장식, 생활하수, 가축의 축사, 비료등으로 보인다. 심부지하수는 알카리성의 Na-HCO$_3$형에서 Na(Ca)-HCO$_3$형의 화학적 유형이며, 2 TU 이하의 삼중수소 함량으로 1950년대 이전에 함양된 비교적 오랜 물-암석 상호반을 거친 물로 판단된다. 반면 천부형 지하수는 1950년대 이후에 충전된 상당히 젊은 연령의 지하수로 보인다. $^{18}$ O/$^{16}$ O, D/H 환경동위원소 조성값으로 볼 때 심부지하수의 함양지역은 고도의 효과를 보인다. 이 연구결과는 농촌지역의 지하수 수질 오염에 대한 하나의 사례연구로 향후 전국을 대상으로 한 농어촌지역의 지하수 오염연구에 기본방향을 제시하는데 의의 가 있을 것이다.