• 대한환경공학회지
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• 제36권11호
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• pp.791-802
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• 2014

에너지 소비량은 지속적으로 증가하고 있는 반면 사용가능한 부존자원은 한정되어 있어 전 세계적으로 에너지 위기가 심화되고 있다. 화석연료 고갈 및 에너지 생산으로 인한 환경오염 문제를 해소하기 위하여 새로운 방식의 에너지 생산 기술 개발이 요구되고 있으며, 소수력, 지열, 태양열 광, 풍력, 바이오매스 등의 신재생 에너지기술이 이미 개발되었거나 활발히 연구되고 있다. 최근 지구상에 풍부하게 존재하는 해수와 담수를 이용하여 에너지를 생산하는 염도차 발전이 관심을 얻고 있으며, 그 중에 대표적인 공정이 압력지연삼투(Pressure retarded osmosis, PRO)이다. 압력지연삼투는 에너지 생산 시 이산화탄소 배출이 없고 외부 환경요인으로 인한 제약이 적다는 장점이 있으나, 전용막 및 최적화 기술의 부재로 인해 아직 상용화 단계에 이르지 못 하였다. 따라서 본 논문에서는 압력지연삼투 기술의 현황과 한계를 다양한 측면에서 분석해보고, 이를 통해 압력지연삼투의 기술 개발 방향에 대해 논의해보고자 한다.

• 터널과지하공간
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• 제34권2호
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• pp.127-142
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• 2024

수치해석 기법의 강건성은 다양한 모델링 조건에서 계산 성능이 유지되는 것을 의미하며, 새로운 해석기법 또는 수치코드는 벤치마크 테스트를 통해 강건성이 평가될 필요가 있다. TOUGH-FLAC 모델링 기법은 국내외적으로 이산화탄소 지중저장, 사용후핵연료 지층처분, 지열 개발 등 다양한 분야에 적용되었으며, 실험 계측자료, 다른 수치코드들과의 결과 비교를 통해 모델링 유효성이 분석되었다. 본 연구에서는 해석해를 갖는 열-수리-역학적 복합거동 문제를 토대로 TOUGH-FLAC 기법의 벤치마크 테스트를 수행하였다. 적용된 해석해는 완전히 포화된 지반에 점열원 작용 시 주변매질의 온도, 간극수압, 역학적 거동과 관계되며, 해석해와 수치모사 결과를 비교하여 TOUGH-FLAC 기법의 강건성이 평가되었다. 또한, 열-수리-역학 해석의 연계항, 유체 상변화, 시간증분이 복합거동 계산에 미치는 영향을 조사하였다.

• 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.

• 자원환경지질
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• 제46권3호
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• pp.267-278
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• 2013

동아프리카 열곡계는 천열수 금-은 광상을 배태하고 있는 것으로 알려져 있으며, 그 대표적인 예로서 에티오피아에 발달된 열곡대는 제 4기 복마그마 화산활동과 관련하여 광화작용이 수반된다. 주 에티오피아 열곡대의 형성과정 동안 발달된 대규모의 지루-지구 구조는 마그마의 관입과 열수유체의 순환을 위한 열린 공간을 제공하였다. 최근 들어, 에티오피아 열곡대 및 다나낄 함몰지 내 천열수형 광화작용이 보고되고 있어, 주 에티오피아 열곡대 내 대규모 열수변질대의 발달(샬라, 랑가노, 알라로베다)과 온천수에 대한 관심이 높아지고 있다. 온천수의 지표산출은 주로 비등천(샬라) 또는 간헐천(알라로베다)의 형태로 이루어지고 있으나, 일부 지역은 지하수면의 하강으로 폭발적인 비등과 분출이 관찰되지 않는다. 온천수의 지표 분출과 관련하여 주변 암석들은 주로 석영, 카올리나이트, 일라이트, 스멕타이트, 녹니석의 광물조합을 갖는 암석으로 변질되어 있다. 온천수는 중성 내지 약한 알카리(pH 7.88~8.83)의 특성을 보이고, 대체적으로 중탄산염 유체로 분류된다. 온천수 내 금과 은 및 기타 수반원소들의 함량은 상당히 낮으나, Se의 함량이 최대 26.7 ppm으로 나타났다. 반면에 온천수 주변 규질 퇴적물들은 Pb(최대 33 ppm, 샬라), Zn(최대 313 ppm, 샬라), Cu(53.1 ppm, 데마에고나), Mn(최대 0.18 wt%, 샬라) 등으로 다소 부화되어 있다. 결론적으로 온천수내 높은 Se 함량과 규질 암석내 Pb, Zn, Cu, Mn 이상 및 최근 천열수형 광화작용의 발견은 주 에티오피아 열곡대내 천열수형 광상의 부존 가능성에 관한 기대를 높인다.

• 자원환경지질
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• 제44권2호
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• pp.171-180
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• 2011

화강암, 사암, 편마암으로 구성된 21개 암석시료를 대상으로 열전도도를 측정하고, XRD 정량분석을 통해 구성광물의 조성을 파악하였으며, 구조모델 이용하여 석영 함량 및 광물입자의 크기가 암석의 유효열전도도에 미치는 영향을 분석하였다. 측정된 열전도도는 석영 함량과 높은 상관성을 보여 ($R^2=0.75$), 석영 함량으로부터 열전도도를 추정할 수 있는 선형회귀모형을 제시하였다. 화강암 및 변성암 일부 시료의 경우 유사한 석영 함량에도 불구하고 열전도도가 크게 다른 값을 보였는데, 이는 주로 광물업자의 크기 변화와 관련이 있는 것으로 나타났다. 구조모델을 통한 분석 결과 입자의 크기가 작은 경우 열전도도는 scries와 EMT모델의 중간 영역에 해당하는 값을 보이며, 입자가 커지면서 EMT모델, ME모델을 거쳐 Parallel모델에 근접하게 변화하였다. 이러한 열전달 구조모델의 변화는 입자의 크기에 따른 열전도도 변화가 3 mm 두께의 원반시편을 이용하는 실험 규모와 관련이 있음을 시사한다. 즉, 얇은 원반 시료를 이용하여 암석의 열전도도를 측정할 경우 규모효과에 의하여 실제 지반의 값보다 과대평가될 가능성이 높으며, 특히 광물 입자의 크기가 클수록 이러한 오차는 더 커질 것으로 예상된다. 따라서 지열과 관련된 다양한 해석 모델에서 실험실 측정값을 실제 현장규모에서의 대표값으로 사용할 경우 모델의 예측 신뢰도에 영향을 줄 수 있는 요인으로 작용할 수 있다.

• 자원환경지질
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• 제39권5호
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• pp.567-581
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• 2006

남한의 중생대 금-은광상은 주로 쥐라기와 백악기 화성활동과 각각 밀접한 관계를 보이고 있으며, 고태평양 판의 섭입양태의 변화에 따라 다음과 같이 시 공간적으로 연계되어 있다. 쥐라기 금광상(약 $165{\sim}145Ma$)은 심부 지질조건에서 유입된 광화유체로부터 형성된 전형적인 특징을 보이고 있으며, 대보조산운동 말기동안 이자나기판의 섭입방향이 동북아시아를 향하여 직각방향으로부터 사각북향으로 변환되는 동안 고응력장은 압축력 환경으로부터 전단력 환경으로 변화함으로써 이 단계에 쥐라기 금광화작용이 집중적으로 진행된 양상을 보이고 있다. 반면에 백악기 동안 섭입양태가 사각방향에서 직각방향으로 재차 변화됨으로써 전기 백악기 좌수향 주향이동단층계의 발달과정에서 후기 백악기 반암형 화성활동과 관련된 천부 지질조건에서 유입된 다양한 기원의 유체로부터 점이성${\sim}$원지성 금-은광상과 비철금속광상(약 110${\sim}$45 Ma)이 배태되고 있다. 이러한 중생대 금-은광상의 유형은 대륙충돌 이후에 나타나는 지각진화 단계와 함께 고태평양판의 섭입양태 변화에 따라 서로 다른 관입심도를 갖는 화성암체가 관입됨으로써 심부 또는 천부 지질환경의 지열수계가 형성되고, 성인적으로 서로 다른 유형의 금-은광상이 배태된 것으로 추정된다.

• 자원환경지질
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• 제52권5호
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• pp.323-336
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• 2019

한반도에서 중생대 화성활동은 주로 트라이아스기 후-충돌대형, 쥐라기 조산대형 그리고 후기 백악기 후-조산대형 화성활동으로 대표되며, 각 지질시대별 광화작용의 다양성은 마그마의 지화학적 특성과 함께 정치 심도의 차별성에서 유도된 서로 다른 지열수계로부터 발생하게 되었다. 백악기 금속광화작용은 후-조산대형 천부 화성활동과 관련된 약 115~45 Ma(주 광화기; 약 100~60 Ma)의 광범위한 기간에 걸쳐서 진행되었으며, 대부분 금속광상은 소규모 암주형 화강암체를 따라 집중되는 공간적 배태양상을 보인다. 경기육괴와 영남육괴에서 후기 백악기 금속광상은 전반적으로 공주-음성 단층계와 영동-광주 단층계 및 경상분지의 경계부를 따라 분포하며, 대부분 원지성 천열수~중열수 Au-Ag 맥상 광상 또는 점이성 중열수 Zn-Pb-Cu 맥상 광상으로 산출되고 있다. 반면에 태백산분지, 옥천대 및 경상분지에서는 스카른형, 탄산염교대형, 열수충진형 맥상, 반암형, 각력 파이프형, 칼린형 광상과 같은 다양한 광상 유형으로부터 상이한 금속종이 산출되고 있다. 후기 백악기 금속광화작용은 지역에 따라 광화유체의 유동성 차이뿐만 아니라, 관계 화강암의 근접성 차이에서 나타나는 침전 환경의 차별성으로부터 다양한 광상유형 및 광종이 유도되었다. 백악기 광상 유형의 다양성은 근본적으로 관계화성암의 분화도 및 산화도와 같은 지화학적 특성에 따라 좌우되지만, 광화유체는 전반적으로 중간황형~저황형(intermediate~low sulfidation) 열수의 진화 특성을 보인다.

• 자원환경지질
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• 제54권1호
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• pp.117-126
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• 2021

위성고도에 획득한 지각 자기이상값들은 지상부근(near-surface)의 항공탐사나 해양탐사등에서 얻은 자기이상값들에서 얻기 어려운 장파장의 특징을 보이며 이들은 지각의 자기현상이 소멸되는 큐리 등온 깊이선(Curie isotherm)까지의 심부 지각물질의 자기특징 및 위성고도에서도 나타날 수 있는 강한 자기특징들을 반영한다. 따라서 심부 지하구조나 판구조론을 통한 과거 지구조의 재구성(reconstruction) 및 해석과 최근 지구온난화로 인한 대륙빙하의 해빙과 연관되어 남극 및 그린랜드의 지열분포 연구에 중요한 자료로 이용되고 있다. 이러한 위성 지각 자기이상값은 전지구를 경계조건으로 하는 구면조화함수의 계수모델로 표현되는 것이 일반적이나 많은 계수 계산과 함께 안정적으로 외부자기장을 분리하기 어려운 극지역 및 적도지역의 자료들도 포함되어 이들 자료가 모델 전체에 영향을 줄 수가 있다. 한편, 이와는 달리 관심지역의 자료들만을 가지고 지역에 맞는 몇 단계 자료처리 과정을 거쳐 얻은 지각 자기이상값들은 이러한 영향에서 벗어날 수 있다. 본 연구에서는 한반도를 중심으로 하는 동아시아 지역(20° ~ 55°N, 108° ~ 150°E) 의 CHAMP 위성에서 최저고도였던 시기의 자료를 획득하여 평균 280 km 에서의 지각 자기이상 지도를 제작하고 CHAMP 자료로 만든 전지구 지각 자기이상 모델(MF7)과 비교하여 지각 자기이상 특징들을 파악하고자 한다. 아울러 전세계 지상부근 지각자기이상 자료를 종합하여 제작한 EMAG2에서 장파장 성분을 추출하여 함께 비교하기로 한다.

• 자원환경지질
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• 제44권1호
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• pp.83-94
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• 2011

베네주엘라 중앙에 위치한 오리노코강을 따라 55,000 $km^2$의 면적에 동서로 길게 자리하는 오리노코 오일벨트에는 원시부존량이 약 1조 3천억 배럴, 가채매장량이 2,500억 배럴에 달하는 초중질유가 매장되어 있다. 베네주엘라 초중질유는 API 비중이 $10^{\circ}$ 이하이고, 점성도가 5,000 cP 정도로 무겁고 점성이 큰 탄화수소 자원이다. 오리노코 지역의 초중질유는 1930년대 최초로 보고되었지만, 이들의 상업적 개발은 1990년대에 이르러 비가열식 일차생산기법을 통해서 본격적으로 이루어지기 시작하였다. 오리노코 오일벨트는 초중질유 분포 양상에 의해 보야카, 주닌, 아야쿠초, 카라보보의 생산광구로 나누어지며, 이들은 모두 31개의 생산블럭으로 소분류된다. 현재 각 생산블럭은 베네주엘라 PDVSA와 외국계 기업의 합작 형태로 개발되고 있으며, 20개국 이상이 초중질유 개발 프로젝트에 참여하고 있다. 오리노코 오일벨트는 베네주엘라의 주요 석유분지 가운데 하나인 동베네주엘라 분지의 남쪽지역에 위치한다. 동베네주엘라 분지는 쥬라기 판 분화에 의해 형성되기 시작한 수동형 대륙 주변부 분지로 그 면적은 약 120,000 $km^2$이다. 동베네주엘라 분지에서 백악기 말에 형성된 석회질 셰일은 초중질유의 주요 근원암이다. 분지 내 탄화수소는 북쪽에서 남쪽으로 평균 150 km를 이동하면서 생분해작용을 거쳤으며, 이로 인해 점성과 비중이 높은 초중질유를 분지 남쪽 경계부인 오리노코 지역에 형성하였다. 주요 초중질유 저류층인 마이오세 오피시나층은 하성-에스츄어리 퇴적환경에서 발달한 미고결 사질 및 이질이 교호하는 퇴적체이다. 또한 오피시나층은 판의 운동에 의한 압축작용과 분지침강에 의해 형성된 다수의 신생대 단층이 분포하여 복잡한 저류층 지질 특성을 나타낸다. 불균질한 저류층 암상 분포와 복잡한 지질 구조의 저류층에서 경제적인 생산정의 설계와 효율적인 초중질유 회수를 위해서는 초중질유 저류층의 발달 과정과 그로 인한 지질학적 특성에 대한 심도 깊은 이해가 필요하다. 본 연구에서는 오리노코 초중질유 저류층에서 (1) 사질 저류층 두께 및 분포, (2) 이질 퇴적층의 분포, (3) 단층의 기하학적 분포, (4) 저류층 대상 심도 및 지열 특성, (5) 저류층 지중 응력상태, (6) 초중질유의 화학적 조성 등을 초중질유 생산성에 상대적으로 큰 영향을 미치는 주요한 지질학적 특성으로 주목하였다. 이러한 오리노코 지역의 지질학적 특성들은 3차원 탄성파 탐사, 시추간 물리검층과 같은 최신 기술들을 통해 앞으로 보다 빠르고 정확하게 규명되어질 것으로 기대된다.

• 자원환경지질
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• 제51권2호
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• pp.167-176
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• 2018

고준위방사성폐기물 처분장 부지선정을 위해서는 암종, 지질구조, 지진, 수리지질, 지구화학, 지질공학 및 지열 등과 같은 다양한 지질학적 인자들에 대한 고려가 필요하며, 특히 선형구조는 다양한 지질인자의 특성을 반영하기 때문에 원자력 발전소, 고준위방사성폐기물 처분장 등과 같은 국가 중요시설물의 후보부지 선정에 있어 매우 중요한 기초자료로 활용될 수 있다. 본 논문에서는 선형구조분석을 통해 고준위방사성폐기물 광역 처분부지 선정을 실시한 핀란드의 선형구조 분류 방법을 국내 선형구조 자료에 적용하여 살펴보았다. 이를 위하여 기존에 한국지질자원연구원에서 보유한 선형구조도와 신규로 구조지질학, 고지진학, 지형학 전문가들로부터 획득한 새로운 선형구조 자료를 분석에 이용하였다. 새로운 선형구조 분석 자료의 신뢰성 확보를 위해 한반도 지역을 최근에 촬영한 위성영상과 국토지리정보원에서 제공하는 수치표고모델로 제작한 고해상도의 음영기복도를 이용하였다. 취득한 자료들의 전체적인 방향성 분석 결과에서는 북북동-남남서 방향이 가장 우세하게 관찰되었지만, 분석자들의 판독기준의 차이에 따라서 동북동-서남서 및 북북서-남남동 방향의 선형구조들도 높게 판독 되었다. 핀란드의 분류 방법을 적용하여, 광역후보부지 선정에 사용되는 등급 1과 등급 2에 해당되는 선형구조들의 기하학적인 발달특성을 상호 비교해 보았다. 그 결과에서는 전체적으로 등급 1의 경우에는 공통적으로 북북동-남남서 방향이 가장 우세하였으며, 서북서-동남동 방향의 선형구조도 빈도가 높게 나타났다. 등급 2의 경우에도 북북동-남남서 방향의 선형구조가 가장 우세하게 발달하고 있으며, 분석자에 따라 서북서-동남동 또는 동북동-서남서 방향의 선형구조도 빈도가 높게 나타났다. 같은 자료를 바탕으로 실시한 선형구조분석에서도 상이한 판독 결과를 보이는 것은 판독자의 주관적인 경험 및 기준이 작용하였기 때문으로 여겨진다. 따라서 신뢰도 높은 한반도 광역선형구조도를 발간하기 위해서는 상이한 자료들을 통합하는 과정에서 명확한 통합 기준의 설정이 필요하며, 지구물리탐사자료와 같은 추가적인 데이터를 통한 분석이 요구된다.