• 자원환경지질
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• 제45권6호
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• pp.661-672
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• 2012

국내 육상 이산화탄소 지중저장 후보지 중 하나로 거론되고 있는 경상분지 사암에 대하여 초임계$CO_2$ 주입에 의한 사암의 용해반응을 규명하는 실내 실험을 실시하였다. 초임계$CO_2$로 존재하는 지중저장 온도/압력조건(100 bar와 $50^{\circ}C$)을 재현한 스테인레스 셀(용량 110 ml) 내부에 지하수를 주입한 후, 공극률이 다른 3 종류의 경상분지 사암 시료에 대하여 슬랩으로 제작하여 표면을 폴리싱한 후 고압셀 하부에 고정시켜 지하수에 잠기게 하였으며, 초임계$CO_2$를 주입한 후 60 일 동안 지하수 용존 이온 농도 변화, 질량 변화, 광물의 평균 표면 거칠기 변화를 측정하였다. 사암의 물성 변화 실험에서는 채취한 3 종류의 경상분지 사암들을 원통형 코어 형태로 가공하여 대형 고온고압탱크(2 liter 용량)에 고정시켜 30 일 동안 반응 시킨 후 공극률, 건조밀도, 탄성파 속도, 일축압축강도 등을 측정하여 용해반응에 의한 사암의 물성변화를 규명하였다. 반응 시간에 따른 사암 코어의 무게를 측정하여 질량 변화에 따른 1차 용해반응 상수값($k_d$)을 계산하였으며, 이 용해상수를 이용하여 단위면적($cm^2$) 당 1 g의 사암시료가 완전히 용해되는데 걸리는 용해시간을 계산하였다. 사암 슬랩을 이용한 지중저장 조건에서 초임계$CO_2$-사암-지하수 반응 실험 결과 $Ca^{2+}$, $Na^+$의 용해반응이 활발하게 일어나는 것으로 나타나, 이들 함량이 높은 사장석, 방해석 등을 중심으로 사암의 용해반응이 일어남을 알 수 있었으며, 반응 30 일 후 초기 A사암 슬랩 무게의 0.66%가 반응에 의해 용해되었다. 경상분지 사암의 물성 변화 실험 결과, $CO_2$ 반응 30 일 동안 B사암과 C사암의 공극률은 초기 공극률 기준 16.2%와 7.4% 증가하는 반면, 건조밀도, 탄성파 속도 그리고 일축압축강도는 감소하는 경향을 보였으며, 이 결과는 초임계$CO_2$와 반응하여 암석의 용해반응에 의한 물성변화가 짧은 시간 동안 활발히 일어나고 있음을 의미한다. 계산된 용해반응상수값($k_d$)으로부터 B사암과 C사암의 경우 사암에 주입된 $CO_2$에 의하여 단위면적($cm^2$)당 1 g이 용해되는데 각각 평균 1,532 년과 329 년이 걸리는 것으로 나타나, $CO_2$ 지중저장 시 사암의 용해반응이 짧은 시간동안 활발히 일어날 수 있음을 입증하였다.

• 한국광물학회:학술대회논문집
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• 한국광물학회.한국암석학회 2001년도 공동학술발표회 논문집
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• pp.58-59
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• 2001

부산에서 북동쪽으로 대략 25km 떨어진 지점에 위치하고 있는 일광광산 부근의 지질은 백악기 화산암ㆍ퇴적암 그리고 이를 관입한 화강암류와 이 암주 내에 발달하는 구리-중석을 함유하고 있는 각력파이프광상으로 이루어져 있다. 일광광산의 화강암류는 거의 타원형으로 felsic한 중앙부와 mafic한 양상의 주변부로 나뉘어지며, 암주 내에 수직적인 원통형의 각력파이프가 광화대를 이루고 있고, 그 주변에는 모암변질대가 발달되어 있다. 각력파이프를 충진하고 있는 vein과 화강암의 중앙부에는 전기석이 풍부하게 산출되고 있다. 일광광산에서 산출되는 전기석은 야외 관찰시 각력파이프 중심에서부터 외곽부쪽으로 전기석의 풍부함이 감소하며 산출형태도 달라진다. 파이프에서 대략반경 150m내에서 전기석은 침상형 의 방사상 모양 내지 rosettes형으로 풍부하게 산출되며, 화강암내의 mafic한 암편을 치환한 형태로 산출되기도 한다. 암주의 중앙부 주변부에서는 거의 미세한 구상형으로 산재되어 나타나고 있다. 전기석은 복잡한 화학식 {(Na, Ca)(Fe, Mg)$_3$(Al, Li)$_{6}$(BO$_3$)$_3$Si$_{6}$O$_{18}$ (OH, F)$_4$}을 갖는 붕산 규산염광물이다. 이러 한 다양한 성분은 마그마의 진화과정, 모암의 특성, 온도, 압력, 성분과 같은 물리ㆍ화학적 성질에 따라 전기석의 성분이 체계적으로 변하기 때문에 모암과 전기석 기원과의 상관관계를 파악할 수 있다. 파이프 부근의 화강암류는 현미 경상에서 전기석이 석류석과 같이 풍부하게 나타나며 장석들은 변질받은 상태로 세리사이트, 녹렴석으로 나타나고, 흑운모와 각섬석은 녹니석화되어 변질된 상태를 보이고 있다. 파이프 중심에서 외곽부로 갈수록 전기석의 함량은 줄어들고 있고 장석들이 알바이트ㆍ칼스베드 쌍정을 보이며, 흑운모가 각섬석보다는 우세하게 나타나고 있다. 전기석은 주상 결정, 자형 내지 반자형의 입자로 다색성을 보이며, 결정 중심에서 가장자리로 갈수록 파란색과 황갈색의 광학적 누대구조를 관찰할 수 있다. 일광광산에서 산출되는 전기석에 대한 현미경 관찰은 열수기원임을 지시하고 있다. 야외조사와 현미경 관찰의 예비조사에 의하면 일광광산의 전기석이 형성된 환경은 다른2가지 화학적인 저장소의 혼합 효과의 결과로 생성되어진 것으로 예상된다. 일광의 화강암류를 만든 마그마는 전기석을 형성할 만큼의 Fe-Mg성분이 충분하지 않았을 것이다. 화강암 내에 흑운모와 각섬석의 결정작용에 의해 마그마의 Fe-Mg성분이 고갈되어지고 이로 인해 그 함량이 감소하며 상대적으로 마그마 내에 남은 붕소(B$_2$O$_3$)는 열수로 용리되고 흑운모, 각섬석과 평형을 유지하며 열수에 남아있게 된다. 잔류용융체에 남은 붕소의 함량은 전기석을 만들기에 충분함에도 불구하고, Fe-Mg 함량이 부족하여 마그마 기원의 전기석 결정을 만들 수가 없다가 광맥이 형성된 시기에 또 다른 열수가 공급되면서 이전의 평형이 깨지고 기존의 흑운모와 같은 염기성 광물이 붕소(B)를 함유한 새로운 열수와 반응하여 전기석을 형성한 것으로 예상한다. 앞으로 전암과 광물에 대해 지화학적 연구를 통해 화강암류와 전기석과의 지화학적 연관성, 주성분 원소와 열수의 특성과의 상관관계, 전기석의 기원(마그마 기원인지 열수기원인지)이 보다 정확하게 파악될 것이다. 마그마 진화에 따른 전기석의 성분변화와 기원을 이용하여 일광광산의 동광화대를 형성한 마그마 계에서 열수계로 이어지는 지질학적 과정을 이해할 수 있을 것이며, 암석 성인론적 지시자로서 어떠한 중요성을 갖는지 논의되어질 수 있다.

• 한국지구과학회지
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• 제32권2호
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• pp.170-179
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• 2011

석탄회는 독특한 화학조성과 광물학적 특징을 가지고 있다. 본 연구는 해안가에 위치한 영동화력발전소의 매립 호수에서 배출되는 석탄회와 주변 해수와의 반응에서 토착 미생물이 중금속 용출에 어떤 영향을 미치는지를 알아보았다. 매립 호수의 pH는 6.3-8.5로 나타났다. 본 연구를 위해 매립 호수의 세 지점을 선정하여 각 지점에서 석탄회(0.4 L)와 해수(1.6 L)가 혼합된 세 개의 시료를 채취하였다. 채취한 시료는 각각 $120^{\circ}C$, 2.5기압 환경하에서 멸균 처리하고, 미생물의 활동을 촉진하기 위해 글루코스를 첨가하여 배양하였으며, 나머지 하나는 자연 상태로 60일 동안 보관하면서 박테리아의 활동에 따른 지화학적 변화과정을 살펴보았다. 다른 시료와 비교하여 글루코스를 첨가한 시료에서 15일 후에 알카리도가 크게 증가하였으며, Mg, Ca, K와 같은 양이온은 글루코스를 넣은 시료에서 초기에 증가하다가 15일 이후 감소하였다. $SO_4^{2-}$는 글루코스를 첨가한 시료에서 크게 감소하였다. 이러한 지화학적 결과는 매립 호수에 서식하는 박테리아의 활동성과 관련이 있다. 이러한 결과는 석탄회 내에 서식하는 박테리아의 특성을 이해하기 위한 기초자료로서 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 자원환경지질
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• 제45권1호
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• pp.23-30
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• 2012

농업지역인 충북 영동 지역 지하수의 지화학적 특성과 질산염의 기원을 규명하기 위하여 지화학 및 질소동위원소 연구가 수행되었다. 지하수의 pH는 평균 7.2 (6.0~8.2)로 약산성 내지 약알칼리성으로 나타났다. 지하수의 평균 전기전도도, 산화환원전위 및 용존산소량은 각각 369 ${\mu}S/cm$ (70~729 ${\mu}S/cm$), 165.6 mV (29-383.2 mV), 4.3 mg/L(1.8~8.0 mg/L)이다. 지하수 내 양이온을 함량이 높은 순으로 나열하면, $Ca^{2+}$>$Na^{2+}$>$Mg^{2+}$>$K^{2+}$이고, 음이온의 경우는 ${HCO_3}^-$>${NO_3}^-$>${SO_4}^{2-}$>$Cl^-$>$F^-$이다. 연구지역 지하수의 대부분은 물-암석과의 반응으로 기인된 Ca-$HCO_3$ 유형으로 나타났으며, Ca-Cl 유형 (2.5%) 과 Na-$HCO_3$ (2.5%) 유형은 농업활동 등의 영향으로 전이된 것으로 밝혀졌다. 지하수 내 질산성 질소의 함량은 10.2 mg/l~26.9 mg/l 범위로 검출되어 오염이 우려되는 것으로 밝혀졌다. 지하수 내 질산성 질소의 기원을 파악하기 위한 질소 동위원소 분석 결과, 질산성 질소의 동위원소비 (${\delta}^{15}N_{-}NO_3$)는 1.9‰~19.4‰ (평균 10.1‰)로 측정되었으며, 동위원소비에 따른 질산염의 기원은 축사의 동물 분뇨나 농지에 시비된 유기물 비료임을 나타낸다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제4권4호
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• pp.321-328
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• 2006

한국원자력연구소 내 부지에 건설된 지하처분연구시설(KURT, KAERI Underground Research Tunnel)에 대한 기초적인 광물 풍화 및 지화학적 특성을 살펴보았다. 분석 대상 시료는 건설 과정중에 노출된 암석에 대해서 화학적 풍화에 따른 암석의 미시적인 변화를 현미경 및 화학성분 분석 등을 통해 관찰하였다. 풍화가 진행된 화강암의 경우 암석을 구성하고 있는 광물들 주변에 미세하고 작은 균열들이 발달하였다. 특히, 장석 광물의 풍화가 특징적으로 관찰되었고 광물 용해에 따른 Ca 성분의 선택적 용출 현상이 심하였다. 또한, $Fe^{2+}$를 함유한 흑운모의 용해에 의한 $Fe^{2+}$성분의 용출에 의해 주변 광물의 미세균열에 이차생성물로 철산화물 침전이 두드러졌다. 광물내부로 부터 발생된 미세균열은 풍화가 진행되면서 점차 그 규모가 커지고 grain boundary를 따라 매우 먼 거리까지 확장되는 특성을 보여 주었다. 신선한 암석 이 풍화됨에 따라 암석 내에 존재하거나 용출된 화학 성분들은 이러한 미세 균열들을 통해 새로운 이차광물 생성에 관여하거나 그들과 상호 반응하면서 이동하는 것으로 추정된다.

• 암석학회지
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• 제25권3호
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• pp.261-281
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• 2016

제주도 현무암에 포획된 맨틀 페리도타이트에 대한 암석학적/지화학적 연구는 한반도 상부맨틀 암석권 진화에 대한 우리의 지식을 한층 높이고 있다. 제주도의 페리도타이트 포획암은 대부분 첨정석 레졸라이트이며, 그 외 하즈버가이트와 휘석암으로 이루어져 있다. 제주도 페리도타이트 포획암은 부분용융, 재결정변형작용, 교대작용을 경험한 후 맨틀에 남아있던 잔류맨틀물질임을 나타낸다. 이 포획암은 맨틀웨지 환경에 있었던 암석으로 분별부분용융에 의해 일차적으로 결핍과정을 겪었으며, 소규모의 전단대내 특정한 편압에서 소량의 반상쇄성-압쇄조직이 형성되는 재결정작용도 경험했다. 그 이후 페리도타이트는 섭입하는 슬랩 기원의 $SiO_2$, K, $H_2O$, LREE에 포화된 유체(혹은 용융체)에 의해 다양하게 교대/부화되었다. 슬랩 기원의 이 유체는감람석과 반응하여 사방휘석과 금운모를 이차적으로 형성하였다. 교대작용은 제4기 제주도 마그마 시스템보다 충분히 앞선 사건이었으며, 모마그마와는 성인적으로 관련이 없다. 이러한 교대작용에도 불구하고 제주도 상부맨틀 암석권은 비교적 높은 온도와 교대작용 이후에 주어진 충분한 시간에 의해 지화학적으로 완전한 평형상태에 도달하였다. 그 이후에 동해가 열리고 동아시아 암석권은 확장되어지면서 원시 제주암석권도 맨틀웨지 환경에서 판내부환경으로 변환되어진다. 제4기 판내부환경에서 제주도가 형성되면서 이때 상승하는 알칼리 현무암에 포획된 맨틀 페리도타이트가 지표면에 운반되어졌다. 제주 상부맨틀 암석권에서 일어난 이런 종류의 물질순환은 대륙지각하부 암석권맨틀의 진화에 상당히 중요한 역할을 했었을 것이며, 동아시아 아래 상부맨틀 암석권에 EM I, EM II와 같은 부화된 영역을 형성하는데 기여했을 수도 있다.

• 자원환경지질
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• 제53권6호
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• pp.655-666
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• 2020

본 연구는 함안지역 고농도 비소 오염 지하수의 미생물 군집 특성 분석을 통해 지하수 내 비소 산출 특성을 평가하고자 수행되었다. 함안지역 지하수는 0~757.2 ㎍/L 농도 범위의 비소로 오염되어 있으며, 이는 국내에서 보고된 가장 높은 자연기원 지하수 비소 오염 농도를 나타낸다. 전체 200개 시료 중 29개(14.5%)에서 먹는물 수질 기준인 10 ㎍/L 이상의 비소 농도가 관측되었으며, 암반 지하수 관정(80~100 m 심도)에서는 50 ㎍/L 이상인 시료가 8개(4%) 존재하는 것으로 나타났다. 또한, 함안군 북측 지역에는 비소 함량이 100 ㎍/L 이상인 관정이 7개 존재하는 특징을 보였다. 고농도 비소 오염지역 지하수의 미생물 군집 분석 결과, 8개 시료에서 서로 상이한 군집 특성을 보였으며 Proteobacteria가 평균 61.5%로 가장 우점하였다. 속(genus) 수준에서는 혐기성 균인 Gallionella속과 Methermicoccus 속, 호기성 비소 환원균인 Acinetobacter속이 각각 12.8%, 7.3%, 7.8%의 높은 비율로 존재하고 있었다. 결과적으로 연구 지역의 지화학적 특성과 지하수 내 미생물의 생지화학적 기작의 복합적 반응에 의해 고농도 비소 오염 특성을 나타내는 것으로 판단된다. 따라서 본 연구를 통해 구축된 지화학적 특성과 미생물 군집에 대한 정보는 지하수 내 고농도 비소의 생성 기원과 이들의 제어 기술 개발에 활용이 가능할 것으로 여겨진다.

• 자원환경지질
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• 제50권4호
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• pp.257-266
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• 2017

본 연구에서는 초임계 $CO_2$($scCO_2$)를 이용하여 폐콘크리트 순환골재와 반응한 용출수의 pH를 9.8 이하로 유지시켜(중성화) 재활용할 수 있는 기술을 개발하기 위한 실내 배치실험을 수행하였다. 실험재료로는 건설폐기물중간처리업체에서 제공받은 세 종류의 순환골재를 사용하였으며, 각 종류별로 골재 입자크기 별로 선별하여 총 7개의 시료를 사용하였다. 먼저 $scCO_2$-물-순환골재 반응에 의해 순환골재의 pH가 지속적으로 낮게 유지되는지를 확인하는 반응실험을 수행하였다. 스테인레스강철로 만들어진 고압셀(150 mL 용량)에 테플론 비이커를 고정시킨 후, 3차 증류수 70 mL와 순환골재 시료 35 g을 혼한한 후 고압용 오븐과 고압시린지 펌프 및 압력조절 장치를 이용하여 10 MPa(100 bar), $50^{\circ}C$ 조건에서 50일간 반응시켰다. 반응시간(1, 5, 10, 15, 30, 50일)에 따른 증류수의 pH, 용존 양이온과 음이온 농도를 측정하였다. $scCO_2$ 반응에 의한 순환골재의 지화학적 및 광물학적 변화를 확인하기 위하여 반응 전/후 XRD, SEM-EDS 등의 분석을 실시하였다. 마지막으로 $scCO_2$ 반응 후 순환골재의 용출수 pH 변화를 용출실험을 통하여 규명하였다. $scCO_2$-물-순환골재 반응 결과, 반응 전 순환골재의 pH는 평균 12보다 높은 값을 나타내었으나, $scCO_2$와 반응한 지 1시간 경과 후 증류수의 pH는 7이하로 낮아졌고 반응 50일 까지 pH가 8 이하로 안정되게 유지되었다. 순환골재 종류와 관계없이 $scCO_2$와의 용해 반응에 의해 수용액 내 $Ca^{2+}$, $Si^{4+}$, $Mg^{2+}$, $Na^+$ 이온들의 농도가 증가하였으며, $scCO_2$ 반응 후 골재의 XRD, SEM-EDS 분석 결과, 다량의 방해석과 일부 무정형의 규산염과 수산화물이 침전되었다. $scCO_2$로 처리하지 않은 순환골재의 용출수 pH는 용출 시간에 관계없이 12-13을 유지하였으나, $scCO_2$로 50일 처리한 경우와 1일 처리한 순환골재의 경우 모두, 입자크기와 관계없이 용출수의 pH가 9이하를 유지하여 건설현장에서 순환골재의 재활용이 가능할 것으로 판단되었다.

• 광물과 암석
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• 제35권1호
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• pp.13-24
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• 2022

기후 변화에 민감하게 반응하는 북극해는 지구 기후 변화의 흔적을 고스란히 간직하고 있으므로, 북극해 퇴적물 연구는 지구 기후 변화를 연구하는 데 매우 중요하다. 2016년에 수행된 아라온호의 ARA07C 북극해 탐사를 통하여 동시베리아해 연변부에서 획득한 ARA07C-St02B 중력 코어를 이용하여 퇴적학적, 광물학적, 지화학적 특성을 연구하고 이를 이용하여 기원지를 추정하였다. 코어 퇴적물은 색, 입도와 빙운쇄설물의 함량에 의하여 4개의 유닛으로 구분하였는데, 갈색층을 포함하는 유닛 1과 3은 회색층으로 구성된 유닛 2와 4보다 모래와 빙운쇄설물의 함량이 다소 높다. ARA07C-St02B 코어 주변에서 연구된 ARA03B-27 코어와 비교를 통하여 이들은 MIS (Marine Isotope Stage) 1부터 4시기에 퇴적된 것으로 여겨진다. 갈색층을 포함하는 유닛들과 회색층으로 이루어진 유닛 사이에는 벌크 광물 조성, 점토광물 조성, 지화학 조성에서 차이가 난다. 벌크 광물과 점토광물 특성은 조립질 퇴적물과 세립질 퇴적물 사이에 기원지가 다를 수 있음을 시사한다. 조립질 퇴적물은 대부분 랍테프해와 동시베리아해로부터 동시베리아 연안류나 추크치해로부터 보퍼트 환류를 따라 운반된 것으로 여겨지지만, 세립질 퇴적물은 대부분 동시베리아해, 추크치해, 보퍼트해로부터 해류에 의하여 운반된 것으로 추정된다. 유닛 1의 일부 조립질 퇴적물과 유닛 3의 세립질 퇴적물은 보퍼트해와 캐나다 북극 군도로부터 해류, 빙산 또는 해빙에 의하여 연구 지역에 퇴적된 것으로 판단된다. 잠재적인 근원지의 지화학 조성에 관한 자료를 획득하게 되면, 연구 지역의 코어 퇴적물의 기원지와 공급 방법에 대하여 좀 더 자세하게 규명될 수 있을 것으로 판단된다.

• 지질공학
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• 제13권1호
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• pp.1-16
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• 2003

대구시에 분포하는 함안층, 반야월층, 주산 안산암질암, 팔공산화강암 지역의 지하수는 암석의 광물 및 화학조성에 따라 지화학적 특성이 구분된다. 대부분의 용존물질 함량은 안산암과 화강암보다 함안층과 반야월층에서 높게 나타나며 특히 $HCO_3^{-}$와${\;}SO_4^{2-}$의 함량이 매우 높은 분포를 보여준다. 퇴적암 지대의 지하수에서 $Ca^{2+},{\;}Mg^{2+},{\;}HCO_3^{-}$의 함량이 높다는 것은 탄산기를 포함하는 물이 방해석과 반응하거나 장석류의 풍화와 같은 화학적 반응의 결과이다. 파이퍼도에 의하면 함안층은 $CaSO_4-CaC2$형에 우세하게 점시되고 반야월층은 $CaSO_4-CaCl_2$형과,${\;}Ca(HCO_3)_2$형에 같이 점시된다. $Ca(HCO_3)_2$형은 주로 방해석의 용해에 의해서 형성되고, $CaSO_4-CaCl_2$ 형은 황석의 산화에 기인하는데, 일부는 인위적인 오염원의 영향을 받기도 한다. 요인분석 결과에 의하면 3개의 요인으로 추출 및 계산된다. $SO_4^{2-},{\;}Na_+,{\;}Ca^{2+},{\;}Fe$의 규제를 받는 요인 1은 방해석, 사장석의 용해 및 황철석의 산화로 설명되고, $HCO_3^{-},{\;}Mg^{2+}$의 규제를 받는 요인 2는 Mg-탄산염광물의 용해와 돌로마이트화 작용을 설명한다. $Cl^{-},{\;}K^{+},{\;}NO_3^{-}$의 규제를 받는 요인 3은 공장폐수를 포함하는 인위적인 오염원의 영향으로 추측되며 금호강 주변의 공업단지 및 주거지역은 요인 3에 대한 점수가 높은 분포를 나타낸다.