To understand the hyrogeochemical variation of bedrock aquifer during underground space construction, various graphical methods including multiple-component plots and chemical trends were used to estimate the mixing rate between seawater and freshwater and to investigate the evolution of water quality. The water chemistry and mixing rate between fresh and sea waters, which are generally localized in the construction area (MW-7, in land), shows typical characteristics of freshwater that doesn’t affect its validity as seawater intrusion. Especially, the water chemistry of a MW-4 (coastline) was classified as Na-Cl type, Na-HCO3 type, and Ca-Cl type due to the influence of the seawater intrusion. And hydrogeochemical and isotopic data show that local freshwater is subjected to geochemical processes, such as reverse ion-exchange. Throughout the Chadha’s diagrams, four different case histories with the temporal and spatial variation of groundwaters in the study area were proposed, which is recommended to interpret the hydrogeochemical reactions effectively.
대륙지각의 화학조성은 지각의 형성과 진화에 대한 이해 및 대륙지각내에서 발생된 여러 과정을 정량화하는데 있어서 중요한 역할을 한다. 이 논문에서는 1990년대 이후 보고된 한반도내 화성암류와 퇴적암류의 지구화학적 자료를 토대로 한반도를 구성하고 있는 대륙지각의 화학조성을 지질시대별로 살펴보았다. 평균상부지각조성을 기준으로 한반도에서의 생성시기별 상부지각의 지구화학적 특성을 비교해보았을 때, 트라이아스기의 화강암이 다른 시대와 비교해서 일부 원소에서 현저하게 부화되었거나 결핍된 특성을 보여주었다. 또한 선캠브리아기와 쥬라기 이후의 화강암은 매우 유사한 주성분, 미량성분, 희토류원소의 지구화학적 특성을 보여준다. 하부지각의 지구화학적 특성을 지시해주는 선캠브리아기 고변성도 편마암의 희토류원소 및 미량원소의 지구화학적 특징은 쥬라기 이후 상부지각을 형성한 화강암의 희토류원소 및 미량원소의 지구화학적 특징과 유사한 특징을 보여주는데, 이는 이들 변성암류가 중생대 쥬라기 이후 화강암질 마그마의 기원물질이 되었을 가능성을 지시해준다. 반면에 한반도내 중생대 트라이아스기의 상부지각의 기원물질은 선캠브리아기나 쥬라기 이후의 상부지각을 형성한 기원물질과는 다른 것으로 나타났다.
한반도 남동부에서 관찰된 총 287개 암맥들의 암석기재와 지화학적 자료들로부터 그 특성과 기원 마그마의 진화 경로를 밝히고자 하였다. 암맥들은 야외에서 염기성, 중성, 산성 암맥군으로 분류되며. 다시 염기성 암맥은 3개 그룹, 중성 암맥은 2개 그룹, 산성 암맥은 2개 그룹으로 각각 재분류된다. 이 중 염기성 암맥의 그룹(I)에 해당하는 암맥들이 연구지역에 가장 우세하게 산출되는데, 이들은 연일구조선을 경계로 하여 양쪽에 모두 분포하며 동일한 암석기재학 그리고 지화학적 특징을 보여주었다. 이는 선행 연구에서 밝혀진 바와 같이 연일구조선 양편의 암맥들이 모두 동시기에 만들어졌음을 의미하며 연일구조선이 마이오세 지각변형기 동안 지괴의 시계방향 수평 회전운동을 규제한 주요 구조선이었음을 강력히 지지한다. 암맥들의 지화학적 특징들은 암석기재적으로 분류한 7개 그룹에 따라 서로 잘 구분되었다 염기성, 중성, 산성 암맥들은 각각 현무암과 현무암질 안산암, 안산암과 데사이트 그리고 유문암에 해당되며, 마그마 계열은 대부분 칼크-알칼리계열에 해당된다. 지화학 자료는 염기성 암맥들에서 감람석, 단사휘석, 사장석의 분별정출 작용이 있었음을 지시하며, 특정 원소들의 함량과 조구조 판별도에서는 연구지역 암맥들이 지판의 침강 섭입과 관련된 마그마로부터 유래되었고 그 조구조 환경이 조산대 화산호와 관련이 있음을 보여주었다.
This study was carried out to understand the formation of acid mine drainage (AMD) by pyrophyllite (so-called Napseok)-rainwater interaction (weathering), dispersion patterns of heavy metals, and patterns of mixing with non-polluted water in the Tongnae pyrophyllite mine. Based on the mass balance and reaction path modeling, using both the geochemistry of water and occurrence of the secondary minerals (weathering products), the geochemical evolution of AMD was simulated by computer code of SOLVEQ and CHILLER. It shows that the pH of stream water is from 6.2 to 7.3 upstream of the Tongnae mine. Close to the mine, the pH decreases to 2. Despite being diluted with non-polluted tributaries, the acidity of mine drainage water maintains as far as downstream. The results of modeling of water-rock interaction show that the activity of hydrogen ion increases (pH decreases), the goncentration of ${HCO_3}^-$ decreases associated with increasing $H^+$ activity, as the reaction is processing. The concentration of ${SO_4}^{2-}$first increases minutely, but later increases rapidly as pH drops below 4.3. The concentrations of cations and heavy metals are controlled by the dissolution of reactants and re-dissolution of derived species (weathering products) according to the pH. The continuous adding of reactive minerals, namely the progressively larger degrees of water-rock interaction, causes the formation of secondary minerals in the following sequence; goethite, then Mn-oxides, then boehmite, then kaolinite, then Ca-nontronite, then Mgnontronite, and finally chalcedony. The results of reaction path modeling agree well with the field data, and offer useful information on the geochemical evolution of AMD. The results of reaction path modeling on the formation of AMD offer useful information for the estimation and the appraisal of pollution caused by water-rock interaction as geological environments. And also, the ones can be used as data for the choice of appropriate remediation technique for AMD.
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.
Geochemical characteristics of iron-related Ulsan granite was studied in comparison with the Cretaceous granitoids from the metallogenic provinces of copper, lead-zinc and lead-zinc/molybdenum in the Gyeongsang Basin, and the variation of cheminal compositions at the Ulsan granite/serpentinite contact was investigated. Ulsan granite is plotted in the regions of granite and granodiorite of Streckeisen's diagram. It shows differentiation trend of calc-alkali magma, and the magmatic evolution from granodiorite to granite is consistant with the general crystallization path of the Cretaceous the granitoids in Gyeongsang Basin. Differentiation index(D.I.) of Ulsan granite is 86~95, which is higher than those of Jindong granites (D.I.=45~70) and Onjongri granites (D.I.=67~84), and there are differences in the content of some major and trace elements between Ulsan granite and other Cretaceous granitoids. At the Ulsan granite/serpentinite contact $SiO_2$, $K_2O$, $Na_2O$, $Al_2O_3$, Rb, Sr, Ba which are abundant in Ulsan granite decrease toward serpentinite, while T.Fe, MgO, Ni, Cr which are abundant in serpentinite decrease toward Ulsan granite. Therefore, the geochemical characteristics of Ulsan granite is applicable to distinguish iron province from different metallogenic provinces where other Cretaceous granitoids occur in the Gyeongsang Basin, and it is possible to find serpentinite which was intruded by granite on the basis of chemical variations.
희토류 원소는 암석의 분화과정을 연구하는데 있어서 매우 중요한 자료가 된다. 이 중 Sm, Nd은 암석의 연대측정 및 지각의 진화 연구 등 지구화학적 연구 분야에 유용하게 사용되어지는 원소로, 이를 위해선 고순도 원소 분리가 필수적이다. 그러나 Nd 분리를 위해 널리 사용되고 있는 란탄 레진과 0.25M HCl을 이용한 원소 분리법을 이용할 경우, Ce을 완전히 제거할 수 없었다. 따라서 이 기술보고에서는 Nd을 분리해 내는데 있어서 란탄 레진법을 이용할 경우, 용리액 농도를 0.25M HCl보다 더 희석시킨 0.15M HCl로 변화시켰을 때 Nd과 Ce의 분리가 더 효율적인 지를 비교 검토하고자 하였다. 그 결과, 0.15M HCl의 경우 0.25 M HCl 보다 용리액을 다량으로 사용하면서도 Ce과 Nd의 분리에 있어서는 효과적이지 않았다. 이는 란탄 레진법에서 용리액의 농도를 낮추어도 Nd의 분리 효율이 더 증가되지 않음을 의미한다.
The Sm-Nd isotopic data on the Precambrian gneisses from Gyeonggi and Sobaegsan Massifs are presented and the crustal evolution of the Precambrian basements of the Korean Peninsula is discussed with that of the Precambrian basements of East Asia. Sm-Nd isochron plots on whole rock samples from Sobaegsan Massif give the following ages and initial Nd values. Biotite gneisses: $1.05{\pm}0.07$ Ga with ${\varepsilon}_{Nd}$ (1.05 Ga)= $-12.5{\pm}0.4$ ($2{\sigma}$); granitic gneisses: $1.70{\pm}0.59$ Ga with ${\varepsilon}_{Nd}$ (1.70 Ga)=$+9.5{\pm}6$($2{\sigma}$). Initial Nd isotopic evolution diagram for the Precambrian orthogneisses from Sobaegsan Massif with the Precambrian orthogneisses in northeastern China and Japan reveals the existence of early Archean depleted-mantle in east Asia and suggests the prevalence of nearly common or similar source accountable for these Precambrian gneisses. Such a common source is shown to have LREE-enriched feature and to have been formed from the depleted-mantle in the late Archean of ca. 2.6 Ga. On the other hand, the Sobaegsan granitic gneisses in Korea are concluded to have different evolution history. Our Sm-Nd study clearly discloses that some Precambrian orthogneisses from Korea had evolved from the protolith having the similar or same geochemical properties with the Precambrian orthogneisses in Japan and northeastern China. In addition, crustal formation age of Gyeonggi Massif in southern Korea may be different from that of Sobaegasn Massif.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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