• 한국광물학회지
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• 제17권1호
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• pp.61-73
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• 2004

강원지역에서 산출되는 탄산천의 수리 화학적 특성과 모암과의 관계, 그리고 생성기원에 대해서 해석하고자 하였다. 이 연구에서는 기존의 연구결과에 대한 재해석도 포함되어 있다. 강원지역의 13개 지역에서 탄산수 시료를 채취하였다. 탄산수의 수리 화학적 특성을 보면 $P_{CO2}$ /는 0.787∼4.78 atm 범위의 높은 값을 보이고, 약산성 pH, 높은 전기전도도값(422∼2,280 $\mu$S/cm)의 특성을 보인다. 탄산수의 화학적 유형은 $Ca-HCO_3$형, $Na-HCO_3$형, Ca(Na)-HC $O_3$형으로 구분된다. 아울러 강원지역 탄산수는 다량의 철과 불소를 함유하는 것이 특징이다. 탄산수의 화학적 성분과 모암의 화학분석 자료를 종합하면 $Na-HCO_3$형의 탄산수는 설악산일대 흑운모-칼리장석 화강암의 영향을$ Ca-HCO_3$형의 탄산수는 편마암과 화강암내 방해석등에 영향을 받는 것으로 보인다. 암석내 Na, K, Ca, Mg 함량과 탄산수내 그들의 함량과의 관계가 비례함이 이를 뒷받침한다. 불소는 $Na-HCO_3$형의 탄산수에서 높은 값을 보이고 철 성분은 $Ca-HCO_3$형의 탄산수에서 더 높은 함량을 보인다. 불소는 흑운모(혹은 복운모)화강암내 운모의 OH를 치환한 F성분의 용해에 의한 것으로 해석된다. 동위원소와 암석성분 자료를 근거로 볼 때 모암의 광물화학성분이 탄산수의 화학적 유형을 결정한 것으로 보인다. 이를 확실히 뒷받침하기 위해서는 암종별 현미경적 관찰과 광물에 대한 화학성분 분석이 추가적으로 이루어져야 할 것이다. 탄산수의 $\delta$D과 $\delta^{18}$O 값은 순환수선에 도시되며, $\delta^{13}$C 값이 -0.3∼-6.2$\textperthousand$PDB 범위를 보여 국내 다른 지역 탄산수와 거의 유사한 범위를 보인다. 탄산수는 지하 심부의 $CO_2$ 가스가 지표부로 상승하면서 순환하는 지하수와 혼합된 후 반응하는 모암에 따라서 다양한 화학적 유형의 탄산수가 생성된 것으로 해석된다.

• 자원환경지질
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• 제41권1호
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• pp.15-32
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• 2008

강화 석모도 지역 석모도 온천수의 영족기체와 온천수의 지화학적 진화와 기원을 해석하고 온천수의 지화학적 특성을 규명하기 위해 온천수, 지하수, 지표수의 수리화학, 안정 동위원소, 영족기체 동위원소 분석이 이루어졌다. 온천수와 지하수의 pH는 각각 $6.42{\sim}6.77,\;6.01{\sim}7.71$로 약산성을 보이고 있다. 석모도 온천 지역의 온천수의 유출수온은 $43.3{\sim}68.6^{\circ}C$이다. 온천수의 전기전도도는 $60,200{\sim}84,300{\mu}S/cm$으로 비교적 높은 값이며 석모도 온천수가 해수와 혼합되어졌음을 암시하고 있다. 석모도 온천수의 화학 조성은 Na-Ca-Cl형이다. 반면, 지하수와 지표수는 각각 Na(Ca)-$HCO_3$, Na(Ca)-$SO_4$형과 Ca-$HCO_3$ 형으로 구분된다. 석모도 온천수의 산소와 수소 동위원소비는 각각 $-4.41{\sim}-4.47%o$와 $-32.0{\sim}-33.5%o$로 순환수 기원이다. 지하수에서의 산수 수소 동위원소비는 각각 $-7.07{\sim}-8.55%o,\;-50.24{\sim}-59.6%o$이다. 석모도 온천수에 $^{18}O$와 $^2H$가 부화된 특성은 온천수가 담수와 해수의 혼합대에서 유래되었음을 암시하고 있다. 석모도 온천수 중의 황산염이온의 황 동위원소비는 $23.1{\sim}23.5%o$로 이 지역 해수의 황 동위원소비(20.2%o)와 유사하다. 이는 온천수의 황이 해수의 황산염으로부터 유래되었음을 의미한다. 석모도 온천수의 $^3He/^4He$ 비는 $1.243{\times}10^{-6}{\sim}1.299{\times}10^{-6}cm^3STP/g$로 온천수 중의 He 가스가 부분적으로 맨틀에서 유래되었음을 보여준다. 온천수에서의 아르곤 동위원소비$(^{40}Ar/^{36}Ar=298{\times}10^{-6})cm^3STP/g$는 대기기원의 값을 보인다.

• 대한지하수환경학회지
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• 제5권4호
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• pp.177-191
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• 1998

경북 풍기읍 일대의 선캠브리아기 편마암 지역에 부존하는 지하수계의 수리지구화학.수리지질학적 특성을 규명하기 위하여, 지표수, 천층 지하수(심도＜70 m) 및 심층 지하수(심도 500~810 m)를 대상으로 수리화학, 다변량 통계, 열역학, 환경 동위원소(삼중수소, 산소-수소, 탄소, 황) 및 질량 보존 모델링을 포함한 종합적인 연구를 수행하였다. 천층 지하수의 수질은 Ca, Mg, SO$_4$및 NO$_3$의 함량이 높은 'Ca-HCO$_3$' 유형으로 특징되는 반면, 심층 지하수는 Na, Ba, Li, H$_2$S, F 및 Cl의 함량이 높고 방해석에 대해 포화 상태를 보이는 'Na-HCO$_3$' 유형으로 특징된다. 본 지역 자연수의 수질은 크게 두 유형, 즉 1) 지표수 및 천층 지하수와 2) 심층 지하수 및 일부천층 지하수로 대분되며, 앞의 유형은 계절적인 조성 변화를 나타낸다. 다변량 통계 분석 결과, 심층 지하수의 수질을 지배하는 세 개의 요인이 도출되었다. 이들 요인은 총 86%의 설명력을 가지는데, 1) 사장석의 용해와 방해석의 침전, 2) 황산염의 환원, 3) 수산화 광물(특히 운모류)의 산성 가수 분해 반응으로 요약될 수 있다. 열역학적 해석 결과와 결합한 질량 보존 모델링을 통하여, 심층 지하수의 수질 특성을 지배하는 수/암 반응을 적절히 설명해 주는 네 개의 모델을 제시하였다. 각 모델은 사장석, 고령토 및 운모류 용해와 방해석, 일라이트, 로몬타이트, 녹니석 및 스멕타이트의 침전을 보여준다. 산소 및 수소 동위원소 연구 결과, 심층 지하수의 경우는 먼 거리의 고지대(소백산 일대)에서 충진된 강우로부터 기원한 후 광역적인 심층 순환을 하면서 상당한 정도의 수/암 반응을 수반한 반면, 천층 지하수는 근처의 저지대에서 충진되었음을 알 수 있다. 삼중수소 자료에 따르면, 심층 지하수(0.2 TU)의 충진 연령은 핵실험 이전인 반면, 천층 지하수(5.66~7.79 TU)는 핵실험 이후였다. 용존 황산염의 황동위원소 조성 분석을 통하여, 본 지역의 심층 지하수에서 특징적으로 높은 함량을 보이는 황화수소(최대 3.9mg/l) 는 황산염의 환원에 기인함을 밝혔다. 또한, 용존 탄산염의 탄소 동위원소비는 토양 이산화탄소에 의한 탄산염 광물의 용해(천층 지하수의 경우), 또는 방해석의 재침전(심층 지하수의 경우)에 의해 조절되고 있음을 확인하였다. 본 지역에 부존하는 지하수의 기원과 유동 및 화학적 진화를 종합적으로 보여주는 모델을 제시한다.

• 자원환경지질
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• 제36권6호
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• pp.441-455
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• 2003

광주지역의 지하수는 주로 Ca-$HCO_3$, Ca-Na-$HCO_3$, Ca-Na-$HCO_3$-Cl 유형의 다양한 수질을 보여준다 그러나 광주천인근 지하수는 50mg/L 이상의 비교적 높은 $Cl^-$농도를 보이고, EC는 400${\mu}s$/cm 이상의 값을 나타내며, Ca-Cl 유형의 수질 특성을 보이고 있다. 일부 지역에서는 하천과 인근 지하수 관정 사이의 거리에 따라서 $Cl^-$, $HCO_3^-$/의 농도, EC와 ${\gamma}^{18}O$ 값이 체계적으로 변화하여 하천수의 지하유입이 확인되고 있다. 안정동위원소 연구결과, 광주지역 전체 지하수의 ${\gamma}^{18}O$ 값의 범위는 -9.2∼-5.5${\textperthansand}$ 이나 광주 동남부 고지대에서는 비교적 가벼운 값(>-8${\textperthansand}$)을 나타내나, 저지대 층적층이 분포된 하천 인근 지하수에서는 -6${\textperthansand}$ 보다 무거운 ${\gamma}^{18}O$ 값이 분포 경향을 보인다. 하천 인근에서 채취된 14개 지하수 시료 사이에는 ${\gamma}$D 및 ${\gamma}^{18}D$ 값이 ${\gamma}D{=}7.1{\times}{\gamma}^{18}O$-1의 관계를 보여 증발작용에 의한 동위원소 비평형을 나타내나, 하천수와 인근 지하수의 ${\gamma}^{18}O$값은 일부 지역에서 하천수 유입에 의한 체계적인 분별효과를 나타내기도 한다. 하천 인근 지하수의 DIC(용존무기탄산염)에 대한 ${\gamma}^{13}C$ 값은 -17.6∼15.2${\textperthansand}$로써 매우 가벼운 값을 나타내며, 토양 유기물 기원의 $CO_2$실 영향이 우세한 것으로 확인되었다. $NO_3^-$에 대한 ${\gamma}^{15}N$ 및 ${\gamma}^{18}O$ 값은 각 0∼17.0${\textperthansand}$ 및 6.6∼17.4${\textperthansand}$로써 토양의 질산염, 생활하수 및 분뇨 기원의 질소가 혼합된 것으로 나타나고 있으며 대부분 시료는 탈질 화작용이 약 40∼60%까지 진행되면서 ${\gamma}^{15}N$ 및 ${\gamma}^{18}O$ 값의 체계적인 분별효과가 야기되었다.

• 지질공학
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• 제18권4호
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• pp.471-482
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• 2008

이 연구는 충남 연기군 원성리에 소재하고 있는 안티몬공장에서 산업폐기물로 발생된 안티몬 폐기물을 매립지의 토양수, 인접하천수, 인근마을 지하수에서 안티몬을 포함한 일부 중금속에 의한 오염특성을 밝히고자 수행되었다. 하지만 현재 매립지는 수년전에 폐기물은 수거하여 다른 지역으로 옮긴 후 복토된 상태이다. 본 연구를 위하여 조사지역에서 지하수, 하천수, 토양수 총 35점을 채취하였고 대조마을에서 2점의 지하수를 채취하였다. 연구결과 매립지 농지의 토양수에는 안티몬의 농도가 대조마을 지하수보다 훨씬 높은 $48.75{\sim}74.81\;ppb$의 범위를 보여, 이는 주요 선진국 음용수 수질 기준치를 최고 수 십 배 상회한다. 매립지와 접한 하천수 3지점, 마을지하수의 1곳, 안티몬공장내 지하수 1점에서도 안티몬의 농도가 비교적 높게 검출되었다. 철, 망간 등의 중금속이 토양수 및 하천수에서 최고 6.5 ppm, 7.3 ppm으로 매우 높은 값을 보인다. 그러나 그 외 중금속은 일부 토양수, 하천수, 지하수에서 대조마을 지하수보다 높은 값을 보이지만 수질기준치에 비해 상당히 낮은 같을 보인다. 모든 물 시료의 화학적 유형은 Ca-$HCO_3$ 유형에서 Ca-($Cl+SO_4+NO_3$) 유형까지 넓게 분포한다. 토양수가 Ca - $SO_4$의 유형을 보이는 것은 안티몬이 매립되었던 폐기물의 환산화물의 함유에 기인하는 것으로 보인다. 일부지하수는 칼륨과 질산염 성분의 높은 값을 보여 비료와 생활오염물질에 의한 오염을 보인다. 결론적으로 폐기물을 매립지의 복토층 아래 토양내 아직도 상당량 안티몬 등 중금속이 존재하며, 이들이 인근 하천 및 지하수를 오염시키고 농작물까지 영향을 미칠 수 있으므로 적절한 방재 대책을 세워야 할 것이다. 본 연구는 국내 안티몬 폐기물에 의한 수질오염사례에 대한 최초의 연구결과로 환경부에서도 국가적 수질관리 차원에서 안티몬에 대한 대책을 세워야 할 것이다.

• 자원환경지질
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• 제31권3호
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• pp.185-199
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• 1998

1995~1996년중 부곡 지열수 지역에서 채수한 유형별 자연수를 대상으로 수문지구화학 및 환경동위원소 연구를 수행하였다. 연구 지역에는 물리화학적으로 뚜렷히 구분되는 세 유형의 자연수, 즉 (1) 군접 I (지열수 지역의 중심부에서 산출되고 최대 $77^{\circ}C$의 용출 온도를 갖는 $Na-SO_4$ 유형), (2) 군집 II(외곽부에서 산출되며 다소 낮은 온도를 갖는 $Na-HCO_{3}-SO_{4}$ 유형) 및 (3) 군집 III(지표수나 천층 냉각 지하수로서 $Ca-HCO_3$ 유형)이 함께 산출된다. 군집 I은 Ia 및 Ib로 세분된다. 수문지구화학적 진화는 수 암 반응의 증가에 따라 군집 III$\rightarrow$II$\rightarrow$I의 순으로 진행되었다. 군집 II 및 III의 자연수는 비교적 낮은 수-암 반응, 특히 방해석 및 Na-사장석의 용해 반응에 의해 형성되었지만, 군집 I은 사장석, K 장석, 백운모, 녹려석, 황철석 등과의 높은 수-암 반응에 의해 형성되었다. 용존 황산염의 농도 및 황동위원소 조성은 지열수의 기원 및 전화를 해석하는데 중요한 정보가 된다. 용존 황산염은 퇴적 기원 황철석의 산화에 의해 생성되거나 (군집 Ib의 경우), 또는 열수의 상승 통로인 단열대에 존재하는 마그마 열수기원 황철석의 용해에 의해 생성되었다 (군집 Ia의 경우). 지열 저장지의 온도 규명을 위한 알칼리 이온 지옹계의 적용성은 화학조성을 변화시키는 요인들, 특히 마그네슘이 풍부한 지표수와의 혼합에 의해 제한된다. 그러나 다성분 광물/물 평형계에 대한 열역학적 계산 및 유체포유물 설험 결과, 심부 지열 저장지 (냉각중인 화성암체?)의 온도는 $125^{\circ}C$에 이르는 것으로 판단된다. 환경동위원소 (산소-수소, 삼중수소) 연구에 의하면, 자연수는 모두 상이한 충진 특성을 갖는 강우로부터 기원하였다. 특히 군집 Ia의 물은 심부 지열 저장지까지 심부 순환한 오래된 (40년 이상) 강우로부터 기원하였으며 지표부 물과의 혼합 정도도 낮다. 본 논문에서는 황산염이 풍부한 국내 지열수의 성인 및 진화에 관한 모델을 제시한다.

• 대한지하수환경학회지
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• 제6권3호
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• pp.140-151
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• 1999

부산 남부지역 안산암질암지역의 지하수와 서북부지역 화강암지역의 지하수를 채수하여 주요성분과 미량성 성분을 분석하였다. 파이퍼 다이아그램애 의하면, 남부지역은 $Ca^{2＋}$－HCO$_3$$^{-}$ 형과 $Ca^{2＋}$－(Cl$^{-}$ ＋SO$_4$$^{2－}$ )형에 속하고, 서북부지역은 대부분 $Ca^{2＋}$－HCO$_3$$^{-}$ 형에 그리고 일부는 $Na^{＋}$－HCO$_3$$^{-}$ 형에 속한다. 요인분석에 의하면, 남부지역은 두 개의 요인(요인 1과 요인 2)로 특징지어진다. $Mg^{2＋}$, $Ca^{2＋}$, Cl$^{-}$ , SO$_4$$^{2－}$ , NH$_4$$^{＋}$, EC과 NO$_3$$^{-}$ 로 구성되는 요인 1은 사장석 및 방해석의 용해 그리고 인위적인 오염 (가정하수 및 산업폐수)의 영향으로 대표된다. $K^{＋}$, $Na^{＋}$. SiO$_2$, SO$_4$$^{2－}$ , HCO$_3$$^{-}$ 로 구성되는 요인 2는 주로 장석의 용해로 대표된다. 서북부지역은 세 개의 요인(요인 1. 2, 3)으로 특징지어진다. EC, pH, $Na^{＋}$, $K^{＋}$, NH$_4$$^{＋}$, Cl$^{-}$ , SO$_4$$^{2－}$ 과 NO$_3$$^{-}$ 로 구성되는 요인 1은 사장석과 운모의 용해, 인위적인 오염 그리고 염수의 영향으로 대표된다. $Ca^{2＋}$과 HCO$_3$$^{-}$ 로 구성되는 요인 2는 사장석의 용해로 설명된다. 요인 3은 $Mg^{2＋}$과 SiO$_2$,로 구성되며 규산염광물 그리고 오염의 영향으로 설명된다. Helgeson 외(1978)과 Bowers 외(1984)의 상평형도에 의하면, 남부지역과 서북부지역의 지하수 모두 카오리나이트 안정영역에 속한다. Cl$^{-}$ 에 대한 $Na^{＋}$, $Ca^{2＋}$, $Mg^{2＋}$, $K^{＋}$, SO$_4$$^{2－}$ 및 HCO$_3$$^{-}$ 각각의 관계에 의하면. 남부지역과 서북부지역 얘서 모두 염수의 영향을 받고 있는 것으로 나타난다.

• 지질공학
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• 제28권4호
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• pp.565-582
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• 2018

울릉도 북면 천부리에 소재하는 자분샘인 추산용출소 지하수의 수질특성을 규명하고, 이를 통하여 대수층의 발달특징을 고찰하였다. 상류구배인 나리분지 일대에 광범위하게 분포하는 부석층과 화산쇄설층, 칼데라 함몰과 관련된 단층과 절리와 같은 파쇄대는 투수계수가 높아 용출소의 지하수함양에 유리한 조건을 제공한다. 특히 다공성이며 표면적이 넓은 알칼리성 화산쇄설물로 구성된 화산암류로 인해 상류하천수와 용출소는 독특한 수질특성을 보인다. 용출소의 수질유형은 $Na-HCO_3$형이며, 상류의 샘과 하천수는 $Na-HCO_3$형과 Na-Cl형의 경계에 놓인다. EC과 상관성이 높은 성분으로는 $HCO_3$와 Na를 비롯하여 F, Ca, Mg, Cl, $SiO_2$, $SO_4$ 등이 있다. 높은 Na, Cl 함량은 울릉도 지질 전반에 알칼리계열의 화산암이 분포하며, 고기 화산활동에 영향을 받은 것으로 판단된다. 물-암석반응을 잘 반영하는 요소인 Eh와 pH는 어떤 수질성분과도 상관성이 거의 없는 것으로 나타났다. 요인분석결과에 의하면, 요인 1의 영향력은 54%로 나타났으며, 요인 2의 경우 25.8%이다. 요인 1에 높은 적재량을 가지는 성분은 F, Na, EC, Cl, $HCO_3$, $SO_4$, $SiO_2$, Ca, $NO_3$, Mg 등이다. 요인 2에 대해 적재량이 높은 성분은 Mg, Ca이며, 음의 적재값이 높은 성분은 K, $NO_3$, DO 등이다. 이 지역의 독특한 수질특성 즉 높은 Na, Cl, F, $SO_4$ 등은 알칼리계열의 화산쇄설암류의 세립질 입자, 높은 공극률 등이 물-암석반응을 가속화시킨 결과로 해석된다. 그러나 울릉도의 수질특성과 대수층의 발달, 수리순환을 규명하기 위하여서는 광범위한 지구물리탐사와 더불어, 동위원소, 미량원소, 추적자 등을 통한 추가연구가 필요하다.

• 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.