• 자원환경지질
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• 제47권4호
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• pp.421-430
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• 2014

본 연구에서는 지중 유입된 이산화탄소가 심부 지질구조 내 지하 환경에 미치는 지화학적 및 광물학적 영향을 규명하기 위한 일련의 고압셀 실험이 수행되었다. 실험을 통하여 이산화탄소 지중저장 조건에 해당하는 $50^{\circ}C$와 100 bar의 고온 고압조건을 고압셀 내에서 구현하고, 초임계 $CO_2$-지하수-광물 시스템 내에서의 반응 실험을 실시하였다. 반응 실험은 최근 국내 이산화탄소 지중저장의 후보지로서 많은 연구가 진행되고 있는 포항분지에 널리 분포하는 광물 중 하나인 제올라이트와 지하 800 m에서 채취된 심지층의 지하수를 대상으로 수행되었다. 상온 상압 및 고온 고압 환경에서 30일간 진행된 $CO_2$-지하수-제올라이트 반응으로 야기된 광물과 지하수 시료의 지화학적 및 광물학적 변화는 XRD, XRF, ICP-OES 등의 분석을 통해 정량적으로 규명하였다. 실험의 결과는 초임계 이산화탄소의 용해로 조성된 산성 환경에서 제올라이트 시료의 용해 반응이 촉진되었음을 보여 주었다. 제올라이트 시료로부터 용출된 양이온 농도가 증가함에 따라 지하수 내 $H^+$가 소모되고, 반응 10일 이후에는 지하수의 pH가 10.35 까지 증가하였다. 또한 제올라이트 시료의 용해 반응으로 인해 지하수 내 용존 양이온의 농도는 전반적으로 증가하는 경향을 보였으나, Si는 산성조건에서 비정질 규산염으로 재침전되고, Ca는 양이온 교환과 방해석으로의 재침전으로 농도가 감소한 것으로 나타났다. 실험 과정을 통하여 초임계 이산화탄소의 유입이 대수층 내 구성 광물의 용해 특성, 지하수의 화학적 조성과 물성, 대수층의 광물학적 조성 등에 변화를 발생시킬 수 있음을 보여주었다. 또한 광물상의 용해/침전과 양이온 교환 등 지화학적 반응들이 지중저장 관련 지층의 암석과 지하수의 물리적 또는 화학적 변화에 중요한 역할을 담당하고 있음을 보여주었다.

• 한국광물학회지
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• 제7권1호
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• pp.49-61
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• 1994

결정질암반중의 지하수 이동로인 열극은 모암과는 다른 이차광물로 구성되는 수가 많다. 그래서 방사성폐기물 처분장 모암중의 열극광물은 그들의 높은 표면 반응성 때문에 관심의 대상이 되고 있다. 본 논문에서는 선캠브리아기 편마암류로 구성되어 있는 충남 유구지역수리치 시추공 코아의 열극표면에서 발견된 점토광물의 생성과정을 고찰하였고, 그들과 현재 지표수 및 지하수와의 평형관계를 알아보았다. 편마암 열극에서 물-암석 상호반응은 깁사이트, 캐올리나이트, 스멕타이드, 일라이트 등을 생성시켰다. 열극점토광물은 두가지 다른 과정을 통해 생성된 것으로 판단된다. : (1) 열극주변 모암 확산대에서 장석의 Incongruent Dissolution에 의한 스멕타이트 또는 일라이트의 생성, (2) 열극틈 사이에는 깁사아트, 캐올리나이트, 스멕타이트 (또는 일라이트)가 지하수의 용존이온으로부터 침전. 열극충전광물은 깁사이트${\leftrightarrow}$캐올리나이트${\leftrightarrow}$스멕타이트 (또는 일라이트) 순으로의 광물생성순서를 보인다. 광물생성순서를 규제한 요인은 지하수의 pH 상승, 충전물에 의한 열극틈의 투수계수 감소, 그리고 알카리 및 알카리토 원소의 Immobility에 의한 것으로 보인다. 수리치 시추공 지하수의 pH는 8.6-9.2 범위이며, 화학성분상 $Na-HCO_{3}$ 형이며, Na와 $HCO_{3}$는 Albite와 Calcite의 용해작용으로부터 공급된 것으로 보인다. WATEQ4/F 프로그램에 의한 지하수의 포화지수는 pH 상승에 따라 깁사이트와 캐올리나이트는 침전반응을 거쳐 평형상태로, 스멕타이트와 일라이트 평형상태를 거쳐 재용해성 환경으로의 변화를 지시한다. $Na_{2}O-Al_{2}O_{3}-SiO_{2}-H_{2}O$계의 상안정도상에 지표수와 지하수 모두 캐올리나이트 안정영역에 속한다.

• 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.

• 자원환경지질
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• 제41권2호
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• pp.183-199
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• 2008

본 연구에서는 구룡광산에 적치된 광미층으로 부터 채취된 대표 비교란 코어시료를 대상으로 체계적인 물리 화학적 및 광물학적 특성을 심도별로 정량적으로 파악, 중금속 거동 핵심 영향요소를 기준으로 광미층 수직분대를 시도하고, 이를 기초로 광미층 비포화대-포화대에 걸친 원소 거동과 지화학적 조건과의 상관모델을 제시하고자 한다. 구룡광산의 대상 광미층은 화학적으로 지하수면을 경계로 상부층 구간에서의 낮은 pH(4)와 20wt.% 이상의 높은 $Fe_2O_3$ 및 $SO_3$ 함량에 의해 특징지어진다. 물리 화학적 및 광물학적 분석 자료를 고려하여 구룡광산 광미층을 심도증가에 따라 복토층, jarosite zone, Fe-sulfate zone, Fe-oxyhydroxide zone, gypsum-bearing pyrite zone, calcite-bearing pyrite zone, soil zone(광미층 집적 이전 토양층), weathered zone 등 7개분대로 구분할 수 있으며, 새로 생성된 이차광물상의 특성을 고려할 때 지하수면을 기준으로 상부층을 산화대(oxidation zone)로, 하부층을 비산화대(unoxidation zone), 혹은 carbonate-rich primary zone으로 크게 대분할 수 있다. 본 연구결과를 기초로 구룡광산 광미층의 물리 화학적 및 광물학적 변화를 지하수면 상부층에서의 황화광물, 특히 황철석의 산화반응이 핵심요소가 되어, 이로 인한 pH 값의 감소, 일차광물의 용해반응 및 원소 용출, 이차광물상 생성, 그리고 생성된 산의 탄산염 및 규산염광물에 의한 산-중화반응 등 일련의 지화학적 반응으로 설명할 수 있다.

• 자원환경지질
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• 제50권1호
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• pp.27-34
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• 2017

제강 환원슬래그(steelmaking reduction slag)를 출발물질로 사용하여 다양한 농도의 $H_2SO_4$, $NH_4NO_3$(0.3, 0.5, 0.7, 1 M) 용액, 반응온도 $100^{\circ}C$와 $150^{\circ}C$의 조건에서 Ca 용출 및 탄산화 실험을 실시하였다. 양이온 용출과 탄산화 반응시간은 각각 2시간 및 1시간이었으며 탄산화 효율 증대를 위해 pH는 약 12로 조절하였고 $CO_2$의 부분압은 10 bar이었다. TG 분석결과로부터 탄산화율을 계산한 결과, $H_2SO_4$ 0.5 M과 반응온도 $150^{\circ}C$의 실험 조건에서 약 86%의 고정화율이 관찰되었으나 이 이상의 농도에서는 탄산화율은 급격히 감소하였다. 그러나 $NH_4NO_3$용액을 사용한 결과, 산의 농도가 증가함에 따라 탄산화율도 비례적으로 증가하여 1 M 농도에서 약 93%의 탄산화율이 관찰되었다. 따라서 제강 환원슬래그를 사용한 탄산화반응은 $H_2SO_4$보다는 $NH_4NO_3$용액을 사용할 경우 유리한 것으로 분석되었다. SEM 분석결과, 합성된 아라고나이트는 나무토막 형태(wood piece shape), 둥근형태(round shape), 꽃모양(flower shape)으로 관찰되었으며, 방해석은 결정면이 잘 발달된 능면체형(rhombohedral shape)의 전형적인 형태로 확인되었다.

• 한국광물학회:학술대회논문집
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• 한국광물학회.한국암석학회 2003년도 공동학술발표회 논문집
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• pp.66-66
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• 2003

King George island, Antarctica, is mostly covered by ice sheet and glaciers, but the land area is focally exposed for several thousand years after deglaciation. For a mineralogical study of chemical weathering in the polar environment, glacial debris was sampled at the well-developed patterned ground which was formed by long periglaclal process. As fresh equivalents, recently exposed tills were sampled at the base of ice cliff of outlet glaciers and at the melting margin of ice cap together with fresh bedrock samples. Fresh tills are mostly composed of quartz, plagioclase, chlorite, and illite, but those derived from hydrothermal alteration zone contain smectite and illite-smectite. In bedrocks, chlorite was the major clay minerals in most samples with minor illite near hydrothermal alteration zone and interstratified chlorite-smectite in some samples. Smectite closely associated with eolian volcanic glass was assigned to alteration in their source region. Blocks with rough surface due to chemical disintegration showed weathering rinds of several millimeter thick. Comparision between inner fresh and outer altered zones did not show notable change in clay mineralogy except dissolution of calcite and some plagioclase. Most significant weathering was observed in the biotite flakes, eolian volcanic glass, sulfides, and carbonates in the debris. Biotite flakes derived from granodiorite were altered to hydrobiotite and vermiculite of yellow brown color. Minor epitactic kaolinite and gibbsite were formed in the cleaved flakes of weathered biotite. Pyrite was replaced by iron oxides. Calcite was congruently dissolved. Volcanic glass of basaltic andesite composition showed alteration rim of several micrometer thick or completely dissolved leaving mesh of plagioclase laths. In the alteration rim, Si, Na, Mg, and Ca were depleted, whereas Al, Ti, and Fe were relatively enriched. Mineralization of lichen and moss debris is of much interest. They are rich of A3 and Si roughly in the ratio of 2:1 to 3:1 typical of allophane. In some case, Fe and Ti are enriched in addition to Al and Si. Transmission electron microscopy of the samples rich of volcanic glass showed abundant amorphous aluminosilicates, which are interpreted as allophane. Chemical weathering in the King George Island is dominated by the leaching of primary phyllosilicates, carbonates, eolian volcanic glass, and minor sulfides. Authigenesls of clay minerals is less active. Absence of a positive evidence of significant authigenic smectite formation suggests that its contribution to the clay mineralogy of marine sediments are doubtful even near the maritime Antarctica undergoing a more rapid and intenser chemical weathering under more humid and milder climate.

• 자원환경지질
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• 제32권5호
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• pp.469-483
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• 1999

Two different types of deep groundwaters occur together in the Jungwon area: $CO_2$-rich water and alkali water. Each water shows distrinct hydrogeochemical and environmental isotopic characteristics. The $CO_2$-rich waters are characterized by lower pH(6.0~6.4), higher Eh (25~85mV) and higher TDS content (up to 3,300 mg/l), whereas the alkali type waters have higher pH (9.1~9.5), lower Eh (-136~-128mV) and lower TDS content (168~254 mg/l). The CO2-rich waters ($Pco_2$=up to 1atm) were probably evolved by the local supply of deep $CO_2$ during the deep circulation, resulting in enhanced dissolution of surrounding rocks to yield high concentrations of $Ca^{2+}, Na^+, Mg^{2+}, K^+\; and \;HCO_3\;^-$ under low pH conditions. On the other hand, the alkali type waters ($Pco_2$=about 10-4.6 atm) were evolved through lesser degrees of simple wate/rock (granite) interaction under the limited suppy of $CO_2$. The alkali waters are relatively enriched in F- (up to 14mg/l), whereas the F- concentration of$CO_2$-rich water is lower (2.2~4.8 mg/l) due to the buffering by precipitation of fluorite. The oxygen-hydrogen isotopes and tritium data indicate that compared to shaltion ($\delta$18O=-9.5~-7.8$\textperthousand$),two different types fo deep groudwaters (<1.0TU)were both derived from pre-thermonuclear (more than 40 years old) meteoric waters with lighter O-H isotopic composition ($\delta$18O=-9.5~-7.8$\textperthousand$) and have evolved through prolonged water/rock interaction. The $CO_2$-rich waters also show some degrees of isotopic re-equilibration with $CO_2$ gas. The $\delta^{34}S$ values of dissolved sulfates (+24.2~+27.6$\textperthousand$) in the $CO_2$-rich waters suggest the reduction of sulfate by organic activity at depths. The carbon isotope data show that dissolved carbon in the $CO_2$-rich waters were possibly derived either from dissolution of calcite or from deep $CO_2$ gas. However, strontium isotope data indicate Ca in the $CO_2$-rich waters were derived mainly from plagioclase in granite, not from hydrothermal calcites.

• 자원환경지질
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• 제35권1호
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• pp.13-23
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• 2002

화강암지역에서 산출되는 국내 지하수의 화학조성은 주로 Ca-HCO$_{3}$와 Na-HCO$_{3}$, 형에 속하며, 일부는 Ca-(C1+SO$_{4}$)또는 Na-(Cl+SO$_{4}$)형의 특성을 나타낸다. 회장암 지역의 용출수는 Ca-HCO$_{3}$ 형에, 지하수는 Na-HCO$_3$ 형에 도시된다. 빗물-화강암 반응에 대한 반응경로 모델링 결과는 초기 Ca-Cl형에서 시작하여 Ca-HCO$_{3}$을 거친 후, 최종적으로 Na-HCO$_{3}$형으로 진화하는 경향을 보인다 빗물-화장암 반응 역시 빗물-화장암 반응에서와 유사하게 진화되는 경향을 보이며, 모델링 결과는 현장자료와 잘 일치된다. 빗물-화장암/회장암 반응경로 모델링 결과, 반응이 진행됨에 따라 수소이온 활동도는 점차 감소(pH는 증가)하며, 양이온의 농도는 pH의 변화에 따른 모암을 구성하는 광물들의 순차적 용해, 2차 생성광물의 침전 및 재용해 등에 의해 다양한 농도변화를 보여준다 빗물-화강암의 반응비에 따라 깁사이트, 적철석, 망간산화물, 카오리나이트, 실리카, 녹니석, 백운모, 방해석, 로몬타이트, 프레나이트, 아날심의 순으로 침전이 발생하며, 빗물-회장암의 반응에서도 이와 동일한 침전순서를 보이지만 실리카의 침전이 없고 아날심 대신 파라고나이트가 침전된다. 빗물-화강암 반응에서는 실리카가 가장 우세한 광물이며, 밋물-회장암 반응에서는 카오리나이트가 가 장 우세한 광물이며, 전체적인 2차 생성광물의 침전량은 화강암보다 회장암 반응이 더 우세하다

• 한국광물학회지
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• 제16권2호
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• pp.181-189
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• 2003

킹죠지섬에 분포하는 빙하쇄설물의 화학적 풍화작용의 유무를 탐색한 결과, 다양한 풍화조직들과 이차광물들이 관찰되었다. 지표에 노출된 안산현무암질 응회암 각력에는 방해석이 선택적으로 용해되어 형성된 풍화테들이 형성되어 있다. 풍성화산유리의 가장자리에는 Al, Fe, Ti가 상대적으로 농집된 매우 얇은 용탈층이 존재하며, 앨로패인과 철산화물 등으로 구성되어 있다. 화강섬록암 지역의 흑운모는 질석과 흑운모-질석 혼합층으로 변질되었으며 드물게 아주 미량의 캐올리나이트나 깁사이트가 생성되었다. 열수변질대 지역의 황철석은 산화철로 풍화되었으며, 주변의 녹니석은 부분적으로 팽윤성광물로 풍화되었다. 그러나 사장석과 K장석 등은 거의 변질되지 않았다. 바톤반도의 빙하쇄설물은 미약하나마 화학적 풍화작용을 받아 앨로패인과 산화철 등의 이차광물이 생성되고 있으나, 킹죠지섬 주변 해양 퇴적물에 풍부한 스멕타이트의 대량 생성은 관찰되지 않았다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2005년도 총회 및 춘계학술발표회
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• pp.101-104
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• 2005

To understand the geologic and hydrogeochemical controls on the occurrence of high fluoride concentrations in bedrock groundwaters in South Korea, we examined a total of 367 hydrochemistry data obtained from deep groundwater wells (avg, depth = 600 m) that were drilled for exploitation of hot springs. The fluoride concentrations were generally very high (avg. 5.65 mg/L) and exceeded the Drinking Water Standard (1.5 mg/L) in 72% of the samples, A significant geologic control of fluoride concentrations was observed: the highest concentrations occur in the areas of granitoids and granitic gneiss, while the lowest concentrations in the areas of volcanic and sedimentary rocks. In relation to the hydrochemical facies, alkaline $Na-HCO_3$ type waters had remarkably higher F concentrations than circum-neutral to slightly alkaline $Ca-HCO_3$ type waters. The Prolonged water-rock interaction occurring during the deep circulation of groundwater in the areas of granitoids and granitic gneiss is considered most important for the generation of high F concentrations. Under such condition, fluoride-rich groundwaters are likely formed through hydrogeochemical processes consisting of the removal of Ca from groundwater via calcite precipitation and/or cation exchange and the successive dissolution of plagioclase and F-bearing hydroxyl minerals (esp. biotite). Thus, groundwaters with high pH and very high Na/Ca ratio within granitoids and granitic gneiss are likely most vulnerable to the water supply problem in relation to the enriched fluorine.