• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제11권5호
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• pp.20-34
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• 2006

이 연구는 부산시 회동저수지의 집수분지 내 7번국도 도로변 퇴적물(70개 시료 미량원소(아연, 구리, 납, 크롬, 니켈 및 카드뮴) 함량에 미치는 인위적인 오염 및 연속추출방법을 이용하여 미량원소의 잠재적인 이동도를 평가하기 위하여 수행되었다. 이번 연구에서는 특히 아연, 구리 및 납의 함량이 높은 것으로 밝혀졌으며, 이들 원소가 인위적인 오염에 의해 영향을 받고 있음을 보여주고 있다. 오염되지 않은 회동저수지 집수유역 내 하천퇴적물의 미량원소 평균함량과 비교하면, 집수유역 내 국도 도로변 퇴적물은 구리가 7배, 아연이 4배, 납과 크롬이 3배, 비소와 니켈이 2배 높은 것으로 나타났다. 연속추출방법에 의한 존재형태 연구결과는 각각 전체 함량의 29.3%와 25.8%가 이온교환형으로 존재하는 카드뮴과 니켈을 제외하면 대부분의 미량원소는 이온교환형태로 존재하는 양이 크게 않음을 지시 하였다. 아연(51%)과 납(45.2%)과 같은 금속은 주로 비정질산화광물과 수반된 형태이었으며, 따라서 pH가 감소하거나 산화환원전위의 변화에 의해 잠재적으로 용해될 수 있다. 구리는 주로 유기물형태로 존재하는 것으로 나타났으며, 카드뮴은 양이온교환형태가 가장 우세하였고 크롬과 니켈은 잔류형태가 우세하였다. 양이온교환형태와 탄산염광물과 수반된 형태의 금속함량 비율을 고려하면, 금속의 상대적인 이동도는 Cd>Ni>Pb>Zn>Cr>Cu의 순서로 감소한다. 총 함량자료로 볼 때 아연 함량이 높아 가장 해로운 원소일 것으로 보일지라도, 금속의 존재형태에 관한 자료는 도로 유출수에 가장 유해한 미량원소는 카드뮴, 니켈 및 납일 것으로 예측되었다. 산화환원전위 및 pH가 변화한다면 탄산염광물, 비정질산화광물 혹은 유기물 등의 형태로 수반된 금속은 재이동할 수 있을 것이며, 용해된 금속이온은 회동저수지 집수분지 내 수계로 유입될 수 있으므로 환경적인 현황에 대한 정밀한 모니터링이 매우 중요한 것으로 보인다.

• 자원환경지질
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• 제52권5호
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• pp.427-448
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• 2019

본 연구는 최근 수행된 퇴적층서학 및 고생물학적 연구결과를 종합하고, 새롭게 분석된 자료를 보강하여, 전기 고생대 태백산분지의 고환경과 고지리를 복원하였다. 또한 순차층서학적 방법을 사용하여 조구조적 운동과 해수면 변동을 추적하여 종합적인 분지해석을 수행하였다. 태백산분지는 태백, 정선-평창, 영월-제천, 문경 지역에 넓게 분포하고 있으며, 암상 및 층서 특성에 따라 태백, 영월, 용탄, 평창, 문경 층군으로 구분되어 조사 및 연구가 진행되어 왔다. 태백산분지의 퇴적체는 탄산염암과 규산쇄설성 퇴적암이 혼합되어 있는데, 최근 쇄설성 퇴적물의 기원과 퇴적 연대에 대한 연구가 집중적으로 이루어졌다. 태백산분지에 공급되는 쇄설성 퇴적물의 근원지는 크게 곤드와나지괴와 한중지괴 기원지로 나누어진다. 태백산분지의 형성 초기에 태백대지와 정선-평창대지는 주로 한중지괴 기원지로부터 퇴적물을 공급 받았으며, 영월-제천 대지는 지리적 혹은 지형적 분리에 의해 한중지괴의 영향이 차단되고, 주로 곤드와나지괴 기원지로부터 퇴적층을 공급받았다. 쇄설성 저어콘 분석 결과는 중기 캠브리아 시기의 전 지구적 해수면 상승으로 인해 태백산분지 전체적으로 곤드와나지괴 기원의 퇴적물이 공급되었으며, 한중지괴 기원의 퇴적물은 공급이 멈추었음을 보여주고 있다. 한편, 태백산분지의 북쪽에 분포하는 정선-평창 대지의 퇴적체는 전기 캠브리아기와 오르도비스기 지층사이에 부정합 관계를 보여주고 있는데, 이것은 중기-후기 캠브리아 시기에 전 지구적 해수면 상승효과를 상쇄할 규모의 지역적 융기 운동이 정선-평창 대지 인근에서 존재했음을 보여준다. 이러한 융기운동은 최후기 캠브리아기와 최전기 오르도비스기에 태백산 분지 전역으로 확대되었다. 최전기 오르도비스기 이후에 태백산 분지는 조구조적으로 안정화되었고, 분지 전체적으로 해수면이 상승하면서 천해 탄산염 퇴적환경이 조성되어 두꺼운 탄산염암이 형성되었다. 전기 고생대 태백산분지의 퇴적작용은 후기 오르도비스기 동안 태백산분지와 한중지괴 전역에서 발생한 융기운동에 의해 종료되었다.

• 공업화학
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• 제34권2호
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• pp.111-120
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• 2023

이산화탄소 순환 물질 중 대표적인 광물인 탄산칼슘의 형성 과정을 관찰하고, 대표적 조절 변수인 마그네슘-칼슘 이온의 혼합 비율(Mg/Ca 비)과 온도가 pre-nucleation cluster (PNC) 및 탄산칼슘 형성에 미치는 영향을 분석하고자 실험과정에서 칼슘 이온 선택성 전극(calcium ion selective electrode, Ca ISE)을 이용하여 핵형성 과정을 연구하였다. 실험결과 미량의 결정이 형성되었으며 표면 원소 분석을 위해 에너지 분산 X선 분석법(energy dispersive X-ray spectroscopy, EDS)을 사용하였고, 형상 분석을 위해 주사 전자 현미경(field emission scanning electron microscope, FE-SEM)을 사용하였다. Mg/Ca 비와 온도 조건에 따라 다양한 형상의 결정질 탄산칼슘(방해석, 아라고나이트 등)을 확인하였으며 Ca ISE로부터 얻은 칼슘 이온 농도 그래프는 탄산칼슘 형성 과정을 보여주었다. 칼슘 이온 농도 그래프 분석을 통해 마그네슘 이온은 칼슘 이온과 탄산 이온의 결합을 방해하고 PNC 간 응집을 지연시켜 핵형성 및 탄산칼슘의 형성을 지연시킴을 확인하였다. 반면 온도는 이와 반대되는 효과를 보였으며, 본 실험 조건에서는 마그네슘 이온보다 더 큰 영향을 미쳤다. 또한 Mg/Ca 비와 온도에 따라 탄산칼슘의 형상이 뚜렷하게 변화하여 두 인자는 탄산칼슘 형성 과정에 전반적으로 영향을 미치는 중요 조절 변수임을 확인하였다.

• 광물과 암석
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• 제36권3호
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• pp.167-183
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• 2023

장군 연-아연 광상은 망간 광체, 연-아연 광체 및 철 광체로 구성된다. 이 망간 광체는 생성환경 및 광물 조합을 토대로 탄산망간 광체와 산화망간 광체로 구성된다. 이 광상 지질은 선캠브리아기의 원남층, 율리층군, 캠브리안기내지 오도비스기의 장산규암층, 두음리층, 장군석회암층, 석탄기내지 이엽기의 동수곡층, 재산층, 쥐라기의 동화지층 및 이들을 관입한 중생대의 춘양화강암류로 구성된다. 이 탄산망간 광체는 고생대 캠브리안기내지 오도비스기의 장군석회암층에 연-아연 열수용액과 반응에 의해 형성된 열수교대형 광체이다. 이 열수교대형 광체의 연-아연 광화작용과 관련된 모암변질작용은 주로 능망간석화작용과 일부 돌로마이트화작용, 황철석화작용, 견운모화작용 및 녹니석화작용 등이 관찰된다. 정출순서에 따른 모암변질작용 시 형성된 탄산염 광물은 Ca-돌로마이트(Co형, 모암) → 철백운석과 Ferroan 철백운석(C1형, 초기) → 철백운석(C2형) → 시데로플레사이트(C3형) → 시데로플레사이트 및 피스토메사이트(C4형, 후기)가 형성되어 Fe와 Mn 원소들이 부화되는 방향으로 진행되었다. 따라서 정출순서에 따른 모암변질작용 시 형성된 모암인 돌로마이트질 대리암(Mg, Ca 기원)과 연-아연 열수용액(Fe, Mn 기원)과 원소들의 치환관계를 살펴보면 다음과 같다. 1)초기 백운석 및 Ferroan 철백운석(C1형)은 Fe ↔ Mn 및 Mn ↔ Mg, Ca, Fe 원소들간 치환에 의해 형성, 2)철백운석(C2형)은 Fe ↔ Mn, Mn ↔ Mg, Ca 및 Mg ↔ Ca 원소들간 치환에 의해 형성, 3)시데로플레사이트(C3형)은 Fe ↔ Mn, Fe ↔ Ca 및 Mn ↔ Mg, Ca 원소들간 치환에 의해 형성과 4)후기 시데로플레사이트와 피스토메사이트(C4형)은 Fe ↔ Mg, Fe ↔ Mn 및 Mn ↔ Mg, Ca 원소들간 치환에 의해 형성되었다.

• 환경영향평가
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• 제26권2호
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• pp.93-104
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• 2017

CCS (Carbon Capture and Storage)는 공업용 자원이나 에너지 기반의 자원으로부터 $CO_2$를 포집하여 고갈 유 가스전, 석탄층, 바다, 심부 대염수층 등에 저장하는 기술이다. 그러나 잠재적인 $CO_2$ 누출은 환경문제를 유발할 수 있기 때문에 저심도에서 $CO_2$의 누출을 검출할 수 있는 모니터링 기술이 필요하다. 따라서 본 연구는 인위적인 $CO_2$ 누출실험을 통해 지표면 부근에서 토양 $CO_2$가 확산되는 경향을 분석하고자 실시하였다. 시험대상지 "The Environmental Impact Evaluation Test Facility (EIT)"는 2015년에 충북 음성군 대소면에 설치되었다. 총 5개의 구역 중 2, 3, 4구역에서 약 34 kg $CO_2$/day/zone의 $CO_2$를 2015년 10월 26일부터 30일까지 주입하였다. $CO_2$ 플럭스는 LI-8100A를 이용하여 3구역의 누출구로부터 0m, 1.5m, 2.5m, 10m 지점의 지표면에서 11월 13일까지 매 30분마다 측정하였으며, $CO_2$ 농도는 GA5000을 이용하여 3개 구역의 누출구로부터 0m, 2.5m, 5.0m, 10m 지점의 15cm, 30cm, 60cm 깊이에서 11월 28일까지 1일 1회 측정하였다. $CO_2$ 플럭스는 누출시작 5일 후에 누출구로부터 0m 지점에서 확인되었으며 누출이 종료된 이후에도 11월 13일까지 계속 증가하였다. 2.5m, 5.0m, 10m 지점의 $CO_2$플럭스 간에는 유의한 차이를 보이지 않았다. 한편, $CO_2$ 농도는 인위적인 $CO_2$ 누출이후 둘째 날에 3구역의 누출구로부터 0m 지점의 60cm 깊이에서 38.4%로 측정되었다. $CO_2$ 농도는 시간이 지날수록 수평적으로 더 넓게 확산되었으나, $CO_2$ 누출을 종료할 때까지 모든 구역에서 누출구로부터 5m 지점까지만 검출되었다. 또한, $CO_2$ 누출 마지막 날에 30cm와 60cm 깊이에서 $CO_2$ 농도는 각각 $50.6{\pm}25.4%$와 $55.3{\pm}25.6%$로 유사하게 측정되었으나, 15cm 깊이에서는 $31.3{\pm}17.2%$로 다른 지점에 비해 유의하게 낮은 것으로 나타났다. $CO_2$ 누출을 종료한 후 모든 구역의 모든 깊이에서 $CO_2$ 농도는 약 1달 동안 서서히 감소하였지만 누출 직후보다는 여전히 높았다. 결론적으로 누출구로부터 가깝고 깊이가 깊을수록 $CO_2$ 플럭스와 농도는 높은 것으로 나타났으며, 누출이 된 $CO_2$ 기체는 누출이 멈추더라도 장기간 토양 내에 잔류할 수 있기 때문에 장기 모니터링이 필요할 것으로 판단된다.

• 한국석유지질학회지
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• 제14권1호
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• pp.1-11
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• 2008

오일샌드는 비재래형(unconventional) 석유자원의 하나로서 비투멘(bitumen), 물, 점토, 모래의 혼합물이다. 오일샌드 비투멘은 API 비중이 $8-14^{\circ}$이고 점도가 10,000 cP 이상인, 매우 무겁고 점성이 큰 탄화수소 자원으로서 일반적으로 지표나 천부퇴적층에서 유동성을 갖지 않는다. 오일샌드 비투멘은 주로 캐나다 앨버타주와 사스캐추완주에 분포하고 있으며, 캐나다에만 원시부존량이 1조 7천억 배럴, 확인매장량이 1천 7백억 배럴에 달한다. 대부분은 앨버타주 포트 멕머레이(Fort McMurray) 인근의 아사바스카(Athabasca), 콜드레이크(Cold Lake), 피스리버(Peace River) 지역에 매장되어 있다. 캐나다 오일샌드 저류지층은 아사바스카 지역의 멕머레이층(McMurray Fm)과 클리어워터층(Clearwater Fm), 콜드레이크 지역의 멕머레이층(McMurray Fm), 클리어워터층(Clearwater Fm), 그랜드래피드층(Grand Rapid Fm), 피스리버 지역의 블루스카이층(Bluesky Fm)과 게팅층(Gething Fm)이다. 이들 지층은 하부 백악기 지층으로서 중생대 초-중기에 발생한 북미판과 태평양판의 충돌과 그로 인한 대륙전면분지(foreland basin)의 형성과정에서 퇴적되었다. 분지의 기반암은 복잡한 지형을 갖는 고생대 탄산염암이며, 그 위에 북미대륙 북쪽의 보레알해(Boreal Sea)로부터 현재의 북미대륙 서부를 남북으로 관통하는 전기백악기내해로(Early Cretaceous Interior Seaway)를 따라 해침이 발생하면서 오일샌드 저류지층이 형성되었다. 세 개의 주요 오일샌드 분포지역 가운데 80% 이상의 오일샌드를 매장하고 있는 아사바스카 지역의 저류지층인 멕머레이층과 크리어워터층의 최하부층원인 와비스코 층원(Wabiskaw Mbr)은 전기 백악기 시기의 해침층서를 잘 반영하고 있다. 멕머레이층 하부에는 하성기원의 퇴적층이 발달하고, 상부로 가면서 점차로 조석기원의 천해 퇴적층이 우세해지며, 와비스코 층원에 와서는 의해 세립질 퇴적층이 광역적으로 분포한다. 이러한 해침기원의 상향 세립화 경향은 아사바스카 오일샌드 부존지역에서 일반적으로 관찰된다. 오일샌드 부존지층은 일반적으로 불균질 저류층이며, 주요 저류층은 하성퇴적층이나 에스츄어리(estuary) 기원의 퇴적층에 발달한 하도-포인트 바 복합체(channel-pont bar complex)이다. 이러한 하도-포인트바 복합체는 범람원 및 조수평원 세립질 퇴적층이나 만-충진(bay-fill) 퇴적층과 함께 멕머레이층을 형성한다. 멕머레이층 상부에 오는 와비스코 층원은 주로 외해 세립질 퇴적층으로 이루어져 있으나, 멕머레이층을 대규모로 침식하는 하도사암층이 지역적으로 발달하기도 한다. 캐나다에서 오일샌드는 주로 노천채굴(surface mining)과 심부열회수(in-situ thermal recovery) 방식으로 생산한다. 50 m 미만의 심도에 묻혀있는 오일샌드는 노천채굴 방식으로 회수하여 비투멘 추출(extraction)과 개질(upgrading)과정을 거쳐 합성원유(synthetic crude oil)로 생산된다. 반면에 150-450 m 심도에 묻혀있는 오일샌드는 주로 심부열회수 방식으로 비투멘을 회수하여 비교적 간단한 비투멘 블렌딩(blending)과정을 통해 유동성을 증가시켜 정유시설로 운반한다. 심부열회수 방식으로 오일샌드를 개발할 경우 주로 스팀주입중력법(SAGD: Steam Assisted Gravity Drainage)이나 주기적스팀강화법(CSS: Cyclic Steam Stimulation)이 사용된다. 이러한 방법들은 저류층에 스팀을 주입하여 저류층 내의 온도를 상승시킴으로써 비투멘의 유동성을 증가시켜 회수하는 기술을 사용한다. 따라서 오일샌드 저류층 내부의 스팀전파효율을 결정하는 저류지층의 주요 지질특성에 대한 이해가 선행되어야 효과적인 생산설계와 효율적인 생산을 수행할 수 있다. 오일샌드 생산에 영향을 미치는 저류층의 주요 지질특성에는 (1)비투멘 샌드층의 두께(pay) 및 연결성(connectivity), (2) 비투멘 함량, (3) 저류지역 지질구조, (4) 이질배플(mud baffle)이나 이질프러그(mud plug)의 분포, (5) 비투멘 샌드층에 협재하는 이질퇴적층의 두께 및 수평연장성(lateral continuity), (6) 수포화층(water-saturated sand)의 분포, (7) 가스포화층(gas-saturated sand)의 분포, (8) 포인트바의 성장방향성, (9) 속성층(diagenetic layer)의 분포, (10) 비투멘 샌드층의 조직특성 변화 등이 있다. 이러한 지질특성에 대한 고해상의 분석을 통해 보다 효과적인 오일샌드 개발이 달성될 수 있을 것이다.

• 자원환경지질
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• 제56권5호
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• pp.603-618
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• 2023

사용후핵연료(Spent nuclear fuel; SNF) 심지층 처분장의 완충재 소재로서 WRK (waste repository Korea) 벤토나이트가 적합한 지를 평가하기 위하여, 대표적인 방사성 핵종인 U (uranium)에 대한 WRK 벤토나이트의 흡/탈착 특성과 흡착 기작을 규명하는 다양한 분석, 흡/탈착 실내 실험, 동역학 흡착 모델링을 다양한 pH 조건에서 수행하였다. 다양한 특성 분석 결과, 주성분은 Ca-몬모릴로나이트이며, U 흡착 능력이 뛰어난 광물학적·구조적 특징들을 가지고 있었다. WRK 벤토나이트의 U 흡착 효율 및 탈착율을 규명하기 위한 흡/탈착 실험 결과, pH 5, 6, 10, 11 조건에서 WRK 벤토나이트와 U 오염수(1 mg/L)가 낮은 비율(2 g/L)로 혼합되었음에도 불구하고 높은 U 흡착 효율(>74%)과 낮은 U 탈착율(<14%)을 보였으며, 이는 WRK 벤토나이트가 SNF 처분장에서 U 거동을 제한하는 완충재 소재로서 적절하게 사용될 수 있음을 의미한다. pH 3과 7 조건에서는 상대적으로 낮은 U 흡착 효율(<45%)이 나타났으며, 이는 U가 용액의 pH 조건에 따라 다양한 형태로 존재하며, 존재 형태에 따라 상이한 U 흡착 기작을 가지기 때문으로 판단된다. 본 연구 실험 결과와 선행연구를 바탕으로 WRK 벤토나이트의 주요 화학적 U 흡착 기작을 pH 범위에 따라 용액 내 U의 존재 형태에 근거하여 설명하였다. pH 3 이하에서 주로 UO₂²⁺ 형태로 존재하는 U는 벤토나이트 표면의 Si-O 또는 Al-O(OH)와의 정전기적 인력(예: 이온 결합)에 의해 흡착되기 때문에 pH가 감소할수록 음전하 표면이 약해지는 WRK 벤토나이트 특성에 의해 비교적 낮은 U 흡착 효율이 나타났다. pH 7 이상의 알칼리성 조건에서 U는 음이온 U-수산화 복합체(UO₂(OH)₃^-, UO₂(OH)₄^2-, (UO₂)₃(OH)₇^- 등)로 존재하며 비교적 높은 흡착 효율이 나타내는데, 이들은 벤토나이트에 포함된 Si-O 또는 Al-O(OH)의 산소원자를 공유하거나 리간드 교환에 의해 새로운 U-복합체가 형성되어 흡착되거나 수산화물 형태의 공침(co-precipitation)에 의해 벤토나이트에 고정되기 때문이다. pH 7의 중성 조건에서는 pH 5와 6보다 오히려 낮은 U 흡착 효율(42%)이 나타났는데, 이러한 결과는 용액 내 존재하는 탄산염(carbonate)에 의해 U가 U-수산화 복합체보다 용해도가 높은 U-탄산염 복합체로 존재하는 경우 가능하다. 연구 결과 pH를 약산성 또는 염기성 조건으로 유지하거나 용액 내 존재하는 탄산염을 제한함으로써 WRK 벤토나이트의 U 흡착 효율을 높일 수 있는 것으로 나타났다.