• 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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• 제45권2호
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• pp.71-78
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• 2012

일라이트-스멕타이트 혼합층광물(I-S)은 속성작용과 열수변질작용에 의해 생성되는 자생광물로 온도와 칼륨이온 농도가 증가할수록 일라이트가 증가하는 I-S 상으로 전이하기 때문에 에너지 및 광물자원탐사분야에서 지온계와 연대측정계로 널리 활용되고 있다. 일반적으로 I-S 층상구조를 이루고 있는 규산염층의 개수가 한정적이기 때문에 (보통 5 ~ 15개) 팽창도라 부르는 스멕타이트 함량(%S)이 이론치보다 낮게 나타나는 특징이 있다(이를 단범위적층효과라 함). 본 연구에서는 기본입자(I-S 결정자를 물리적으로 분리하였을 때 관찰되는 최소 단위체)가 면대면(face-to-face)으로 쌓여 I-S 층상구조를 이룬다는 기본입자모델을 적용하여 적층정도에 따른 팽창도 차이로부터 단범위적층효과를 정량화하고자 하였다(${\Delta}%S=%S_{Max}-%S_{XRD}$; $%S_{Max}$ = 기본입자가 무한적층을 하였을 때 팽창도, $%S_{XRD}$ = 기본입자가 제한적층을 하였을 때 팽창도로 통상 X-선 회절분석을 이용하여 측정함). 본 연구를 위하여 금성산화산암복합체(경북 의성)에서 산출되는 11개 I-S 시료로부터 1 ${\mu}m$ 이하 입도를 분리하여 $%S_{XRD}$와 평균부합성산란두께(average coherent scattering thickness)를 측정하였으며 이 두 값을 활용하여 평균기본입자두께($N_f$)와 $%S_{Max}$를 유도하였다. 연구결과, 팽창도가 20 $%S_{XRD}$ 지점에서 단범위적층효과가 최대로 발생하는 것을 관찰할 수 있었으며 이는 대략적으로 평균 3개의 규산염층으로 구성된 기본입자($N_f{\approx}3$)가 쌓여 I-S 층상구조를 이루고 있는 경우에 해당하였다. Kang et al.(2002)의 $%S_{XRD}$와 $N_f$ 다어그램을 이용하여 각 질서도(Reichweite)에 대한 $%S_{XRD}$ 범위를 유추해본 결과, 단범위적층효과로 인하여 $%S_{XRD}$값의 범위가 적층확률(junction probability)을 통하여 유도한 이론치보다 더 낮은 쪽으로 이동하는 현상을 관찰할 수 있었다. 또한, I-S 층상구조를 구성하는 기본입자의 두께가 I-S 질서도를 결정하는 주요 인자임을 재확인할 수 있었다.

• 한국해양학회지:바다
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• 제14권2호
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• pp.69-79
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• 2009

동해 울릉분지 퇴적물의 원소 함량 특성과 제4기 후기 동안의 퇴적물 기원 변화를 파악하기 위해 남.서쪽 사면을 포함한 울릉분지에서 총 3개의 주상시료를 채취하여 주요원소 및 미량원소를 분석하였다. 울릉분지 퇴적물을 황해와 남해 퇴적물과 비교하면 주요원소는 함량 범위가 유사하였으나 미량원소 함량의 경우 해역별로 큰 차이를 보였고, 조사지역인 울릉분지 내에서도 큰 차이를 보였다. 울릉분지 서쪽사면(WS) 퇴적물에서는 Mo의 함량이, 분지평원(Basin) 퇴적물에서는 Zr, Nb, Hf, 그리고 Ta의 함량이 다른 지역에 비해 상대적으로 높게 나타났으며, 남쪽사면(SS) 퇴적물에서는 Ca와 Cs의 함량이 높은 특징을 보였다. 분석된 원소들 중 생물기원이나 자생 및 속성기원의 영향을 받지 않은 것으로 판단되는 원소(K, Ti, Cs, Zr, Nb, Hf 및 Ta)들은 원소/Al 비율 크기와 수직적 변화를 기준으로 3가지 형태로 구분되었다. 첫 번째는 모든 주상시료에서 유사한 비율을 보이며 수직적인 변화가 크지 않은 원소(K, Ti), 두 번째는 서쪽사면(WS)과 남쪽사면(SS) 퇴적물에서 차이를 보이는 원소(Cs), 그리고 분지평원(Basin) 퇴적물에서 사면 퇴적물보다 상대적으로 높은 비를 보이는 원소(Zr, Nb, Hf, La)이다. 이들 분포형태별 원소들의 특성에 근거할 때 울릉분지의 분지평원(Basin) 퇴적물은 퇴적시기에 따라 기원이 변화된 것으로 해석될 수 있다. 분지평원(Basin) 퇴적물은 해수면이 상대적으로 낮은 약 $10,000{\sim}7,000\;yr$ BP 동안 서쪽사면(WS) 퇴적물과 화산재가 혼합된 특징을 보였으며, 7,000 yr BP 이후는 남쪽사면(SS) 퇴적물과 화산재가 혼합된 특징을 나타내었다. 이러한 결과는 기존에 연구된 대마난류의 동해 유입시기와 매우 유사한 결과로, 해수면 상승에 의한 울릉분지의 퇴적환경변화에 의한 것으로 해석된다.

• 자원환경지질
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• 제45권3호
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• pp.317-333
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• 2012

전기 고생대 태백산분지 영월층군은 탄산염-규산쇄설성 퇴적암 복합체로서 하부로부터 삼방산층, 마차리층, 와곡층, 문곡층, 영흥층으로 이루어져있다. 영월층군에 대한 순차층서학적 분석에 따르면 중기 캠브리아기에 일어난 범람에 의해 최하부의 규산쇄설성 사질 퇴적암이 우세한 삼방산층이 퇴적되었다. 이어지는 후중기 캠브리아기 ~ 전후기 캠브리아기에 지속적으로 발생한 빠른 해수면 상승으로 마차리층 하부에는 셰일, 입자암, 각력암층을 협재한 사면 혹은 심부 램프 시퀀스가 형성되었다. 후기 캠브리아기 동안 지속된 해수면 상승은 실질적인 퇴적가능공간을 창출하였고, 조하대 환경에 탄산염 퇴적물 공장이 만들어졌으며, 탄산염 대지에는 마차리층을 구성하는 탄산염암이 우세한 조하대 시퀀스가 형성되었다. 마차리층 상부의 와곡층은 후후기 캠브리아기의 완만한 해수면 상승국면에서 만들어진 탄산염 램프 시퀀스로 해석되며, 퇴적 당시에는 리본 탄산염암과 탄산염 역암을 포함하는 이회암으로 구성되었던 것으로 보인다. 와곡층은 퇴적직후에 일차적으로 캠브리아기와 오르도비스기 사이의 해수면 하강국면에서 불안전 백운암화 과정을 거치고, 후에 심부 매몰 속성환경에서 광범위한 백운암화 작용을 받은 것으로 해석된다. 전기 오르도비스기에도 세계적인 해수면 상승과 해침은 지속되었으며, 영월층군의 조하대 램프 퇴적환경은 그대로 유지되어 탄산염 역암층을 협재하는 석회이암과 이회암이 교호하는 전형적인 램프 시퀀스인 문곡층이 형성되었다. 문곡층은 중기 오르도비스기에 퇴적된 것으로 알려진 영흥층에 덮여 있다. 영흥층은 주로 윤회층리를 보이는 조석대지 탄산염암으로 이루어져 있으며, 문곡층의 최상부에서 조하대 퇴적환경이 영흥층의 조석대지 퇴적환경으로 변화한다. 세계적 1차 규모 순차 경계면인 소크(Sauk)와 티피카누(Tippecanoe) 시퀀스의 경계는 영흥층 중부에서 관찰되는 최소퇴적가능공간 부근에서 인지된다. 중기 오르도비스기 초기의 세계적 해수면 하강과 이어지는 해수면의 급격한 상승은 영흥층의 전반적인 상향 천해화 윤회층의 전진퇴적체를 형성하였다. 영월층군이 퇴적된 영월 탄산염 대지의 상대적 해수면 변동곡선을 복원해 보면 같은 태백산 분지의 태백층군이 퇴적된 태백 탄산염 대지의 해수면 변동 곡선과 유사함을 확인할 수 있다. 이것은 두 개의 탄산염 대지가 유사한 조 구조적 운동 역사를 갖는다는 것을 의미하며, 이러한 유사성은 영월층군이 형성된 영월 탄산염 대지가 비록 태백층군이 퇴적된 태백 탄산염 대지와 상이한 퇴적시스템을 갖기는 하지만 상대적으로 가까운 지역에 속해 있었음을 암시한다. 퇴적층서 분석결과에 따르면 영월 탄산염 대지는 태백 탄산염 대지에 비해 상대적으로 열린 천해 환경이었을 것으로 추측된다. 고생대 후기와 중생대 전기에 걸쳐 발생한 북중국지괴와 남중국지괴의 충돌 시기에 영월 탄산염 대지와 태백 탄산염 대지가 복잡한 이동과정을 거쳐 현재의 태백산 분지에 모이게 된 것으로 해석된다.