• 지질공학
• /
• 제34권2호
• /
• pp.229-248
• /
• 2024

연구의 목적은 부산광역시 동래구에서 산출되는 온천수와 주변 지하수 및 지표수의 수리화학 및 동위원소 특성의 규명과 동래 온천수에 함유된 염수 성분의 기원에 대한 해석, 그리고 온천수의 열원을 포함한 생성 메커니즘을 밝히는 것이다. 동래 온천수의 수리화학적으로 Na-Cl 유형이며, 주변지하수(Na-HCO₃, Ca-HCO₃(SO₄, Cl)), 지표수(Ca-HCO₃(SO₄, Cl))의 유형과는 다른 형태를 보인다. 이는 지하수에 비해 온천수가 보다 심부의 다른 지화학적 환경에 있음을 지시한다. δ¹⁸O와 δD 분석결과 온천수는 지하수에 비해 상대적으로 결핍된 값을 보여주며, 이는 온천수의 함양지역에 대한 고도효과를 반영하고, 온천수의 심부 순환과정을 지시한다. 온천수 내 헬륨과 네온 동위원소비(³He/⁴He, ⁴He/²⁰Ne)는 맨틀기원(³He = 3.76~4.01%)과 지각기원(⁴He = 95.99~96.24%) 범위에서 대기기원 헬륨과의 단일혼합선상에 도시되어 온천의 열원이 암석내 방사성물질의 붕괴에 의한 열임을 간접적으로 지시한다. 실리카-엔탈피 모델, Giggenbach 모델 등으로 계산된 지열저장소 온도는 82~130℃의 범위로 계산되었으며, 지열저장소의 깊이는 지표로부터 약 1.7~2.9 km로 계산되었다. 동래 온천수의 Cl/Na 및 Cl/HCO₃의 당량비 상관관계는 해수의 혼합영향을 지시하며, 해수의 유입은 잔류고염수의 용해로 해석된다.

• 한국환경과학회지
• /
• 제9권3호
• /
• pp.241-252
• /
• 2000

Twenty-two water samples(fifteen groundwater and seven geothermal water samples) were collected to elucidate chemical characteristics of the ground and geothermal waters in the Haeundae hot spring area and its vicinity. Major and honor elements were analyzed for ground and geothermal water samples. The concentrations of $K^+$, Na+$, $Ca^{2+}$, $SO_4^{2-}$, $Cl^-$, ^F^-$ and $SiO_2$ were higher in the geothermal water samples than the groundwater samples except $HCO_3^- and Mg^{2+}$ ions. Based on the contents of Fe, Zn, Cu, Al, Mn and Pb, some of the ground and geothermal water samples are contaminated by anthropogenic sources. The ground waters shown on the Piper diagram belong to $Ca-HCO_3$ type, while the geothermal waters Na-Cl type. The graphs of $Cl^-$ versus $Na^+$, $Ca^{2+}, Mg^{2+}, K^+, SO_4^{2-} and HCO_3^-$ indicate that the groundwater is related partly with mineral-water reaction and partly with anthropogenic contamination, while the geothermal water is related with saline water. On the phase stability diagram, groundwater and thermal water mostly fall in the field of stability of kaolinite. This indicates that the ground and geothermal waters proceed with forming kaolinite. Factor and correlation analyses were carried out to simplify the physicochemical data into grouping some factors and to find interaction between them. Based on the Na-K, Na-K-Ca and Na-K-Ca-Mg geothermometers and silica geothermometers, the geothermal reservoir is estimated to have equilibrium temperature between 125${$\mid$circ}C$ and 160${$\mid$circ}C$.

• 터널과지하공간
• /
• 제23권6호
• /
• pp.572-580
• /
• 2013

이 사례연구에서는 스위스 바젤에서 진행되었던 인공지열발전(EGS) 프로젝트인 Deep Heat Mining Basel(DHMB)의 미소진동 관리시스템을 살펴보았다. 인공지열발전 프로젝트에 꼭 필요한 인공지열저류층 생성을 위한 수리자극으로 인해 발생하는 유도진동은 안전관리시스템을 수립하여 수리자극의 압력과 유량을 관리하여야 한다. DHMB프로젝트에서는 수리자극 기간 동안 지속적인 관측활동을 통해 미소진동 발생 진도에 따라 단계별로 대응하는 경보시스템과 커뮤니케이션 대응 절차가 사전에 수립되어 관리되었다. 그러나 수리자극을 위한 주입 완료 후에도 지열저류층에서 발생한 주입이후 진동현상으로 인해 예상보다 큰 지진이 발생하자 프로젝트가 중단되었다. 사후분석 결과 실시간 경보시스템은 주입이후 진동 현상을 감안한 새로운 미소진동 안전관리시스템을 수립하는 것이 필요하다고 확인되었다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
• /
• 한국지반공학회 2006년도 춘계 학술발표회 논문집
• /
• pp.75-85
• /
• 2006

In recent geotechnical engineering, geothermal approach has been on the horizon to deal with geoenvironmental issues, freezing and thawing problems, and seepage phenomenon in dams and embankments. In this study, geothermal characteristic through inner body of dams and its influence on the seepage flow were experimented by lab test and field instrumentation. Also, one of up-to-date temperature monitoring technique, called as multi-channel thermal line sensing, was evaluated its availability. As a result of lab test, it is found that the seepage flow has influence on the geothermal characteristic and a potential of finding phreatic line and seepage fluctuation could be possible by continuous temperature monitoring using thermal line sensing skills. These kine of geothermal information could be available to the modelling of water geo-structure interaction. Out of short-term field tests, clear water table and temperature distribution of a dam were easily found through temperature monitoring in holes located near a reservoir and holes within a depth of constant temperature layer. However, it is also found that the geothermal flow and finding seepage line could not be easily understandable through multi-channel temperature monitoring because of the existence of constant temperature field, thermal conductivity of soils and rocks, and unsaturated characteristics of geo-material. In this case, long-term geothermal monitoring is recommended to find sudden fluctuation of seepage line and amount of leakage.

• 자원환경지질
• /
• 제31권3호
• /
• pp.185-199
• /
• 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.

• 터널과지하공간
• /
• 제31권6호
• /
• pp.385-399
• /
• 2021

인간의 활동에 의해 발생하는 유발지진 중 유체의 주입뿐만 아니라 유체의 생산 또한 원인으로 알려져 있다. 본 기술보고에서는 유체를 생산할 때 저류층 내부의 공극압 감소로 인해 지진이 유발되는 메커니즘을 정리하였다. 유체 생산으로 인해 유발지진이 발생한 사례들 중 네덜란드 흐로닝언(Groningen) 가스전, 프랑스 라크(Lacq) 가스전 그리고 멕시코 세로 프리에토(Cerro Prieto) 지열 발전소를 소개하고 각 사례에 대한 기존 연구들을 정리하였다. 유체 생산 필드에서의 유체 생산량과 지반침하, 그리고 기존 단층의 유무가 유발지진과 큰 상관성을 보이는 것을 확인하였다. 따라서, 석유나 가스 생산 필드 그리고 지열 발전소 개발을 위해 저류층에서 유발지진의 발생 가능성을 내재하고 있는 단층 유무에 대한 정확한 탐사와 생산 중에 나타나는 지반침하를 실시간으로 모니터링하며 생산량을 조절하는 것이 중요하다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
• /
• pp.573-573
• /
• 2009

지열에너지는 지구가 생성될 당시부터 지구 내부에 존재하는 무한한 열에너지로 온실가스 배출이 적으며 태양광이나 풍력 등 다른 신재생 에너지와는 달리 일정한 에너지를 공급할 수 있는 항상성 에너지로 기저부하를 담당할 수 있다. 지열을 이용한 전력 생산은 1904년에 이탈리아 라데렐로에서 처음으로 시작되었으며, 현재까지 화산지대를 중심으로 활발히 이루어지고 있다. 2001년에서 2005년 사이에 전세계 지열발전용량은 약 13% 증가하였으며, 2005년을 기준으로 약 8,933MWe의 지열발전설비가 가동 중이다. 최근 들어 지하 심부까지 시추하여 지열저장소(geothermal reservoir)를 형성하고 이를 통해 지열에너지를 생산하는 새로운 시스템인 EGS(Enhanced Geothermal Systems)가 개발됨에 따라 비화산지대에서도 지열발전소를 건설하려는 움직임이 가속화되고 있다. EGS는 지하 심부의 불투수성 결정질 암반에 존재하는 지열에너지의 경제적인 생산뿐만 아니라 물을 주입하여 생산시키는 순환 방식을 이용하여 지열에너지 획득의 매개 역할을 하는 지열수의 고갈 문제를 해결하였다. 결정질 암반에서의 지열저장소의 형성은 암반 내에 분포하는 불연속면에서 주로 발생하며, 이를 위한 압력 조건은 현지 암반의 응력 분포 특성과 암반 및 불연속면의 물성에 좌우된다. 시추공을 통해 지하 심부의 암반에 수압이 가해지면 물의 주입으로 불연속면의 마찰력이 감소하며, 이로 인해 불연속면에 전단변형이 발생하게 된다. 전단변형은 불연속면을 열린 상태로 유지시켜 지열저장소를 형성하게 된다. 불연속면의 전단 변형시 발생하는 미소 탄성파는 시추공 주변에 설치한 모니터링 장비에서 측정되며, 모니터링 장비에 의해 측정된 미소 탄성파 발생 지점의 클러스터는 지열저장소의 공간적 분포 및 규모를 추정할 수 있는 자료가 된다. 현재 EGS를 이용한 지열발전 프로젝트는 프랑스 슐츠, 스위스 바젤, 호주 하바네로에서 대표적으로 진행 중이다. 슐츠는 현재 1.5MWe의 파일럿 플랜트를 가동 중이며, 하바네로는 파일럿 플랜트 건설 단계를 진행중이다. 스위스 바젤은 지열저장소를 형성시킬 목적으로 수행된 주입시험에서 발생된 문제에 대한 기술의 신뢰성을 확보할 목적으로 잠시 중단된 상태다. 제주도는 신생대에 분출하여 형성된 대표적인 한국의 화산지형으로 지열부존 가능성이 높을 것으로 예상되는 지역이다. 따라서 폐사는 지열에너지 부존 특성을 파악하기 위한 심부 물리 탐사 및 탐사정 시추가 실시될 예정이며 궁극적으로 국내 최초의 상용화된 지열발전소 건설을 목표로 하고 있다.

• 지구물리와물리탐사
• /
• 제18권3호
• /
• pp.143-153
• /
• 2015

탄화수소 생산에서 화학공법은 폴리머 용액을 저류층에 주입함으로써 탄화수소의 생산량을 증대시키는 방법이다. 화학공법의 유용성을 파악하기 위해서는 저류층 내 폴리머 용액의 거동 양상을 모니터링하는 것이 매우 중요하다. 저류층 내 폴리머 용액과 유체 변화에 대한 모니터링의 가능성을 확인하기 위해, 저류층을 구성하고 있는 암석 및 유체의 종류, 포화도 등의 매개변수에 따른 탄성파 및 전기비저항 암석물리모델을 구성하고, 폴리머 주입에 따른 탄성파 및 EM 토모그래피의 반응을 계산하였다. 특히 전기비저항 암석물리모델 구성에서는 순수사암, 셰일질 사암, 사암셰일박리층 3가지의 서로 다른 저류층 암석을 고려하였다. 폴리머 용액의 농도는 가장 일반적으로 이용되는 2 wt%로 하고 담수를 이용한 경우와 염수를 이용한 경우로 나누어 분석하였다. 더 나아가, 화학공법에 대한 중성자검층 민감도 분석을 수행하였다. 이 논문에서 다루는 기법들은 탄화수소 저류층뿐만 아니라 지열 저류층 등의 모니터링에 있어서도 중요하게 적용될 것이다.

• 지질공학
• /
• 제9권3호
• /
• pp.207-225
• /
• 1999

동래온천지역 지열수 및 그 주변지역 지하수의 수리지구화학적 특성을 밝히기 위해서, 20개의 시료(11개 지하수 시료와 9개 온천수 시료)를 채수하여 화학성분을 분석하였다. 지하수와 온천수의 화학적 성질을 조사하고 이들의 화학 조성을 비교.분석하였다. 요인분석과 상관분석을 통하여 화학분석 자료를 몇 개의 요인으로 묶어서 요인들간의 상호연관성을 고찰하였다. 파이퍼 다이아그램에 도시한 결과, 지하수는 $Ca-HCO_3$형에 그리고 온천수는 Na-Cl 형에 속하는 것으로 나타났다. 동래온천수의 염소이온 함량은 우리나라의 다른 화강암지역의 온천수보다 높게 나타난다. 온천수의 Na/Cl 비는 0.7~l.3이다. 상평형도에 의하면, 지하수는 카오리나이트 안정 영역에 놓인다. 한편, 온천수는 미사장석이나 카오리나이트 안정영역에 놓인다. Na-K, Na-K-Ca 및 Na-K-Ca-Mg 지온계에 의하면, 지하 심부의 지열대수층의 온도는 $115~145^{\circ}C$로 추정된다.

• 터널과지하공간
• /
• 제23권6호
• /
• pp.561-571
• /
• 2013

1984년 프랑스 Soultz-sous-For$\hat{e}$ts 지역에서 시작된 Soultz 프로젝트는 2007년 11월에 1.5 MW급 Organic Rankine Cycle (ORC) binary 발전 설비가 완성되기까지 20여년에 걸쳐 인공 지열저류층 생성기술(EGS; Enhaced Geothermal System) 개발을 위한 다양한 실험과 연구가 이루어져, 그 축적된 기술은 호주의 Cooper basin, 독일의 Landau, Insheim 등의 지열발전 프로젝트에 활용되고 있다. 우리나라의 포항에서도 현재 지열발전 프로젝트가 진행되고 있는 시점에서 이 보고에서는 지열저류층 생성 측면에서 Soultz에서의 경험을 살펴보았다. 포항의 경우, 지질학적인 측면에서 Soultz의 환경과 유사한 부분이 많으며 따라서, Soultz에서의 경험과 know-how를 잘 연구하고 개선하여 적용한다면 불필요한 시행착오나 시간적, 경제적인 낭비요소를 배제할 수 있을 것이며, 이 보고가 그에 보탬이 되기를 기대한다.