동래온천수의 $^{14}C$ 연대의 지구과학적 의의

이승구,김통권,김형찬,이태종,Lee, Seung-Gu,Nakamura, Toshio,Kim, Tong-Kwon,Ohta, Tomoko,Kim, Hyoung-Chan,Lee, Tae-Jong 대한자원환경지질학회 2009 자원환경지질 Vol.42 No.6

한반도 남동부에 위치한 동래온천은 우리나라의 대표적인 고온성 온천중의 하나이다. 동래온천수의 수질형태는 Na-Cl형이고, 상부의 일반 천부지하수는Ca(-Na)-$HCO_3$ 형으로서 서로 간에 연결성이 매우 미약하다. 이 논문에서는 동래 온천수의 $^{87}Sr/^{86}Sr$비와 AMS를 이용하여 측정한 $^{14}C$ 동위원소 년대를 토대로 동래온천수의 나이 즉 온천수-지하수-지표수-천수간의 순환속도를 토의하고자 한다. 연구결과, 2008년도의 2차례에 걸쳐 채취된 동래온천수의 $^{87}Sr/^{86}Sr$비는 0.705663-0.705688로 매우 안정된 값을 갖고 있으며, 이는 천부지하수, 지표수, 해수 및 천수보다 낮은 값이다. $^{14}C$ 동위원소 연대에 의하면, 온천수는 1271년에서 2467년 비보정연대(BP)를 보여주고, 지표수는 -495년으로 나타났다. 이는 동래온천수의 순환속도가 적어도 2500년 이상임을 지시해준다. 이와 같은 순환연대는 현재 사용되고 있는 동래온천수는 과거에 가열된 고온의 물과 현재의 천부지하수와의 혼합수임을 지시해주는 것이다. The Dongrae thermal water area located at the southeastern marginal part of the Korean Peninsula is one of the oldest hot springs in Korea. The Dongrae thermal water shows Na-Cl type of water chemistry, whereas the shallow cold groundwater is Ca(-Na)-$HCO_3$ type. In this paper, we discuss the age of the Dongrae hot spring, i.e. groundwater cycle among meteoric water-surface water-shallow groundwater-hot spring water. The $^{87}Sr/^{86}Sr$ ratios of the thermal water in Dongrae area range from 0.705663 to 0.705688 and are lower than those of groundwater, surface water and rain water as well as aquifer bearing granite. These Sr isotopic signatures in the Dongrae thermal water indicate that the circulation rate between thermal water and current meteoric water including groundwater, surface water and rain water in the Dongrae area should be very slow. The $^{14}C$ age of the Dongrae hot spring water range from $1,271{\pm}36$ BP(before present) to $2,467{\pm}36$ BP whereas that of the shallow groundwater is $-495{\pm}33$ BP. This suggests that the period of groundwater cycle among meteoric water, surface water, shallow groundwater and hot spring should be more than 1,270 years. Then, it also indicates that the present Dongrae hot spring may be a mixed water between the old thermal water heated for at least 1,270 years and the present shallow cold groundwater.

편마암 - 물 반응계에서 지하수의 지화학적 진화 및 이차광물 생성에 관한 반응경로 모델링

정찬호,김천수,김통권,김수진 ( Chan Ho Jeong,Chun Soo Kim,Tong Kwon Kim,Soo Jin Kim ) 한국광물학회 1997 광물과 암석 (J.Miner.Soc.Korea) Vol.10 No.1

대구시 지하수의 수질에 대한 지화학적 연구

이인호,이재영,김통권,Lee, In Ho,Lee, Jae Yeong,Kim, Tong Kwon 대한자원환경지질학회 1997 자원환경지질 Vol.30 No.4

Geochemical characteristics of groundwater, based on chemical analyses of 54 water samples, differ among main rocks of Haman formation, Panyawoel formation, andesite and granite in Daegu area in relation to mineralogical and chemical compositions of the rocks. Concentrations of most solutes are higher in groundwaters of Haman and Panyawoel formations than in those of andesite and granite. High concentrations of $Ca^{2+}$ and $Mg^{2+}$ in groundwaters of the sedimentary rocks result mainly from reaction of $CO_2$-charged water with calcite and weathered feldspars. Average groundwaters in the sedimentary rocks are oversaturated with respect to calcite. Major types of groundwaters are hard $Ca(HCO_3)_2$ and $CaSO_2-CaCl_2$ with hardness of 442 mg/l for Haman formation and 275 mg/l for Panyawoel formation whereas they are soft $Ca(HCO_3)_2$ with hardness 35 mg/I for andesite and 39 mg/I for granite. $Ca(HCO_3)_2$ type results mainly from calcite-dissolution and $CaSO_4-CaCl_2$ from pyrite and partly from domestic pollutants. $CaSO_4-CaCl_2$ type may indicate that groundwaters in the sedimentary rocks are more evolved geochemically than those in the igneous rocks, but it is not obvious because the type might be affected by pyrie dissolution and domestic pollutions. Acid rain is buffered by active calcite in the sedimentary rocks. In the igneous rocks acid rain might react with gibbsite and other forms of $Al(OH)_3$ that might have accumulated as weathering products of primary silicates, and is buffered.

암석의 산성배수 발생개연성 평가 및 피해저감대책: 터널건설예정구간 사례

김재곤,이진수,김통권,Kim, Jae-Gon,Lee, Jin-Soo,Kim, Tong-Kwon 대한자원환경지질학회 2008 자원환경지질 Vol.41 No.3

경상남도 김해시 국가지원 지방도60호선 터널건설예정구간의 암석에 대하여 산성배수 발생개연성을 평가하고 피해 저감대책을 검토하였다. 건설예정구간의 지반은 석영반암, 사암, 응회암, 화강암으로 구성되어 있으며 황화광물은 석영반암과 화강암에 산점상으로 사암에 맥상으로 산출되었다. 황화광물의 함량이 높은 석영반암과 사암은 산성배수 발생개연성이 높고 중금속(Zn, Pb, As)를 많이 함유한 산성배수가 주변지역으로 유출되어 환경오염을 유발할 개연성이 높은 것으로 나타났다. 건설공사과정에서 산성배수가 발생될 개연성이 높은 구역에서 배출되는 배수는 중화 및 중금속 제거처리 후 배수가 이루어져야 하며, 절취면의 안정성 확보를 위하여 산성배수의 발생을 근원적으로 억제할 수 있는 코팅처리기술을 적용한 후 숏크리트, 앵커 등 사면보강공법이 적용되어야 할 것으로 판단된다. 석영반암과 사암은 골재로서 활용이 어려우며 지반성토재로 사용할 경우 지하수와 우수의 접촉을 최소화할 수 있는 성토층의 구조를 갖춘 후 활용하여야 한다. The acid rock drainage (ARD) production potential of rock was assessed for a tunnel construction area, Kimhae and the damage reduction strategy was discussed based on the ARD risk evaluation. The geology of the studied area consisted of Mesozoic quartz porphyry, sandstone, tuff and granite. Sulfides occurred as a disseminated type in quartz porphyry and granite, and a vein type in sandstone. Quartz porphyry and sandstone with a high content of sulfide were classified as a potentially ARD forming rock. The drainage originated from those rocks may acidify and contaminate the surrounding area during the tunnel construction. Therefore, the drainage should be treated before it is discharged. A slope stability problem due to the ARD was also expected and the coating technology was recommended for the reduction of ARD generation before the application of supplementary work for enhancing slope stability such as shotcrete and anchor. From the ARD risk analysis, those rocks should not be used as aggregate and be used as bank fill material with the system for the minimum contact with rain water and ground-water.

경북 흥해지역 심부시추공의 화산암 및 퇴적암류의 지질 및 지화학적 연구

이창범 ( Chang Bum Lee ),김통권 ( Tong Kwon Kim ),박덕원 ( Deok Won Park ) 대한지질공학회 2009 지질공학 Vol.19 No.4

암반의 불연속면과 선구조의 분포성을 상호 분석하고 대비한 결과 선구조선의 발달이 절리와 성인적으로 상관성이 있고, 시추코어를 대상으로 측정된 불연속면의 간격은 1~20 cm이며 단층작용과 관련된 단층각력을 함유하는 단열대가 발달하는 유문암체에서 절리간격이 가장 조밀하게 나타난다. Nb/Y-Zr/TiO2 성분도에서 본 역의 화산암류는 비알카리 계열의 응회암, 유문암, 현무암에 해당된다. Hf/3-Th-Nb/16 삼각도에 의하면 destructive plate-margin basalt와 이들의 분화물에 속하며 Rb/Zr-Nb 성분도에 의하면 화산암의 생성 환경은 normal continental arc에 해당된다. 대부분의 LREE가 아주 부화되고 HREE는 결핍되는 패턴을 보인다. K/Ar 방법으로 측정한 연대는 중성 화산암이 55.3 Ma, 응회암은 77.25~91.22 Ma, 유문암은 63.16~64.39 Ma, 결정질응회암은 54.49 Ma이다. By the analysis of discontinuity at the outcrop and lineament on the satellite image, the joints have deeply relationship with the lineaments. The joint spaces at the drilling core are mostly 1~20 cm but at the rhyolite which is distributed near fault they have more closely. These volcanic rocks belong to the subalkaline series tuff, rhyolite, basalt in the study area from the diagram of Nb/Y-Zr/TiO2. The composition diagram of Hf/3-Th-Nb/16 show destructive plate-margin basalt and their differentiates. The environment of formation of volcanics are normal continental arc. Most of LREE show high enriched pattern but HREE show depleted pattern. The K/Ar age of intermediate volcanics, tuff, rhyolite, crystal tuff are 55.3Ma, 77.25 Ma~91.22Ma, 63.16~64.39Ma, 54.49 Ma respectively.

인광석 사용업체 주변 환경시료의 자연방사능 조사

이길재,고상모,장병욱,김통권,김용욱,Lee, Gill-Jae,Koh, Sang-Mo,Chang, Byung-Uck,Kim, Tong-Kwon,Kim, Young-Ug 대한자원환경지질학회 2011 자원환경지질 Vol.44 No.1

국내에서 유통되는 산업원료물질 중 모나자이트, 인회석, 저어콘, 보오크사이트, 티탄철석 등은 천연방사성핵종을 함유한 원료광물로서 '자연기원방사성물질 (NORM)'에 속한다. 이러한 원료광물을 사용하여 제조된 제품, 반제품, 부산물 또는 폐기물이 원료광물보다 천연방사성핵종의 농도가 증가된 물질은 '인위적으로 농축된 자연기원방사성물질 (TENORM)'로 분류한다. 인산비료를 제조하는 남해화학(주)에서 사용하는 인회석은 NORM에. 부산물로 생산되는 인산석고는 TENORM에 해당된다. 이와 같은 NORM을 대량 사용하는 사용시설인 남해화학(주) 내부 및 주변 지역 지질환경에 대한 영향평가가 필요하다. 이러한 배경에서 이 공장 내부 및 주변 지역의 지질특성, 토양에 대한 광물학적 및 지화학적 분석을 수행하여 향후 관리를 위한 과학적인 기초자료를 제공하고자 한다. 남해화학(주) 공장 내부 및 인근 지역 토양의 광물조성은 석영, 장석, 운모, $14{\AA}$광물, 고령토, 각섬석 등 모암으로부터 유래된 광물조성과 석고, 인회석 등 석고 야적장에서 유래된 광물조성으로 혼화되어 있다. 이 지역 토양의 평균 U 함량은 4.6 ppm, Th 함량은 10 ppm으로서 지각의 평균 함량과 거의 유사하다. 토양의 $^{40}K$의 농도는 191-1,166 Bq/kg, $^{226}Ra$의 농도는 15.6-710 Bq/kg이고 $^{232}Th$의 농도는 17.4-72.7 Bq/kg으로서 극히 높은 핵종 농도는 보이지 않으나 상대적으로 높은 $^{226}Ra$ 농도는 인산석고 적재장에서 뚜렷이 확인되며 $^{232}Th$ 농도가 높은 지점은 공장 동편 도로변 및 산체에서 잘 확인된다. 토양시료의 외부위해지수 범위는 0.24-2.01이며 평균 0.54로서 전체적으로는 위해 기준치로 제시되는 1.0 이하이지만 일부 지점에서는 1.0 이상이다. Some industrial minerals used in domestic industries such as monazite, apatite, bauxite, and ilmenite belong to NORM (Naturally Occurring Radioactive Materials) because they show a high radioactivity. Products, semi-products, wastes, and by-products which show higher radioactivity than NORM belong to TENORM (Technologically Enhanced Naturally Occurring Radioactive Materials). Apatite used for manufacturing phosphate fertilizer in Namhae Chemical company belongs to NORM, and its by-product, phospo-gypsum, belongs to TENORM. A geological investigation is needed for the future environmental impact assessment of the Namhae Chemical company's site. According to survey results of the Namhae Chemical company's site, soil mineral composition indicated the mixture of minerals derived from the country rock (quartz, feldspar, mica, $l4{\AA}$ mineral, kaolin and amphibole) and minerals from the gypsum open-air storage yard (gypsum and apatite). Soil samples showed average content of U 4.6 ppm and Th 10 ppm, which are similar to average crustal abundances. They also show average contents of $^{40}K$ 191-1,166 Bq/kg, $^{226}Ra$ 15.6-710 Bq/kg, and $^{232}Th$ 17.4-72.7 Bq/kg, which indicate moderate levels of radio nuclide. But $^{226}Ra$ anomaly in the gypsum open storage yard is clearly confirmed and $^{232}Th$ anomaly is also confirmed in the east road side of the factory and nearby mountain areas. Soil external hazard indices ranged 0.24-2.01 with the average 0.54. Although most external hazard indices were lower than 1, which means radiation hazard index to be negligible, 5 samples out of total 40 samples showed higher values than 1, and further detailed investigation is needed.

영남육괴 북동부 덕구온천지구 우백질 화강암의 희토류원소 분포도, Sm-Nd, Rb-Sr 연대 및 지구화학적 의의

이승구(Seung-Gu Lee),김통권(Tong Kwon Kim),이태종(Taejong Lee) 한국암석학회 2011 암석학회지 Vol.20 No.4

이 논문에서는 영남육괴 북동부에 위치한 덕구온천지역 주변 우백질 화강암의 주성분조성, 희토류원소를 포함한 미량원소의 함량 그리고 Sm-Nd과 Rb-Sr 동위원소비를 토대로 덕구지역 주변에 분포하는 우백질 화강암의 생성시기, 조구조 환경과 중국대륙과의 연관성에 대해 토의하였다. 희토류원소 분포도는 Eu의 이상과 분포도의 형태에 따라 3종류로 분류되며, SiO2의 함량과도 연관성이 깊다. 이와 같은 특성은 동일기원 마그마내 장석의 분화과정에 의한 것임을 지시해주는 것이다. 영남육괴 북동부의 덕구지역 주변 우백질 화강암의 Rb-Sr 및 Sm-Nd의 등시선 연대는 각각 1,735±260Ma (<SUP>87</SUP>Sr/<SUP>86</SUP>Sr 초기치 = 0.702±0.046, 2σ), 1,785±180 Ma(<SUP>143</SUP>Nd/<SUP>144</SUP>Nd 초기치 = 0.51003±0.00016, 2σ; εNd(T) = -5.9)로서, 초기 ε<SUB>Nd</SUB> 값은 우백질 화강암의 마그마가 지각물질로부터 기원되었음을 지시해준다. 특히 초기 <SUP>143</SUP>Nd/<SUP>144</SUP>Nd 비를 토대로 한 한반도의 선캠브리아기 기반암과 중국내 북중국지괴 혹은 남중국지괴와의 비교에서는, 영남육괴의 선캠브리아기 기반암은 북중국 지과와 유사한 Nd 동위원소 지구화학적 특성을 갖는 기원물질로부터 유래되었음을 지시해준다. Here we report major element composition, trace and rare earth element abundance, Sm-Nd and Rb-Sr isotopic composition from Deokgu leucogranite. Chondrite-normalized REE pattern and its Eu anomaly are divided into 3 types systematically, and have close relationship with SiO2 contents. Such geochemical characteristic indicates that the leucogranite was derived by feldspar fractionation from a common source magma. Sm-Nd and Rb-Sr whole rock ages are 1,785±180 Ma (initial 143Nd/144Nd ratio =0.51003±0.00016, 2σ; ε<SUB>Nd</SUB>(T) = -5.9) and 1,735±260 Ma (initial <SUP>87</SUP>Sr/<SUP>86</SUP>Sr ratio = 0.702±0.046, 2σ), respectively. Initial ε<SUB>Nd</SUB> value indicates that the magma should be derived from the crustal material. This initial ε<SUB>Nd</SUB> value also corresponds well with those from the Precambrian granitoids from North-China Craton rather than those of South-China Craton.

강화 석모도 화강암류와 온천수의 지구화학

이승구(Seung-Gu Lee),김통권(Tong-Kwon Kim),이진수(Jin-Soo Lee),송윤호(Yoon-Ho Song) 한국암석학회 2006 암석학회지 Vol.15 No.2

인천광역시 강화군의 석모도는 주로 흑운모 화강암과 각섬석 화강섬록암으로 구성되어 있으며, 각섬석 화강섬록암에 의해 흑운모 화강암은 남과 북으로 양분된다. 남쪽의 흑운모 화강암 지역에서는 수온이 72°C에 달하는 Na-Cl형의 고온성 온천이 산출된다. 흑운모 화강암의 Rb-Sr 전암연대는 각섬석 화강섬록암을 기준으로 북쪽에 분포하는 흑운모 화강암은 207±70Ma이고 Sr 초기치는 0.7132이다. 그리고 주로 남쪽에 분포하는 흑운모 화강암은 132±50Ma이고 Sr 초기치는 0.7125로서 양 화강암체가 지각기원물질의 마그마로부터 생성되었음을 지시해준다. 남북의 흑운모 화강암과 각섬석 화강섬록암체는 칼크-알칼리계열의 마그마로부터 분화되어온 특징을 보여주며, Rb과-Y+Nb 그리고 Yb+Ta의 상관관계도는 충돌대환경에서 마그마가 형성되었음을 지시해준다. 2005년과 2006년의 3월에 채취된 온천수의 Sr 동위원소비는 0.714507와 0.714518로서 거의 변화가 없고, 이 값은 남쪽에 흑운모 화강암의 Sr 동위원소비의 현재값과 거의 일치한다. 이와 같은 온천수의 Sr 동위원소비는 석모도내 온천수가 흑운모 화강암과 밀접한 연관성이 있음을 지시해주는 것이다. The Seokmodo consists mainly of biotite granite and granodiorite. The biotite granite is divided into the south and the north part by granodiorite. There occurs high temperature hot spring of which temperature is up to n°c. The Rb-Sr isotopic data for the biotite granite define whole-rock isochron ages of 207 ± 70 Ma with initial Sr isotopic ratio of 0.7132 in north part and 132 ± 50 Ma with initial Sr isotopic ratio of 0.7125 in south part, suggesting that the magma be derived from the crustal source material. The geochemical characteristics of the biotite granite and hornblende granodiorite indicate that they were crystallized from calc-alkaline under syn-collisional tectonic environment. The samples of hot spring were collected at March 2005 and March 2006. The <SUP>87</SUP>Sr/<SUP>86</SUP>Sr ratios of hot spring are 0.714507 and 0.714518, respectively and correspond to those of the granite being occurred at the south part. The similarity of <SUP>87</SUP>Sr/<SUP>86</SUP>Sr ratios between the granite and hot spring strongly suggests that the hot spring might be derived from the Seokmodo biotite granite.

Rare Earth Element Geochemistry of high temperature hot springs in Korea

이승구(Seung-Gu Lee),김통권(Tong-Kwon Kim),이진수(Jin-Soo Lee),송윤호(Yoon-Ho Song) 대한지질학회 2005 지질학회지 Vol.41 No.1

건설현장 절취사면의 산성암반배수 발생특성과 잠재적 산발생능력 평가

이규호(Gyoo Ho Lee),김재곤(Jae Gon Kim),이진수(Jin-Soo Lee,),전철민(Chul-Min Chon),박삼규(Sam-Gyu Park),김탁현(Tack Hyun Kim),고경석(Kyung-Seok Ko),김통권(Tong Kwon Kim) 대한자원환경지질학회 2005 자원환경지질 Vol.38 No.1

건설 현장 절취사면에서 발생되는 산성암반배수(Acid Rock Drainage, ARD)는 암석에 함유된 황화광물의 산화에 의해 발생하며, 주변 환경, 구조물의 안정성과 수명, 경관에 악영향을 주고 있다. 우리나라의 지형은 70% 이상이 산지이므로 토목공사과정에서 사면절취와 터널공사가 빈번히 이루어지고 있는데, 산성배수를 발생시킬 개연성이 있는 황철석을 함유한 암석들은 전국에 분포한다. 본 연구에서는 다양한 암반을 대상으로 암석유형별 산성배수 발생특성을 파악하고 잠재적인 산발생능력을 규격화된 방법으로 평가하고자 하였다. 산발생능력 평가 결과 NP/MPA 비에 따라서 14개의 시료가 산성배수 발생 가능성이 높은군에, 4개의 시료는 산성배수 발생 가능성이 낮은군에 해당하였으며, 암석의 종류와 산발생능력 평가 결과는 상관관계는 명확하지 않았다. 본 연구에서 대상으로 한 시료만으로 볼 때, 편마 암, 화강암의 경우 산성배수 발생 가능성이 낮은 군으로, 열수변질을 받은 화산암, 응회암, 탄질셰일, 금속광산 폐석시 료는 산성배수 발생 가능성이 높은 군으로 분류되었다. 물시료 분석 결과 일부 항목이 지하수의 생활용수 이용시 수질기준을 초과하였다. 이는 주로 황철석의 산화로 인하여 발생한 산에 의해 배수가 낮은 pH를 유지하면서 중금속들을 용출시켜 지속적으로 배출하기 때문이며, 고농도의 중금속을 함유한 산성배수가 계속 생산, 유입될 경우 연구대상 지역 부근 지하수와 하천수의 수질오염이 우려 된다. Acid Rock Drainage(ARD) is the product formed by the atmospheric(i.e. by water, oxygen and carbon dioxide) oxidation of the relatively common iron-sulphur mineral pyrite(FeS 2 ). ARD causes the acidification and heavy metal contamination of water and soil and the reduction of slope stability. In this paper the generation characteristics and the prediction of ARD of various cut slopes were studied. An attempt to classify the rocks into several groups according to their acid generation potentials was made. Acid Base Accounting(ABA) tests, commonly used as a screening tool in ARD predictions, were performed. Fourteen rock samples were classified into PAF(potentially acid forming) group and four rock samples into NAF(non-acid forming) group. The chemical analysis of water samples strongly suggested that ARD with high content of heavy metals and low pH could pollute the ground water and/or stream water