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시추공을 활용한 MWCF 지질구조 특성 및 지질구조 연결성 연구
정수림(Soolim Jung) 대한지질학회 2021 대한지질학회 학술대회 Vol.2021 No.10
사용후핵연료의 심층처분은 생태계로부터의 유입과 유출이 거의 발생하지 않는 심부 지하에 사용후핵연료를 매립함으로써, 유해한 방사성 물질이 자연상태로 붕괴되는 오랜 기간 동안 인간 생활권과 격리될 수 있도록 하는 처분 방식이다. 심층처분에서 처분장을 둘러싼 지하 암반은 방사성 핵종의 이동을 격리 및 지연시키는 천연방벽의 역할을 한다. 처분용기의 부식이나 파손 등으로 핵종이 유출되는 경우, 처분장 주변을 흐르는 지하수를 따라 이동하기가 쉽다. 천연방벽의 격리 혹은 지연 성능을 평가하기 위해서는 지하 환경에서 핵종의 거동 특성에 대한 이해가 필요하다. 이를 위한 연구의 일환으로 다양한 규모 및 환경에서의 용질 이동 시험을 수행함으로써, 단열에서 핵종의 이동 양상을 파악하고 이질성이 강한 자연환경에서의 핵종거동 예측의 신뢰도를 높일 수 있다. 이 연구에서는 KURT 부지의 주요 지하수 유동로인 MWCF (Main Water Conductive Feature)를 대상으로 용질이동 시험을 설계하기 위한 사전조사로, MWCF를 관통하는 5개 시추공의 지질구조 분포 및 시추공 간 지질구조의 연결성을 분석하였다. 과거 단층운동에 의해 생성된 것으로 추정되는 MWCF 구조는, KURT 내부에서 수직에 가까운 고각의 단층핵 및 파쇄구간이 NS 방향으로 길게 이어진 모습으로 관찰된다. 시추공은 BIPS 촬영을 통하여 정향 이미지로부터 단열 구조의 방향성을 분석하였다. 전체적으로 NS 및 NE 주향의 구조가 우세하여, MWCF의 특성과 일치하는 모습을 보이며 단층핵은 5.9 ~ 6.5 m 사이에 존재하는 것으로 관찰되었다. 결과적으로 각 시추공의 단열들이 대부분 비슷한 시추심도로 연결되어 있을 것으로 추정되나, 단열 밀도가 높아서 여러 개의 단열이 얽혀 있는 경우 지하수가 어느 방향으로 흐르게 될 지 추정하는 데 어려움이 있다. 단열의 분포와 방향성을 더 명확히 하고자 한다면, 향후 추가 공벽 영상분석이 필요할 것으로 생각된다.
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시추공 정보를 이용한 KURT 주변 지역의 삼차원 지질 모델 구축
박재용(Jai-Yong Park),정수림(Soolim Jung),정두희(Doohee Jeong),최지민(Ji-Min Choi) 대한지질학회 2021 대한지질학회 학술대회 Vol.2021 No.10
방사성폐기물 처분을 위한 천연방벽의 장기 진화 연구를 위하여 연구지역을 삼차원으로 가시화하는 지질 모델을 구축하는 것은 해당 지역의 암상분포 및 지질구조에 대한 이해도를 높이고 앞으로의 연구 계획을 효율적으로 계획하기 위해 필수적이다. 특히 화성암 지역에서의 천연방벽 지구조 장기 진화 연구를 수행하기 위해서는 기반암에 대한 연구가 동반 혹은 선행되어야 하기 때문에 삼차원 지질 모델을 구축하여 기반암과 지구조의 관계에 대한 이해도를 높이는 것이 매우 중요하다. 또한 구축된 지질 모델은 추후 수행 될 다양한 수치 모델링의 입력 자료로 활용할 수 있다. 본 연구에서는 천연방벽 성능 장기진화 평가 기술 연구가 수행되고 있는 KURT 주변 지역에 대한 삼차원 지질 모델을 구축하였다. 이를 위해 지구물리탐사, 시추공탐사, 지표지질탐사 등 다양한 정보를 통해 구축되었던 과거 삼차원 지질 모델을 다양한 부분에서 개선하고 재구축하였다. 수치지형도를 개선하여 더 정확한 지표 지형을 구현하였으며, 장기간에 걸쳐 확보되고 입력된 시추공들의 위치를 보정하여 시추공 정보가 더 정확하게 위치할 수 있도록 하였다. 시추공들의 위치가 보정되는 과정에서 시추공 간의 상대적인 위치도 변경되었기 때문에 암상이나 지구조 등 여러 시추공의 종합적인 공간 정보를 활용할 때에는 이를 고려하고 기존의 연구 결과와 비교 및 검증하였다. 따라서 과거에 구축된 삼차원 구축 모델과의 비교 및 검증을 위해 KURT 부지에 위치하는 시추공 중 13개의 시추공에서 조사된 지질구조 자료를 별도로 확보하여 정리하였고 그 중 사용 가능한 지질구조 자료를 전산화하여 삼차원 지질 모델링 소프트웨어에 입력하였다. 또한 최근에 수행한 AH-1, YS-1, DB-2 시추공의 시추코어 분석을 통해 확보한 시추공 암상 자료와 화학분석 결과를 전산화하여 삼차원 지질 모델에 입력하고 가시화하여 삼차원 공간에서의 위치 관계를 분석하였다.
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연구용 시추공과 KURT를 활용한 암상 분포 예비 연구
최지민(Ji-Min Choi),정수림(Soolim Jung),정두희(Doohee Jeong),박재용(Jai-Yong Park),김영석(Yeong-Seog Kim) 대한지질학회 2021 대한지질학회 학술대회 Vol.2021 No.10
방사성폐기물 처분부지에서 천연방벽(natural barrier)의 성능 평가시 지하수의 유동 통로가 될 수 있는 단열, 단층, 절리 등과 같은 지구조적 인자들은 암석학적 특성들과 긴밀히 연관되어 있으며 이에 기반하여 평가되어져야 한다. 암석학적 특성을 파악하기 위한 방법론 중 연구용 시추공을 이용한 분석은 방사성폐기물 처분장이 지하 심부에 위치해야 한다는 기본 조건을 고려하면 야외 노두나 터널 공벽과 같이 지표 부근에서 확인할 수 없던 심부의 지질 특성을 확인할 수 있는 중요한 연구 방법이다. 이번 연구에서는 대상 부지의 암석학적 특성을 파악하기 위해 KURT (KAERI underground research tunnel) 내부에 1,000 m 심도로 굴착된 DB-2 시추공과 외부에 500 m 심도로 굴착된 AH-1, YS-1 시추공을 대상으로 하였으며, 이전에 터널 내부 벽면에서 분석된 연구 결과와 비교하여 깊이별 암상 분류를 수행하였다. 각 시추공들의 암상 분포 결과를 취합하여 KURT 부지에 주로 분포하는 기반암의 특성을 정의할 수 있었으며 이를 기준으로 다른 여러 암상들의 특성을 분류하였다. 또한 암맥류에 대해서는 시료 채취를 통해 그 분류를 세분화하였다. 향후 위와 같이 분류된 암상 기준을 이용해 추가로 시료 채취를 통한 화학분석 및 박편분석을 수행하여 보완된 분류법을 개발하고 여러 연구용 시추공 간의 깊이별 암상 분포를 파악할 것이다.
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최호석(Ho-Seok Choi),소진현(Jin-Hyeon So),김종찬(Jongchan Kim),정수림(Soolim Jung),김영석(Young-Seog Kim) 대한지질학회 2021 대한지질학회 학술대회 Vol.2021 No.10
심지층 처분장 부지의 특성 평가를 수행하는데 있어 기존에 발달한 지질구조의 재활 가능성과 유체유동 특성을 평가 및 예측하는 것은 반드시 필요한 절차이며, 이에 앞서 부지 내에 발달한 지질구조의 분포를 파악하여야 한다. 한국원자력연구원(KAERI)에서는 이러한 연구를 수행하기 위해 지하처분연구시설(KAERI Underground Research Tunnel; KURT)에서 지질구조 분포를 확인하는 연구를 진행해 왔으며, 본 연구에서는 추가적으로 터널 내부에서 확인한 9개의 노두와 2개의 직사각형 절단면(5.0 x 2.5 m)을 대상으로 지질구조 분석과 변형사 해석을 수행하였다. KURT가 위치한 대전광역시 유성구의 기반암은 중생대 쥐라기에 광역적으로 관입한 복운모 화강암체로 백악기초의 안산암질 암맥이 N-S 내지 NE-SW 주향으로 관입하였고, 암맥 내부에서 화강암이 포획암(xenolith)의 형태로 관찰된다. 연구지역의 지질구조는 연성의 환경에서 변형을 받은 복운모 화강암체에 단층, 페그마타이트, 세맥, 암맥, 그리고 절리와 같은 5개의 주요 지질구조가 중첩되어 발달하고 있다. 먼저 현생응력조건 하에서 기존에 발달한 지질구조들의 재활성이 가능한지를 예측하기 위해, 이전의 연구에서 파악되었던 지질구조에 추가적인 단층의 존재유무 확인과 함께 최후기 단층의 자세와 운동감각을 파악하는 연구를 진행하였다. 조사결과 KURT 내부의 단층은 기존 연구결과와 유사한 NNE-SSW 주향과 함께 ENE-WSW, NW-SE, NNW-SSE 등의 주향을 보이며, 이번 조사를 통해 일부 단층에서는 단층조선(slickenline)이 인지되어 주향이동이 우세한 단층임을 새롭게 확인할 수 있었다. 터널의 동편에 위치한 절단면에서는 정단층 시스템을 확인하였지만, KURT 내부에서 확인한 다른 단층과의 절단관계는 보이지 않았다. 추가로 절단면에 대한 정밀한 변형사 해석을 실시하였고, 그 결과 일부 지질구조간의 절단관계를 세부적으로 구분할 수 있었다. 추후 KURT 내부의 지질구조와 인근지역의 지표지질조사에서 관찰한 지질구조 데이터를 통합하여 연구시설을 포함한 인근지역의 전반적인 지질구조의 발달특성과 변형사를 도출하는 연구를 진행할 예정이다.
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지하처분환경 핵종거동 평가를 위한 암석, 지하수, 완충재의 지구화학 특성 조사
김낙규(Nak Kyu Kim),이재광(Jae-Kwang Lee),정수림(Soolim Jung),권은혜(Eunhye Kwon),권장순(Jang-Soon Kwon) 대한지질학회 2021 대한지질학회 학술대회 Vol.2021 No.10
대부분의 선진국들은 고준위방사성폐기물 또는 사용후핵연료를 인간과 환경에 미치는 영향을 억제하기 위해 지하 수백 미터 암반층에 처분하는 개념을 선택하고 있다. 심층처분시설이 폐쇄되면 장시간에 걸쳐 필연적으로 암반에 흐르는 지하수가 처분시설 내로 침투할 수 있으므로, 수만년 시간 동안 지하수에 의해 방사성 핵종이 유출되는 시나리오를 필수적으로 고려해야 한다. 이러한 상황을 고려하여 방사성핵종이 처분된 폐기물로부터 지하수에 의해 유출되어 외부로 이동하는 것을 저지하기 위해 처분공 및 처분터널에 완충재를 사용하게 되며, 최종적으로 지하 암반이 방사성핵종의 유출을 지연 및 저지하는 역할을 하게 된다. 처분환경 내 완충재와 암석, 그리고 지하수는 핵종 거동 특성과 밀접한 연관이 있으며, 이들의 지화학적 특성은 핵종 거동 평가에 필요한 중요한 요소이다. 그러므로 심층처분환경에서 수착과 확산에 의한 핵종의 이동과 지연 현상을 연구 및 평가하기 위해서는 매질체인 완충재와 암석, 핵종의 이동을 유발하는 지하수의 지구화학적 특성을 우선적으로 이해하고 있어야 한다. 한국원자력연구원 지하처분연구시설(KURT, KAERI Underground Research Tunnel)은 심층처분환경을 모사하기 위해 건설한 연구 시설이다. KURT는 고원생대 편마암을 관입한 중생대 화강암체 내에 건설되어 있으며 화강암 내 단열을 따라 산화성 및 환원성 지하수의 흐름이 관측되었다. 이번 예비조사에서는 KURT 부지 내 화강암과 지하수의 지구화학적 특성을 조사하였으며, 이와 더불어 심층처분시설의 완충재로 고려되고 있는 경주 Ca-벤토나이트(KJ-II)의 지구화학적 특성을 조사하여 요약하였다. 이들 심층처분환경 구성요소들의 지구화학적 특성은 향후 핵종 거동 평가에서 신뢰성 있는 결과를 도출하기 위한 기초자료로 활용할 계획이다.
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