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이천 및 포천지역 온천수의 수리화학적 특성 및 영족기체 기원
Hydrochemistry and noble gas origin of hot spring waters of Icheon and Pocheon area in Korea 원문보기

지질공학 = The journal of engineering geology, v.19 no.4 = no.62, 2009년, pp.529 - 541  

정찬호 (대전대학교 지반설계정보공학과) ,  고용권 (한국원자력연구원) ,  신선호 (한국원자력연구원) ,  (동경대학교 지각화학연구실) ,  김규한 (이화여자대학교 과학교육학과) ,  김건영 (한국원자력연구원)

초록
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이 연구는 이천과 포천지역 일대에 분포하고 있는 온천에 대하여 화학성분, 산소 및 수소 동위원소, 그리고 헬륨아르곤 같은 영족기체의 동위원소 특성을 분석하여 온천별 지화학적 특성을 밝히고, 영족기체의 기원과 지하수의 지화학적 상관성을 해석하고자 하였다. 이를 위하여 연구지역에서 7점의 온천수와 가스성분을 채취하였고, 온천공 주변 지하수와 지표수 17개 시료를 채취하여 분석하였다. 연구지역 온천수는 환원성환경의 중성내지는 약알카리성의 pH 특성을 보이고, 전기전도도$310{\sim}735\;{\mu}S/cm$ 범위를 보여준다. 온천수의 수온은 $21.5{\sim}31.4^{\circ}C$ 범위로 저온형이며, 성분상 단순온천에 해당된다. 이천지역 온천수는 중성의 pH 조건과 주변지역 지하수와 유사한 $Ca-HCO_3$ 내지는 $Ca(Na)-HCO_3$ 수리화학적 유형을 보이는 반면, 포천지역 온천수는 알카리성의 pH 조건과 $Na-HCO_3$ 유형으로 지화학적으로 상당히 진화된 특성을 보인다. 이천온천수는 우라늄의 함량이 높고, 포천지역 온천수에는 불소의 함량이 높은 것이 특징이다. 온천수의 $\delta^{18}O$${\delta}D$값은 각각 $-8.85{\sim}-10.1%o$$-60.8{\sim}-72.2%o$의 범위로 순환수기원을 보인다. 동위원소 조성을 보면 포천지역 온천수는 지하수에 비해 고지대 함양과 긴 유동경로를 거친 것으로 해석된다. 온천수내 영족기체 동위원소비 분석 결과 $^3He/^4He$ 동위원소비는 $0.094\;{\times}\;10^{-6}{\sim}0.653\;{\times}\;10^{-6}$ 범위를 보인다. 이천지역 온천수는 대기기원의 헬륨이 우세하지만 맨틀(마그마)와 같은 심부기원의 혼합율이 포천지역 온천수보다 높은 특성을 보인다. 포천지역 온천수는 지각기원의 헬륨 혼합율이 높다. 또한 온천수별 동일한 기원의 혼합선상에서도 천부지하수와 심부지하수의 혼합상태에 따라서 서로 다른 $^4He/^{20}Ne$ 비를 보인다. 온천수의 $^{40}Ar/^{36}Ar$ 비는 대기기원의 값과 유사한 범위를 보인다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Hydrochemical, stable isotopic ($\delta^{18}O$ and dD) and noble gas isotopic analyses of seven hot spring water samples, eleven groundwater samples and six surface water samples collected from the Icheon and Pocheon area were carried out to find out hydrochemical characteristics, and to ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 경기도 이천과 포천지역에 분포하는 온천수, 지하수와 지표수를 대상으로 물의 순환과정에서 수리지 화학적 특성을 규명하고 온천수의 진화과정에 대한 해석을 하고자 하였다(Fig. 1). 특히 온천수와 온천가스내 존재하는 비활성인 영족기체(He, Ne, Ar)의 동위원소 존재비를 분석하여, 그들의 기원과 온천의 지화학적 특성과의 상관성에 대한 해석을 시도하였다.
  • 45µm 여과지를 이용하여 부유물과 이물질을 제거한 후 채취되었다. 양이온 분석용 시료는 폴리에틸렌 용기에 담은 후 농질산을 첨가하여 pH 2이하로 산성화시켜 이온들의 침전이나 용기 벽에 흡착되는 것을 방지하고자 하였다.
  • 온천수의 지화학적 수질특성은 물의 순환과정상에서의 모암과의 반응과정과 심부지질의 암석학적, 지화학적 조건 등에 의해서 지배된다. 연구지역인 이천, 포천지역 온천수의 수리화학적 특성을 해석하기 위해 필요한 연구지역의 지질 특성을 기존의 지질도와 문헌(여상철과 임주환, 1974; 이병주 외, 1999)을 이용하여 간략하게 기술하고자 하였다. 연구지역의 지질도는 Fig.

가설 설정

  • 헬륨가스의 기원으로 대기, 지각, 맨틀 3곳의 단성분의 동위원소 조성을 가정한 모델을 통하여 온천수 7개 지점과 지하수 1개 지점(MD)을 Fig. 7에 도시하였다. 이천지역의 온천수는 대기기원의 헬륨동위원소 혼합이 우세하고, 포천지역의 온천수는 지각기원의 헬륨동위원소 혼합이 우세하다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
그동안 국내에서 진행된 온천수에 대한 지화학적 연구의 주제로는 무엇이 있는가? 온천에 대한 학술적 관심사는 주로 온천수의 수질화학적 조성과 온천의 열원 등에 관한 것으로 그 동안 국내에서 온천수에 대한 지화학적 연구로는 수리화학적 특성 규명, 물-암석 상호반응에 의한 지화학적 진화과정 해석, 동위원소적 연구, 온천수와 해수 혼합에 관한 연구 등의 주제로 국내 연구자들에 의해 연구가 진행된바 있다(Koh et al., 1994; 김규한과 최현정, 1998; Yun et al.
우리나라 온천의 법적 등록지역의 분포 특징은 어떠한가? 우리나라의 온천법이 1981년에 제정된 이래 현재까지 온천의 법적 등록지역은 404개소이다(이종태, 2008). 이중 183개소가 남한의 남동쪽에 밀집되어 있으며 수온이 35℃ 이상의 온천은 동해안과 남한의 남동부쪽에 많이 분포한다. 온천을 수질특성으로 분류하면 광물질의 함유량이 적은 저함량 온천이 263개소(65.
우리나라 온천을 수질특성으로 분류한 결과는 무엇인가? 이중 183개소가 남한의 남동쪽에 밀집되어 있으며 수온이 35℃ 이상의 온천은 동해안과 남한의 남동부쪽에 많이 분포한다. 온천을 수질특성으로 분류하면 광물질의 함유량이 적은 저함량 온천이 263개소(65.1%)를 차지하고, 광물질함유량이 높은 광천온천은 84개소(20.8%), 함유황온천이 27개소(6.68%), 유황온천이 17개소(4.21%), 탄산온천이 13개소(3.21%)로 분류된다(이종태, 2008).
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참고문헌 (22)

  1. 국립환경과학원, 2008, 지하수 중 자연방사성물질 정밀조사(I), 한국지질자원연구원, 293p 

  2. 고용권, 윤성택, 김천수, 배대석, 박성숙, 2001, 부곡지열수의 심부환경과 지화학적 진화: 유황형 지열수의 생성과정 재해석, 자원환경지질, 34, 329-343 

  3. 김건영, 고용권, 김천수, 배대석, 박맹언, 2000, 유성지역 지열수의 지구화학적 특성 연구, 지하수토양환경, 7, 32-46 

  4. 김규한, 정윤정, 정찬호, K. Nagao, 2008, 강화 석모도 지역 온천수와 지하수의 수리지구화학 및 동위원소 연구, 자원환경지질, 41, 15-32 

  5. 김규한, 최현정, 1998, 남한의 온천지역의 열수와 지하수의 지구화학적 연구, 지구과학회지, 19, 22-34 

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  8. 이병주, 김유봉, 이승렬, 김정찬, 강필종, 최현일, 진명식, 1999, 서울-남천점 지질 도폭설명서(1:250,000), 한국자원연구소, 51p 

  9. 정찬호, 김통권, 김천수, 김수진, 1997, 편마암-물 상호반응에 의한 지하수의 지화학적 진화 및 이차광물 생성에 대한 반응경로 모델링, 한국광물학회지, 10, 33-43 

  10. 정찬호, K. Nagao, 김규한, 최훈공, H. Sumino, 박지선, 박충화, 이종익, 허순도, 2008, 동해안 온천유형별 수리 화학적 특성 및 영족기체 기원, 지하토양환경, 13, 1-12 

  11. 정찬호, 허현성, K. Nagao, 김규한, 2007, 호남지역 저온형 온천수의 수리지화학적 및 안정동위원소 특성과 영족 기체의 기원에 관한 연구, 자원환경지질, 40, 635-649 

  12. Aka, F.T., Kusakabe, M., Nagio, K. and Tanyileke, G., 2001, Noble gas isotopic compositions and water/gas chemistry of soda springs from the islands of bioko, SoTom and Annobon, along with Cameroon Volcanic Line, West Africa. App. Geochem., 16, 323-338 

  13. Apambire, W, B., Boyle, D. R and Michel, F. A., 1997, Geochemistry, genesis, and health implications of fluoriferous groundwaters in the upper regions of Ghana. Environmental Geology 33, 13-24 

  14. Coleman, M, L., Shepherd T. J., Durhham, J. J., Rouse, J. E. and Moore, G. R., 1982, Reduction of water with zinc for hydrogen isotope analysis. Anal. Chem., 54, 993-995 

  15. Craig, H., 1961, Isotopic variation in meteorc water, Science, 133, 1702-1703 

  16. Kendall, C. and Colpen, T. B., 1985, Multisample conversion of water to hydrogen by zinc for stable isotope determination. Anal. Chem., 57, 1438-1440 

  17. Koh, Y.K., Yun, S.T. and Ahn, J.S., 1994, Environmental isotope and hydrochemical studies of geothermal waters in Korea: Yusung geothermal area, Jour: Korean Inst. Mineral & Energy Resour. Eng., 31, 388-399 

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  19. Okazaki, R., Takaoka, N., Nagao, K., Sekiya, M. and Nakamura, T., 2001, Noble-gas-rich chondrules in an enstatite meteotite. Nature, 412, 795-798 

  20. Osawa, T. and Nagao, K., 2002, Noble gas compositions of Antarctic micrometeorites collected at the Dme Fuji Station in 1996 and 1997. Meteoritics and Planetary Science, 37, pp. 911-936 

  21. Piper, A. M., 1994, A graphic procedure in the geochemical interpretation of water analyses., Transactions of American Gophysical Union, 25, 914-923 

  22. Yun, S. T., Koh, Y. K., Kim, C. S. and So, C. S., 1998, Geochemistry of geothermal waters in Korea: Environ mental isotope and hydrochemical characteristics, I. Bugok area. Econ. Environ. Geol., 31, 185-199 

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