[논문]캐나다 데본기 비투멘 탄산염암의 지화학적 특성 연구

길영우; 김지훈; 최지영; 박명호

doi:10.9719/eeg.2012.45.4.365

캐나다 데본기 비투멘 탄산염암의 지화학적 특성 연구
Geochemical Characteristics of Devonian Bitumen Carbonates in Alberta, Canada 원문보기

자원환경지질 = Economic and environmental geology, v.45 no.4, 2012년, pp.365 - 375

길영우 (전남대학교 에너지자원공학과) , 김지훈 (한국지질자원연구원 석유해저연구본부) , 최지영 (한국지질자원연구원 석유해저연구본부) , 박명호 (한국석유공사 석유개발연구원)

초록
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이 연구는 캐나다 Core Research Center (CRC) 시추코어 Saleski 03-34-88-20w4와 Saleski 08-01-88-20w4를 이용하여 비투멘을 함유한 캐나다 앨버타주 데본기 탄산염암의 무기 지화학적 특징을 규명하고, 탄산염 저류층에 대한 지화학적 기초자료를 구축하는데 목적이 있다. 대부분이 0.2 mm 이하 크기의 돌로마이트 입자로 구성된 탄산염암은 소량의 석영과 방해석을 포함한다. 두 CRC 코어 탄산염암의 퇴적환경과 돌로마이트화 과정이 유사하나 Saleski 03-34-88-20w4 코어 탄산염암이 Saleski 08-01-88-20w4 코어 탄산염암보다는 쇄설성 퇴적물 유입이 상대적으로 많은 환경에서 형성되었다. 동위원소 분석결과 두 CRC 코어 돌로마이트 생성온도는 약 40~$55^{\circ}C$이고, 돌로마이트 생성 속성수는 데본기 해수이다. 캐나다 앨버타 데본기 Cairn층과 비교한 결과 돌로마이트 생성온도는 같으나, Cairn층은 약간의 대륙기원 암석과 반응한 속성수가 해수에 혼합되었을 가능성이 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

The objective of this study is to investigate inorganic characteristics of Devonian bitumen carbonates in Alberta using two drilling cores, Saleski 03-34-88-20w4 and Saleski 08-01-88-20w4, taken from the Core Research Center (CRC) of Canada. The bitumen carbonates are mainly composed of less than 0.2 mm dolomites and some carbonate includes small amount of quartz and calcite. The bitumen carbonates from two cores are interpreted to have formed in similar sedimentary environments and dolomitization processes. Carbonates from Saleski 03-34-88-20w4 core were formed under higher inflow of clastic sediment than those from Saleski 08-01-88-20w4 core. Range of crystallization temperature of dolomites in the both bitumen carbonate cores is about 40~$55^{\circ}C$. Dolomitizing fluid of the bitumen carbonates would be Devonian seawater. Bitumen carbonates from Cairn Formation, compared with the CRC cores, have experienced a similar crystallization temperature, but dolmititizing fluid of the bitumen carbonates from Cairn Formation have been modified from the isotopic exchange with continental crust.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이 연구의 주요 목적은 두 개의 캐나다 CRC(Core Research Center) 시추코어(Saleski 03-34-88-20w4, Saleski 08-01-88-20w4)의 무기 지화학적 특징을 규명하고, 획득한 지화학 자료를 바탕으로 기존에 보고된 문헌 자료(Vandeginste et al., 2006, 2009; Köster et al., 2008) 및 캐나다 데본기 Cairn층 탄산염 저류암(Park et al., 2010) 지화학적 자료와 비교 연구하는데 있다.

가설 설정

Cairn층 돌로마이트의 생성온도를 알아보기 위해 후기 데본기 해수의 δ18O 값을 -3 ~ -2‰로 가정하였다(Carpenter et al., 1991).

제안 방법

Cairn층 탄산염암의 속성수 기원을 알아보기 위하여 ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 값을 분석하였다(Fig. 10). Cairn층 돌로마이 트의 ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 값은 CRC 코어(Saleski 03-34-88-20w4, Saleski 08-01-88-20w4) 및 후기 데본기 해수 ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 값(0.
돌로마이트를 형성한 속성수의 기원과 돌로마이트 생성 온도를 알아보기 위해 CRC 코어와 동일하게 Cairn층 탄산염암에 대하여 δ18O와 87Sr/86Sr를 분석하였다(Table 3, 4).
Saleski 03-34-88-20w4 코어에서는 Grosmont층의 4개 탄산염 단위체인 LG, UG 1, UG 2, UG 3가 모두 관찰되었지만 Saleski 08-01-88-20w4 코어에서는 Grosmont층의 4개 탄산염 단위체 중 UG 2와 UG 3만 관찰되었다. 또한 이번 연구에서 Grosmont층과 지화학적으로 비교 연구를 위해 캐나다 앨버타주 로키 산맥에 위치하고 있는 데본기 탄산염층인 Cairn층 시료들에 대한 지화학 분석을 실시하였다(Park et al., 2010). Cairn층의 전반적인 지질학적 특징과 채취한 시료 위치는 Park et al.
분석한 돌로마이트의 δ18O과 속성수로 가정한 후기 데본기 해수의 δ18O (-3 ~ -2‰; Carpenter et al., 1991)을 이용하여 연구 코어의 돌로마이트 생성온도를 계산하였다.
비투멘을 추출한 탄산염암 시료의 광물 구성은 한국지질자원연구원의 X-선 회절분석기(X-ray Diffractometer; PHILIPS X'pert MPD)를 이용하여 분석하였다.
탄산염암 시료의 스트론튬(Sr) 동위원소는 한국기초과학지원연구원의 열이온화 질량분석기(Thermal ionization mass spectrometer, VG54-30)로 측정하였다. 시료는 양이온 교환칼럼화학(AG50W-X8, H⁺ form, 200-400#)을 적용하여 Sr를 분리한 후에 질량분별효과를 보정하면서 동적인 모드(dynamic mode)로 측정하였다. NBS 987 평균 ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr은 0.
탄산염암 시료의 산소(O) 및 탄소(C) 동위원소는 한국기초과학지원연구원의 안정동위원소 질량분석기(Stable Isotope Ratio Mass Spectrometer, GV Instruments Isoprime)로 측정하였다. 실험실 표준시료(탄소동위원소: VPDB, 산소동위원소: VSMOW)를 반복 측정하여 얻은 탄소와 산소 동위원소 분석정밀도는 약 ±0.
탄산염암 시료의 스트론튬(Sr) 동위원소는 한국기초과학지원연구원의 열이온화 질량분석기(Thermal ionization mass spectrometer, VG54-30)로 측정하였다. 시료는 양이온 교환칼럼화학(AG50W-X8, H⁺ form, 200-400#)을 적용하여 Sr를 분리한 후에 질량분별효과를 보정하면서 동적인 모드(dynamic mode)로 측정하였다.
비투멘을 추출한 탄산염암 시료의 광물 구성은 한국지질자원연구원의 X-선 회절분석기(X-ray Diffractometer; PHILIPS X'pert MPD)를 이용하여 분석하였다. 탄산염암 시료의 전암 주성분원소는 시료와 Li₂B₄O₇ 용재(flux)를 1:10의 비율로 섞어 1,200℃에서 비드(bead)를 만든 후 한국기초과학지원연구원 서울센터에서 X-선 형광분석기(X-Ray Fluorescence; Phillips Analytical B.V., PW 2404)로 측정하였다.

대상 데이터

두 시추코어 탄산염암들은 캐나다 서쪽 퇴적분지에 위치한 Grosmont층으로부터 채취되었다(Fig. 1). Grosmont층은 상부 데본기까지 비투멘을 함유한 탄산염 복합체로서 북부 앨버타 지역에 분포하며, 길이는 500 km이고 너비는 150 km에 달한다(Fig.
채취된 시료의 일부는 분석을 위해 냉동건조기로 건조 후 절구(agate mortar)로 분쇄하였다. 무기 지화학 분석을 위해 디클로 메탄(Dichloromethane, CH₂Cl₂)과 메탄올(CH₃OH)를 이용하여 비투멘을 추출하였다(Fig. 4). 추출과정은 Choi et al.
이번 연구에서는 CRC에서 보관 중인 Grosmont층 Saleski 03-34-88-20w4 코어와 Saleski 08-01-88-20w4 코어를 이용하였다(Table 1).
캐나다 CRC에서 보관 중인 Grosmont층에 해당하는 Saleski 03-34-88-20w4 코어와 Saleski 08-01-88-20w4 코어에서 심도에 따라 각각 9개 및 11개의 시료를 채취하였다(Table 1, Fig. 3).

성능/효과

일부 시료에서는 방해석이 발견되기도 하나 그 양이 매우 적다. 두 CRC 코어 탄산염암들은 매우 유사한 퇴적환경과 돌로마이트화 과정을 경험하여 전반적으로 유사한 지화학적 특징을 가지나, Saleski 03-34-88-20w4 코어 탄산염암이 Saleski 08-01-88-20w4 코어 탄산염암보다는 쇄설성 퇴적물 유입이 상대적으로 많은 환경에서 형성된 것으로 추정된다. 또한 두 코어의 산소 동위원소(δ¹⁸O)과 스트론튬 동위원소(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr) 분석 값은 돌로마이트의 생성온도가 약 40 ~ 55℃ 범위이고 돌로마이트 생성 속성수가 데본기 해수임을 지시한다.
CRC 탄산염암 코어 시료의 전암 주성분 원소 함량을 알아보기 위하여 실시한 X-선 형광분석 결과는 표 2와 같다. 분석 결과 CaO, MgO 함량이 20.0wt% 이상이며, Al₂O₃, Fe₂O₃, SiO₂ 함량은 3.3wt% 이하로 소량이고 Na₂O, K₂O, P₂O₅, TiO₂, MnO는 0.1wt% 이하로 매우 소량이다. L.
실험실 표준시료(탄소동위원소: VPDB, 산소동위원소: VSMOW)를 반복 측정하여 얻은 탄소와 산소 동위원소 분석정밀도는 약 ±0.2‰이다.
탄산염암 시료에서 쇄설성 퇴적물의 유입정도를 잘 나타내는 Al₂O₃와 SiO₂의 성분을 비교한 결과(Fig. 9), CRC 코어(Saleski 03-34-88-20w4, Saleski 08-01-88-20w4) 탄산염암과 Cairn층 탄산염암 시료의 Al₂O₃과 SiO₂의 성분 함량은 매우 유사하며, 두 시료들 모두 정의 상관관계를 잘 보여 주고 있다. 이는 두 지역에서 모두 쇄설성 퇴적물의 유입이 있었고, 유입된 쇄설성 퇴적물의 양이 유사하였음을 의미한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	최근 탄산염암 비투멘에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는데 그 이유는?	최근 석유자원의 고갈과 유가의 상승으로 인하여 비 재생형 에너지원 중 하나인 탄산염암 비투멘(carbonate bitumen)의 연구가 활발히 진행되고 있다(Bachu and Underschults, 1993; Briggs et al., 1988; Buschkuehle et al.
	세계 오일 부존량은 약 얼마인가?	, 2011). 세계 오일 부존량(약 9~13조 배럴) 중에 70%정도가 초중질유와 비투멘을 포함한 중질류이다. 이들 오일 중 약 1/3이 탄산염암에 부존되어져 있다(Briggs et al.
	최근 탄산염암 저류층에 대한 연구가 많은 국가들에서 진행되고 있는데 그 이유는?	, 2011). 세계 오일 부존량(약 9~13조 배럴) 중에 70%정도가 초중질유와 비투멘을 포함한 중질류이다. 이들 오일 중 약 1/3이 탄산염암에 부존되어져 있다(Briggs et al., 1998). 캐나다 앨버타와 베네수엘라 오리노코강 인근은 중질류을 함유한 탄산염암 퇴적체가 존재하며, 캐나다 앨버타 아싸바스카(Athabasca)에 가장 큰 탄산염암 퇴적체가 존재한다. 이러한 이유에서 최근 탄산염암 저류층에 대한 연구가 많은 국가들에서 진행되고 있다 (Potter, 2007; Park et al.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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