이산화탄소 지중저장실증연구를 위하여 마이오세포항분지의 연일층군에서 굴착한 2곳의 시추코어 시료에 대해 X-선회절분석을 통하여 구성광물을 분석하였다. 그 결과, 석영, 사장석, 정장석, Opal-CT, 스멕타이트, 운모, 일라이트, 카올린광물, 녹니석, 방해석, 석고, 황철석, 돌로마이트, 능철석 등의 다양한 광물이 나타났다. 스멕타이트는 대부분의 시료에서 산출되고 있으며, 하부에서 비교적 많이 함유되었다. 상부지층에 주로 산출하는 Opal-CT는 비정질규조의 속성작용에 의한 것으로, 깊이에 따라 크리스토발라이트의 d(101) 값이 $4.10{\AA}$에서 $4.05{\AA}$으로 대체적으로 감소하는 경향이 나타났다. 두 시추공에서 광물성분의 분포가 서로 유사하게 대비되어, 거의 같은 퇴적환경에서 형성된 것으로 생각된다. 스멕타이트가 대부분의 심도에서 상당량 함유되어 있으므로, 이들 지층은 이산화탄소의 지중저장시 덮개암의 역할을 할 수 있을 것으로 판단된다.
이산화탄소 지중저장 실증연구를 위하여 마이오세 포항분지의 연일층군에서 굴착한 2곳의 시추코어 시료에 대해 X-선회절분석을 통하여 구성광물을 분석하였다. 그 결과, 석영, 사장석, 정장석, Opal-CT, 스멕타이트, 운모, 일라이트, 카올린광물, 녹니석, 방해석, 석고, 황철석, 돌로마이트, 능철석 등의 다양한 광물이 나타났다. 스멕타이트는 대부분의 시료에서 산출되고 있으며, 하부에서 비교적 많이 함유되었다. 상부지층에 주로 산출하는 Opal-CT는 비정질 규조의 속성작용에 의한 것으로, 깊이에 따라 크리스토발라이트의 d(101) 값이 $4.10{\AA}$에서 $4.05{\AA}$으로 대체적으로 감소하는 경향이 나타났다. 두 시추공에서 광물성분의 분포가 서로 유사하게 대비되어, 거의 같은 퇴적환경에서 형성된 것으로 생각된다. 스멕타이트가 대부분의 심도에서 상당량 함유되어 있으므로, 이들 지층은 이산화탄소의 지중저장시 덮개암의 역할을 할 수 있을 것으로 판단된다.
In order to investigate the geological storage potential of $CO_2$, X-ray diffraction analysis were conducted for drilling core samples collected from the two drilling sites located in Yonil group of the Miocene Pohang Basin. As a result, various minerals were identified such as quartz, p...
In order to investigate the geological storage potential of $CO_2$, X-ray diffraction analysis were conducted for drilling core samples collected from the two drilling sites located in Yonil group of the Miocene Pohang Basin. As a result, various minerals were identified such as quartz, plagioclase, orthoclase opal-CT, smectite, mica, illite, kaolin mineral, chlorite, calcite, gypsum, pyrite, dolomite, and siderite. Smectite was detected in almost all of core samples, and relatively large amounts of smectite were observed in the cores from deeper strata. Opal-CT, mainly occurred in the upper interval of cores, was formed by diagenesis of amorphous diatoms. It shows a tendency that d101 value of cristobalite decreases with depth from $4.10{\AA}$ to $4.05{\AA}$. The almost identical variations in mineral composition with depth are observed at the two sites. This fact indicates that rocks distributed at the two sites were probably deposited in the similar depositional environments. It is determined that the strata in the study area can play roles of cap-rock for $CO_2$ storage, because the considerable amounts of smectite were contained in the rocks through the cores.
In order to investigate the geological storage potential of $CO_2$, X-ray diffraction analysis were conducted for drilling core samples collected from the two drilling sites located in Yonil group of the Miocene Pohang Basin. As a result, various minerals were identified such as quartz, plagioclase, orthoclase opal-CT, smectite, mica, illite, kaolin mineral, chlorite, calcite, gypsum, pyrite, dolomite, and siderite. Smectite was detected in almost all of core samples, and relatively large amounts of smectite were observed in the cores from deeper strata. Opal-CT, mainly occurred in the upper interval of cores, was formed by diagenesis of amorphous diatoms. It shows a tendency that d101 value of cristobalite decreases with depth from $4.10{\AA}$ to $4.05{\AA}$. The almost identical variations in mineral composition with depth are observed at the two sites. This fact indicates that rocks distributed at the two sites were probably deposited in the similar depositional environments. It is determined that the strata in the study area can play roles of cap-rock for $CO_2$ storage, because the considerable amounts of smectite were contained in the rocks through the cores.
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문제 정의
시추코어 시료의 광물의 종류와 함량, 광물조합, 분포상태, 광물특성 변화, 형성과정 등을 검토하였다. 또한 이러한 시추코어의 광물학적 특성분석을 통하여 지층의 대비와 형성과정과 함께, 그 하부 지하에 이산화탄소 지중저장의 가능성도 검토하고자 한다.
전술한 바와 같이 코어시료의 분석결과, 많은 종류의 광물들이 포함되는 것으로 나타났다. 이들 광물종에 대해서 분포상태와 광물학적 특성을 검토해 보고자 한다. 우선 대부분의 시료에서 산출되고 있는 점토광물인 스멕타이트에 대해서 검토해 본다.
따라서 암층의 구성물질 단위인 광물 성분에 대한 검토가 매우 중요하다. 이러한 점을 감안하여 이들 코어시료에 대하여 X-선회절분석을 통하여 구성광물을 상세히 분석하여, 심도별 지층의 분포특성을 광물학적으로 규명하고자 하였다. 시추코어 시료의 광물의 종류와 함량, 광물조합, 분포상태, 광물특성 변화, 형성과정 등을 검토하였다.
가설 설정
, 2015), 이들 암층의 광물성분에 대한 연구는 이루어지지 않았다. 지층의 특성은 그 암층의 구성요소인 광물입자들의 종류와 함량, 조직 등에 의해 특징지어진다. 따라서 암층의 구성물질 단위인 광물 성분에 대한 검토가 매우 중요하다.
제안 방법
2곳의 시추코어에 채취한 모든 시료들에 대하여 우선 전암으로 X-선회절분석을 수행하여 광물조성을 분석하였다. 그리고 광물조성에 대한 정량분석의 결과를 Tables 1-2에 나타냈다.
X-선회절분석은 Rigaku사의 CuKα선 분석 장치로 수행하였고, 측정 시 전압 30 kV, 전류 15 mA, scan speed 2° 2θ/min, 시정수 1 sec, slit 1° (diverging slit)~0.3 mm (receiving slit)~1° (scatter slit)의 조건으로 측정하였다. 이들 X-선회절분석의 데이터를 Sietronics사 제품인 “Siroquant quantitative XRD software version 2.
시료에 따라 다양한 광물종이 포함되는데, 이들의 광물조합을 자세히 검토하여 유사한 광물조합으로 나누어 보았다. X-분석의 결과, 분석한 시료들의 광물조합은 크게 4가지로 나누어 졌다.
이러한 점을 감안하여 이들 코어시료에 대하여 X-선회절분석을 통하여 구성광물을 상세히 분석하여, 심도별 지층의 분포특성을 광물학적으로 규명하고자 하였다. 시추코어 시료의 광물의 종류와 함량, 광물조합, 분포상태, 광물특성 변화, 형성과정 등을 검토하였다. 또한 이러한 시추코어의 광물학적 특성분석을 통하여 지층의 대비와 형성과정과 함께, 그 하부 지하에 이산화탄소 지중저장의 가능성도 검토하고자 한다.
이들 시료에 대해 건조시킨 후 우선 모두 전암으로 X-선회절분석을 행하였으며, 그리고 점토광물에 대해서는 원심분리를 이용한 침강법으로 점토입도로 분리하여 X-선회절분석을 실시하였다. 점토광물의 식별을 위해 에틸렌글리콜 처리 및 가열처리 등을 행한 후에 X-선회절분석을 하였다.
이산화탄소 지중저장 실증연구를 위하여 신생대 포항분지의 연일층군에서 굴착한 2곳의 시추코어 시료에 대하여 X-선회절분석을 통하여 구성광물을 분석하여, 광물의 종류, 분포상태, 특성 등에 대해 검토하였으며, 그 결과는 아래와 같다.
이들 시료에 대해 건조시킨 후 우선 모두 전암으로 X-선회절분석을 행하였으며, 그리고 점토광물에 대해서는 원심분리를 이용한 침강법으로 점토입도로 분리하여 X-선회절분석을 실시하였다. 점토광물의 식별을 위해 에틸렌글리콜 처리 및 가열처리 등을 행한 후에 X-선회절분석을 하였다.
대상 데이터
1에 나타낸 지질도는 Son et al. (2013)가 제시한 연일층군에 대해 지표에서 관찰되는 암상의 형태로서 구분한 것을 사용하였다. 여기서 규조질 이암층(Te 1), 렌즈상의 역암과 사암을 협재하는 이암층(Te 2), 역암과 사암층(Te 3) 으로 구분하였다.
시료는 연구과제가 완료되어 한국지질자원연구소에서 보관 중인 시추코어에서 채취하여 사용하였다. 이번 연구는 경상북도 포항시 흥해읍의 포항분지 연일층군에서 심부 시추한 두 곳의 코어시료를 대상으로 하였다(Fig.
1). 심도 552 m까지 시추한 제1시추공(PHCLH1)에서 47개 시료와, 490 m까지 시추한 제2시추공(PHCLH2)에서 38개 시료를 채취하여 분석하였다. 코어의 암질을 고려하여 다양하게 시료를 채취하였으며, 대략 10~15 m 간격으로 시료를 선택하였다.
시료는 연구과제가 완료되어 한국지질자원연구소에서 보관 중인 시추코어에서 채취하여 사용하였다. 이번 연구는 경상북도 포항시 흥해읍의 포항분지 연일층군에서 심부 시추한 두 곳의 코어시료를 대상으로 하였다(Fig. 1).
심도 552 m까지 시추한 제1시추공(PHCLH1)에서 47개 시료와, 490 m까지 시추한 제2시추공(PHCLH2)에서 38개 시료를 채취하여 분석하였다. 코어의 암질을 고려하여 다양하게 시료를 채취하였으며, 대략 10~15 m 간격으로 시료를 선택하였다. 시추코어의 주상도를 Figs.
이론/모형
따라서 이곳에서도 일라이트/스멕타이트 혼합층광물이 포함되는지를 검토해 보기 위해 Tomita et al. (1988)에 의한 방법을 사용해 보았다. 즉, 에칠렌글리콜 처리 후의 X-선회절선에서 2θ, 5.
성능/효과
1) 시추코어의 시료에서 석영, 사장석, 정장석, Opal-CT, 스멕타이트, 운모, 일라이트, 카올린광물, 녹니석, 방해석, 석고, 황철석, 돌로마이트, 능철석 등의 다양한 광물이 발견되었다.
2) 스멕타이트는 무처리시 12.8~15.3 Å의 다소 넓은 범위를 보이며, 에틸렌글리콜 처리 후에는 16.7~17.8 Å으로 팽윤하며, 550℃ 가열처리에서 약 9.5 Å으로 크게 수축하였다. 스멕타이트는 대부분의 시료에서 산출되고 있으며, 하부에서 비교적 많이 함유되었다.
3) 상부지층에 주로 산출하는 Opal-CT는 비정질 규조의 속성작용에 의한 것으로, 깊이에 따라 크리스토발라이트의 d101 값이 4.10 Å에서 4.05 Å으로 대체적으로 감소하는 경향이 나타났다.
4) 황철석, 석고, 방해석, 돌로마이트, 능철석 등은 유기물에서 유래된 황과 탄소와 함께 모질물이 해수에서 퇴적되어 속성작용의 과정에서 형성된 것으로 생각된다.
5) 약 4.6 km 거리의 두 시추공에서 광물성분의 분포가 서로 유사하게 대비되어, 거의 같은 퇴적환경에서 거의 수평적으로 형성된 것으로 생각된다.
6) 지층이 대부분 미립질의 이암층으로 구성되며, 스멕타이트가 대부분의 심도에서 상당량 함유되며 넓은 범위로 연장되어 있으므로, 이산화탄소의 지중저장 시 덮개암으로서의 역할을 할 수 있을 것으로 판단된다.
이처럼 스멕타이트가 많은 지층은 불투수층이 되고 지하수의 이동을 막으며, 석유 및 가스가 부존될 수 있도록 상부의 덮개암으로 역할을 하는 것이 일반적으로 알려지고 있다. 따라서 전술한 바와 같이 이번 두 곳에서 시추한 지층에서 상당량의 스멕타이트가 거의 모든 지층에 포함되어 있는 것으로 확인되었기 때문에, 만약에 그 하부에 이산화탄소를 저장할 경우에 이 지층이 덮개암으로 역할이 가능할 것으로 생각된다. 또한 이들 지층이 대부분 미립질의 이암층으로 구성되어 있으며, 두 곳의 시추지점간 거리가 약 4.
전술한 광물성분의 분석결과를 보면, 코어시료에는 석영, 사장석, 정장석, 크리스토발라이트를 포함하는 opal-CT, 스멕타이트, 운모, 일라이트, 카올린 광물, 녹니석, 황철석, 석고, 방해석, 돌로마이트, 능철석 등의 여러 광물들이 나타났다. 여기서 석영, 사장석, 정장석, 운모, 일라이트, 카올린광물, 녹니석 등은 일반적인 광물학적 특성으로 보아 쇄설성 퇴적물에서 기원된 것으로, 기원암의 종류와, 침식, 풍화, 운반, 퇴적의 과정에 따라 다양한 성분과 형태로 퇴적물에 포함된 것으로 생각된다.
전술한 바와 같이 코어시료의 분석결과, 많은 종류의 광물들이 포함되는 것으로 나타났다. 이들 광물종에 대해서 분포상태와 광물학적 특성을 검토해 보고자 한다.
X-분석의 결과, 분석한 시료들의 광물조합은 크게 4가지로 나누어 졌다. 즉, A조합은 석영과 장석이 주요 구성광물로 나타나며 다른 광물들은 소량 수반되는 것이고, B조합은 크리스토발라이트가 주요 구성광물로 나타나는 것이고, C조합은 스멕타이트와 같은 점토광물이 주요 구성광물로 나타나는 것이며, 그리고 D조합은 방해석과 시더라이트와 같은 탄산염광물과 석고 등이 주로 포함되는 것으로 구분되었다. 이들 광물조합에 대한 대표적인 시료에 대한 X-선회절패턴을 Fig.
후속연구
7) 이번의 결과들은 차후 이산화탄소 저장, 폐기물 처분, 석유개발, 층서규명 등의 여러 연구에 기초자료로도 활용될 것으로 기대한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
대염수층은 주로 어디에 존재하는가?
이 중 가장 높은 저장능력을 보이는 것은 지하 800 m~수 km 심부의 안정적인 지질구조 내에 존재하는 대염수층이다. 대염수층은 사암과 같은 다공성 퇴적암층 내 공극수가 오랫동안 흐름이 정체되어 암석과 반응하여 염수화된 지층을 말하며 주로 성숙된 퇴적분지 내에 존재한다. 국내에는 다수의 퇴적분지들이 발달하고 있으나 상대적으로 높은 투수율과 공극률을 보이는 퇴적층이 존재할 수 있는 곳으로는 한반도 남동부의 신생대 마이오세 분지들이 우선적으로 검토되고 있다(Song et al.
이산화탄소 지중저장의 유망지층은?
전 세계적으로 이산화탄소 지중저장의 유망지층으로 대염수층, 석유와 가스층, 탄층 등이 제안되고 있다(IEA, 2008, Metz, et al., 2005).
암층의 구성물질 단위인 광물 성분에 대한 검토가 중요한 이유는 무엇인가?
, 2015), 이들 암층의 광물성분에 대한 연구는 이루어지지 않았다. 지층의 특성은 그 암층의 구성요소인 광물입자들의 종류와 함량, 조직 등에 의해 특징지어진다. 따라서 암층의 구성물질 단위인 광물 성분에 대한 검토가 매우 중요하다.
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