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문제 정의
- 이 연구에서는 대전, 청원 지역에 설치된 관측공에서 지진발생에 따른 지하수위, 라돈의 함량변화, 지하수 화학성분 변화 등의 상관성을 알아보기 위하여 이들 성분에 대해서 장기적으로 측정 및 분석하였다. 특히, 2017년 11월 15일(규모 5.
제안 방법
- 라돈 분석을 위한 시료는 심도별로 각각 15점, 화학성분 시료는 심도별로 각각 5점 채취하였고, 지하수 시료 채취는 심도별로 더블 패커(double-packer)와 베일러를 사용하여 이루어졌고. 18회에 걸쳐 수소이온농도, 전기전도도, 산화환원전위, 용존산소함량, 중탄산(HCO3-) 함량을 측정하였다. 연구 지역 지하수의 현장수질측정은 Thermo사의 Orion A221과 5 star 모델의 휴대용 측정기를 이용하였으며, 중탄산(HCO3-)의 함량은 0.
- 본 연구를 위하여 대전, 청원 지역 지하수공에서 2017년 5월 25일부터 2018년 2월 까지 주기적으로 -60 m, -100 m의 심도에서 라돈과 화학성분의 분석을 위한 시료를 채취하였다. 라돈 분석을 위한 시료는 심도별로 각각 15점, 화학성분 시료는 심도별로 각각 5점 채취하였고, 지하수 시료 채취는 심도별로 더블 패커(double-packer)와 베일러를 사용하여 이루어졌고. 18회에 걸쳐 수소이온농도, 전기전도도, 산화환원전위, 용존산소함량, 중탄산(HCO3-) 함량을 측정하였다.
- 양이온 시료에는 용존 이온성분이 용기에 침전 또는 흡착을 방지하기 위하여 적정량의 농질산을 용해시켜 pH를 2 이하로 유지하였다(Greenberg, 1992). 라돈의 분석을 위한 시료는 라돈이 대기 중으로 휘발하는 것을 방지하기 위해 대기와의 접촉을 최소화하여 20 mL 바이알에 지하수 15 mL와 액체섬광물질(mineral oil scintillator) 5 mL를 첨가하여 약 5분간 혼합시킨 후 채수 즉시 밀봉하였다.
- 18회에 걸쳐 수소이온농도, 전기전도도, 산화환원전위, 용존산소함량, 중탄산(HCO3-) 함량을 측정하였다. 연구 지역 지하수의 현장수질측정은 Thermo사의 Orion A221과 5 star 모델의 휴대용 측정기를 이용하였으며, 중탄산(HCO3-)의 함량은 0.05 N 농도의 HCl로 산중화적정법으로 측정하였다. 화학성분 분석을 위한 시료는 현장에서 Nalgene 용기에 직수를 채취한 후 0.
- 연구기간 중 2017년 11월 15일 포항지진(M 5.4), 2018년 2월 4일 옥천지진(M 2.8), 2018년 2월 11일 포항 여진(M 4.6)등의 주요지진이 발생하였으며, 지진과 현장수질측정 자료, 주요 화학성분, 라돈가스, 지하수위 등의 변화와의 상관성을 분석하였다.
- 연구기간동안 포항지진과 여진 발생에 따른 지하수위의 변화를 지속적으로 하였다. 대전지역의 지하수위는 -2.
- 연구지역 지하수내 심도별 라돈 함량은 Table 3에 제시되어 있으며, 포항지진 및 여진 그리고 옥천지진 발생에 따른 상관성을 분석하였다(Fig. 5).
- 연구지역의 관측정 -60 m, -100 m 심도에서 연구기간 중 총 18차례에 걸쳐 지하수 시료에 대한 수소이온농도, 산화환원전위, 전기전도도, 용존산소 함량을 측정하였다.
- 채취된 지하수 시료는 분석하기 전까지 4°C 이하로 냉장 보관하였으며, 주요 양이온(Ca2+, Mg2+, K+, Na+, Si+)성분은 유도결합 플라즈마 원자발광분광기(Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrophotometer)을 이용하여 분석하였고 음이온(SO42-, Cl-, NO3-, F-) 성분은 유도결합플라즈마 시스템(Inductively Coupled Plasma System)을 이용하여 분석하였다.
- 이 연구에서는 대전, 청원 지역에 설치된 관측공에서 지진발생에 따른 지하수위, 라돈의 함량변화, 지하수 화학성분 변화 등의 상관성을 알아보기 위하여 이들 성분에 대해서 장기적으로 측정 및 분석하였다. 특히, 2017년 11월 15일(규모 5.4), 2018년 2월 15일(규모 4.6)에 발생한 포항지진 전후 지하수의 화학성분, 지하수위, 라돈농도 등의 변화를 분석하여 지진전조 인자로서의 가능성을 해석하였다.
- 분석은 한국기초과학지원연구원 오창센터에서 이루어졌다. 화학분석의 정확성을 검토하기 위해 분석된 총 양이온과 총 음이온 함량을 당량(meq/L)으로 환산하여 이온밸런스를 표기하였다.
- 화학성분 분석을 위한 시료는 현장에서 Nalgene 용기에 직수를 채취한 후 0.45 µm 막필터(cellulose nitrate membrane filter)와 진공펌프를 이용해 지하수에 존재하는 이물질들을 여과하여 양·음이온을 각각 60 mL 폴리에틸렌 용기에 나누어 채취했다.
대상 데이터
- 대전지역 관측정은 대전광역시 서구 갈마동 한마음어린이공원내에 위치하며, 시추심도는 -121 m이다(Fig. 1b). 시추코어 주상도에 의하면 구성암석은 중립질 내지 세립질 복운모화강암이 주요 암질이며, 부분적으로 편상조직이 보이며, 맥암류가 관입하고 있다(Jeong et al.
- 본 연구를 위하여 대전, 청원 지역 지하수공에서 2017년 5월 25일부터 2018년 2월 까지 주기적으로 -60 m, -100 m의 심도에서 라돈과 화학성분의 분석을 위한 시료를 채취하였다. 라돈 분석을 위한 시료는 심도별로 각각 15점, 화학성분 시료는 심도별로 각각 5점 채취하였고, 지하수 시료 채취는 심도별로 더블 패커(double-packer)와 베일러를 사용하여 이루어졌고.
- ) 성분은 유도결합플라즈마 시스템(Inductively Coupled Plasma System)을 이용하여 분석하였다. 분석은 한국기초과학지원연구원 오창센터에서 이루어졌다. 화학분석의 정확성을 검토하기 위해 분석된 총 양이온과 총 음이온 함량을 당량(meq/L)으로 환산하여 이온밸런스를 표기하였다.
- , 2013). 청원지역 관측정은 충청북도 청원군 부용면 갈산리 12-2번지에 위치하며, 시추심도는 지하 -120 m이다(Fig. 1c). 시추코어에 의한 지질특성은 시대미상의 흑운모편암과 이를 관입한 쥬라기 반상화강암, 흑운모화강암이 차례대로 관입하고 있다(Jeong et al.
이론/모형
- 라돈의 측정은 한국기초과학지원연구원 오창센터의 환경방사능측정시스템(Environment Radioactivity Measurement System)을 이용해 분석하였다.
성능/효과
- 1. 대전관측정의 특정심도에서 pH와 전기전도도는 포항지진발생 시기와 연관하여 비교적 일정한 상관성을 보였고,그 외 현장 수질측정항목은 뚜렷한 상관성을 보이지 않았다.
- 3. 지하수내 라돈농도와 지진과의 상관성은 대전 및 청원 관측정에서 포항지진 발생이후 최대 약 3배 이상의 농도 증가를 보이는 등 지진과의 가장 뚜렷한 상관성을 보여주었다.
- 결론적으로 지진전조인자로서 지하수내 라돈의 함량 변화가 지진과의 가장 뚜렷한 상관성을 보이며, 수리화학 성분 중 pH, 전기전도도, HCO3-, Cl- 성분이 비교적 일정한 상관성을 보여주었다. 지하수위는 포항지진 진앙지 10 km 이내 국가 지하수 관측망에서만 뚜렷한 변화를 보여주었다.
- 대전 관측정 지하수의 주요이온 성분중 양이온 성분은 지진과의 상관성이 뚜렷하지 않았으나 음이온 성분 중 Cl-와 SO42-에서 변화를 보였으며 Cl-성분은 포항지진이 발생하기 약 3개월 전 심도별 36.5, 37.7 mg/L로 포항지진발생 이후 30.8, 29.6 mg/L로 감소하였고 이후 다시 증가하는 경향을 보이며(Fig. 3c), SO42- 성분은 포항지진 약 3개월 전 심도별 40.1, 40.3 mg/L로 포항지진 발생 이후 30.9, 34.4 mg/L로 감소하다 다시 회복하는 경향을 보였다(Fig. 3d).
- 음이온 성분 중 Cl-과, NO3- 성분을 제외한 나머지 성분은 지진과의 뚜렷한 상관성을 보이지 않았으며, Cl- 성분은 포항지진이 발생하기 3개월 전 심도별 34.3, 38.7 mg/L에서 포항지진 발생 이후 13.7, 25.7 mg/L로 감소하였고 이후 증가하는 경향을 보이며(Fig. 4d), NO3- 성분은 포항지진이 발생하기 3개월 전 심도별 27.0, 36.3 mg/L에서 포항지진 발생 이후 1.09, 18.8 mg/L로 감소하였고 이후 증가하는 경향을 보였다(Fig. 4f).
- 0 Bq/L로 증가하는 경향을 보였고 이후 감소하였다가 포항 여진(2018년 2월 11일) 발생 시 농도가 증가하는 경향을 보였다. 이와 같이 대전, 청원지역 지하수내 라돈의 농도변하는 지진발생과 뚜렷한 상관성을 보여주었다.
- 전기전도도의 변화는 대전 관측정 지하수에서 초기 관측 당시 심도별 303, 303 µS/cm로 지진발생이후 537, 582 µS/cm까지 증가하였다가 다시 감소하는 경향을 보이고, 옥천지진과 포항 여진 발생시 큰 변화를 보이지 않았다(Fig. 2c).
- 청원 관측정 지하수의 pH의 변화는 관측 시작 당시는 심도별로 각각 5.93, 5.99이었으나 이후 지속적으로 증가하는 경향을 보이다가 포항지진발생 1주일 전 6.61, 6.62로 이후 지속적으로 증가하는 경향을 보이다가 포항지진발생 하루 전에는 7.67, 6.73으로 각각 증가 하였으며 이후 다시 감소하는 경향을 보였다(Fig. 2b).
- 청원 관측정 지하수의 양이온 성분중 Mg2+과 K+을 제외한 나머지 성분은 지진과의 상관성은 보이지 않았으며, Mg2+ 성분은 관측시작 당시 심도별 14.1, 14.1mg/L로 포항지진 발생 이후 5.98, 11.3 mg/L로 감소하였고 이후 농도가 증가하는 경향을 보였으며(Fig. 4b), K+ 성분은 관측시작 당시 심도별 4.14, 4.49 mg/L로 포항지진 발생 이후 2.69, 4.18 mg/L로 감소하였고 이후 농도가 다시 증가하는 경향을 보였다(Fig. 4c).
- 청원지역 지하수에서 전기전도도는 관측 시작 당시 심도별 340, 330 µS/cm에서 이후 지속적으로 증가를 보이며 포항지진발생 이전에는 425, 463 µS/cm까지 증가하는 하였으며 이후 다시 감소하는 경향을 보이고, 포항 여진시 약간 증가하는 경향을 보였다(Fig. 2d).
- 6a). 포항시 신광면 부근에 있는 국가지하수 관측망에서 관측된 지하수위의 변화는 포항지진이 발생하기 전 -6.51 m에서 지진발생 직후 -6.87 m로 하강하는 양상을 보여주며 지진에 대한 민감한 반응성을 보였다(Fig. 6a). 국내외 연구 사례로 중국의 Huize지역 관측공에서 Wenchan 지진(Ms=8.
후속연구
- 다만 대전, 청원지역 지하수내 초기의 라돈의 농도가 국내 평균치보다 훨씬 높아 그들의 변동 폭이 상대적으로 큰 경향을 보여 지진전조 인자로서의 평가에 유용한 측면이 있다. 따라서 향후 라돈을 지진전조 연구의 인자로 활용시 초기(배경) 농도값의 높은 지하수공의 선정이 중요할 것으로 보인다.
- 지하수위는 포항지진 진앙지 10 km 이내 국가 지하수 관측망에서만 뚜렷한 변화를 보여주었다. 이 연구를 통하여 라돈가스, 지하수위, 특정화학성분이 지진전조 인자로서 활용 가능성을 확인하였으며, 이들 변화에 대한 지질학적 메카니즘에 대한 해석은 향후 추가적으로 연구해야할 방향이다.
- 49 m가 상승하는 것을 관측한 연구사례(Jeong 2016)가 있다. 이들 사례와 비교해 볼 때 지하수위 또한 주요 지진전조 인자로서 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
- 이와 같은 변화 양상은 지진에 의한 영향인지 강우량과 계절적인 영향인지에 대해서는 현재의 자료만으로는 명확하지는 않지만, 지진발생에 따른 변화양상을 보이므로 보다 짧은 간격의 분석주기와 장기간의 분석을 통한 지진과의 관련성 연구가 필요할 것으로 보인다.
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