한반도 동해안 지역 온천수의 수리지구화학 및 동위원소 특성

Abstract

본 연구에서는 한반도 동해안 일대에 분포하고 있는 주요 온천에 대하여 수리지구화학적, 동위원소적 특성 및 영족기체의 동위원소 특성을 비교 분석하여 온천유형별 온천수의 생성환경, 체제시간과 영족기체의 기원을 규명하고자 동해안 일대의 6개 지역에서 11개의 온천수 시료와 14개의 가스시료를 채취하여 분석하였다. 연구지역 온천수의 수리화학적 특성을 보면 오색탄산온천시료를 제외한 모든 온천수의 pH는 7.0~9.1 범위의 약알카리성 내지 알카리성을 보이며 오색탄산온천의 pH는 5.7의 약산성의 특성을 보였다. 온천수의 온도는 22.7~68.3℃ 범위를 보였으며 전기전도도는 202~7,130 μS/cm의 넓은 범위를 나타내었는데 특히, 해운대와 동래온천은 평균 3,890 μS/cm으로 높은 값을 보인다. 온천수의 화학적 유형은 오색, 척산, 백암, 덕구온천이 Na-HCO3형을 해운대와 동래온천은 Na-Cl형을 나타내었다. 연구지역 온천수의 δ18O와 δD값은 각각 -7.8~-11.7‰과 -57.3~-86.4‰의 범위를 보인다. 이는 순환수 기원이며, 위도가 높아질수록 낮은 동위원소 조성 값을 보이는 위도효과가 잘 나타난다. 해운대와 동래온천수의 삼중수소의 함량은 0.00~8.9 TU의 범위를 보인다. 이들 시료 중 HD1, HD2 와 DR1은 삼중수소 함량이(0.00~0.3 TU)이 거의 0 TU에 가까운 값을 보여 국내 강수의 삼중수소 함량을 고려하면 지하에서 최소 약 50년 이상 체류한 물임을 알 수 있다. 반면, 시료 HD3와 DR2의 삼중수소 함량은 각각 5.9 TU와 8.9 TU의 높은 함량을 나타내어 비교적 젊은 연령의 지하수임을 지시한다. 오색탄산온천수를 제외한 온천수의 3He/4He 동위원소비는 0.1×10-6~1.1×10-6 범위를 보였으며, 이를 제외한 모든 온천수의 3He/4He 동위원소비는 대기-지각 혼합선보다 상위에 분포한다. 이는 온천수 내 맨틀기원의 He 가스가 부분적으로 존재한다는 것을 의미한다. 오색탄산온천에서는 대기기원 He 동위원소비보다 2.4배 높은 값인 3.3×10-6을 보여준다. 이는 지하 심부의 맨틀기원의 가스가 지표상으로 공급된 것으로 해석된다. 온천수의 40Ar/36Ar 비는 대기기원의 값과 유사한 범위를 보인다.;The chemical, stable isotopic and noble gas isotopic analyses for eleven hot spring water and fourteen hot spring gas samples from six hot spring sites along the eastern area of the Korean peninsula were carried out to characterize the hydrogeochemical characteristics of hot spring waters and to interpret the source of noble gases and the geochemical evolution of the hot spring waters. The hot spring waters except the Osaek hot spring water show pH range of 7.0 to 9.1. However, the Osaek CO2-rich hot spring water shows a weak acid of pH 5.7. The temperature of hot spring waters in this area ranges from 25.7℃ to 68.3℃. Electrical conductivity of hot spring waters varies widely from 202 to 7,130 μS/cm. Relatively high values of electrical conductivities (av., 3,890μS/sm) in the Haeundae and the Dongrae hot spring waters indicate that the hot spring waters were mixed with seawater in the subsurface thermal system. The chemical composition of hot spring waters can be grouped into two types: (1) Na-HCO3 water type such as the Osaek, Baekam, Dukgu and Chuksan hot springs, and (2) Na-Cl water type such as the Haeundae and Dongrae hot springs. Tritium ratios of hot spring waters in the Haeundae and the Dongrae hot springs were characterized by two different levels such as 0.0~0.3 TU and 5.9~8.8 TU. It means the different residence time of hot spring waters in the thermal system. The δ18O and δD values of hot spring waters indicate that they originated from the meteoric water, and that they reflect a latitude effect according to their location. The 3He/4He ratios of the hot spring waters except Osaek CO2-rich hot spring water range from 0.1×10-6 to 1.1×10-6 which are plotted on a little above the mixing line between air and crustal components. It means that the He gas in hot spring waters was originated partly from mantle sources. The Osaek CO2-rich hot spring water shows 3.3×10-6 in 3He/4He ratio that is 2.4 times higher than those of atmosphere. It provides clear helium source from the deep mantle. 40Ar/36Ar ratios of hot spring water are in the range of an atmosphere source.