남한의 온천지역의 열수와 지하수의 지구화학적 연구

Abstract

Most hot spring in South Korea are closely related to the Mesozoic granitic batholith. Temperatures of the hot springs which are pumping from 100 to 200m depth, range from 24℃ to 78℃ with an average value of 55℃. A total 41 thermal water and groundwater samples from the hot spring area were analyzed by I.C. and ICP methoods to interpret the water-rock interaction and to acess hydrochemical characteristics. No difference in Eh between thermal water and groundwater was found. TDS values in groundwater increase with conductivity values. Thermal waters, however, show a range of behavior. Thermal waters(av. pH=8.19)are more alkaline than groundwaters(av. pH=7.30). Based on the cluster analysis, the chemical compositions of thermal water were divied into two groups, namely : the Na^(+), K^(+) and HCO_(3)^(-) rich type and the Ca^(2+), Mg^(2+) and Cl^(-) rich type. The thermal waters have high concentrations of SiO_(2), CaO and F than those of the groundwater in the same hot spring area. They also have a good correlation between Ca and Sr (r=0.5) and Cl^(-) and SO_(4)^(2-) (r=0.62). This indicates a relatively high degree of water-rock interaction even though the temperature of the thermal field is low. Increasing K in thermal water with temperature supports the above conclusion.;남한의 온천지역에서의 열수와 지하수에 대한 수리지구화학적 특성연구와 함께 통계적 분석을 실시하여 그들간의 유의미한 분류근거 요인들을 추출하였다. 또한 온천수와 지하수에서의 물-암석 반응의 영향을 검토하였다. 이를 위하여 남한에 분포하고 있는 15개 온천지역에 대하여 총 41개의 온천수(22개)와 지하수(19개)시료를 채취, 용존이온을 정량하고, 지질학적 특성(화강암-화강편마암지대, 변성퇴적암지대, 퇴적암지대)과 용존 이온들의 수리화학적 특징을 대상으로 군집분석, 요인분석, 판별분석 등의 통계적 분석을 수행하였다. 또한 열역학적 자료를 이용 우리나라 온천수의 용존이온의 거동을 연구하고 온천수와 온천지역 지하수의 지화학적 특성에서 나타나는 물-암석 상호반응정도를 검토하기 위해 WATEQ4F(Ball and Nordstrom, 1992) 프로그램을 이용, speciation 및 포화지수를 구하여 정성적으로 해석하였다. 우리나라 온천수와 온천지역 지하수는 Eh는 유사하나 온천수가 지하수(평균pH=7.30)에서보다 다소 알칼리성(평균pH=8.19)으로 전이되어 있다. 지하수에서는 전기전도도와 TDS간에 직선의 상관성을 나타내나 온천수의 경우 변화가 나타난다. 이는 물-암석 반응에 의한 용존이온의 함량의 차 때문으로 해석된다. 그리고 용존 K^(+)은 온도의존성이 인지된다. 우리나라 온천은 Na^(+), K^(+), HCO_(3)^(-) rich형(온양, 이천, 백암, 유성, 수안보, 도고, 덕산, 덕구, 오색, 척산, 청도)과 Ca^(2+), Mg^(2+), Cl^(-) rich형( 해운대, 마금산, 동래, 부곡)으로 대분된다. 군집분석에서도 이를 뒷받침하여 주고 있다. 온천수중 Ca 대 Sr 상관성은 상관식 log[Y]=B*log[X]+A에서 상관계수= 0.5(R-squared), 지하수의 상관계수 =0.38(R-squared) 및 온천수의 Cl 대 SO_(4)의 상관계수=0.62(R-squared), 지하수의 상관계수=0.05(R-squared)의 차이는 물-암석 반응 때문으로 해석된다. 온천수가 지하수에서보다 SiO_(2), CaO, F가 많은 현상이 이를 뒷받침해 주고 있다. 온천수와 지하수의 용존 이온의 요인분석결과 5가지로 구분된다. 즉, 요인 1의 Na^(+)-Cl^(-)-SO_(4)^(2-) 등은 salinity를 의미하며, 요인 2의 SiO_(2)와 Mg^(2+)함량은 상대적으로 높은 천부 지하수의 특성을 나타내고 있으며, pH는 온천수와 지하수에서 물-암석 반응에 의한 결과를 잘 지시해 주고 있는 유의미한 요인이 되고, 요인 3은 TDS, 요인 4는 NO_(3)^(-)-F^(-), 요인 5는 Alkalinity 이다. 용존 이온종에서 추정된 열역학적 상 안정도 해석에 의하면 지하수는 대부분 kaolinite 안정영역에 도시되며 온천수는 물-암석 반응의 결과 kaolinite, illite, K-운모류 등의 광물의 형성도 기대된다. 이는 광물로부터 용존 이온의 공급이 일어날 가능성과 함께 시료에서의 높은 함량에 대한 설명을 더해주는 포화지수로도 잘 설명되어 진다.