The Journal of Engineering Geology (지질공학)

The Korean Society of Engineering Geology (대한지질공학회)
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Hydrogeochemistry and Origin of $CO_2$ and Noble Gases in the Dalki Carbonate Waters of the Chungsong Area

청송 달기탄산약수의 수리지화학과 탄산 및 영족기체 기원

  • Jeong, Chan-Ho (Dept. of Geotechnical and Disaster Prevention Engineering, Daejeon University) ;
  • Kim, Kyu-Han (Dept. of Science Education, Ewha Womans University) ;
  • Nagao, Keisuke (Laboratory for Earthquake Chemistry, University of Tokyo)
  • 정찬호 (대전대학교 지반방재공학과) ;
  • 김규한 (이화여자대학교, 과학교육학과) ;
  • Received : 2012.03.12
  • Accepted : 2012.03.26
  • Published : 2012.03.30
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Abstract

Hydrochemical analyses, carbon isotopic (${\delta}^{13}C_{DIC}$) analyses, and noble gas isotopic ($^3He/^4He$ and $^4He/^{20}Ne$) analyses of the Dalki carbonate waters in the Chungsong area were carried out to elucidate their hydrochemical composition and to determine the source of $CO_2$ gas and noble gases. The carbonate waters have a pH of between 5.93 and 6.33, and an electrical conductivity 1950 to $3030{\mu}S/cm$. The chemical composition of all carbonate waters was Ca(Mg)-$HCO_3$, with a high Na content. The contents of Fe, Mn, and As in some carbonate waters exceed the limit stipulated for drinking water. The concentrations of major ions are slightly higher than those reported previously. The ${\delta}^{13}C_{DIC}$ values range from -6.70‰ to -4.47‰, indicating that the carbon originated from a deep-seated source. The $^3He/^4He$ and $^4He/^{20}Ne$ ratios vary from $7.67{\times}10^{-6}$ to $8.38{\times}10^{-6}$ and from 21.32 to 725.7, respectively. On the $^3He/^4He$ versus $^4He/^{20}Ne$ diagram, the noble gas isotope ratios plot in the field of a deep-seated source, such as mantle or magma. We therefore conclude that $CO_2$ gas and noble gas in the Dalki carbonate waters originated from a deep-seated source, rather than an inorganic $CO_2$ origin as suggested in a previous study.

본 연구에서는 경북 청송지역 달기탄산약수를 대상으로 수리화학적 특성을 밝히고, ${\delta}^{13}C_{DIC}$ 분석과 영족기체 동위원소 ($^3He/^4He$, $^{20}Ne/^{22}Ne$)의 존재비를 분석하여 영족기체와 연계한 탄산가스의 기원을 밝히고자 하였다. 달기 탄산약수의 수리화학적 특성은 pH 5.93~6.33 범위로 약산성의 특성을 보이고, 전기전도도 값은 1,950~$3,030{\mu}S/cm$ 범위로 높은 값을 보인다. 탄산약수의 수리화학적 유형은 Ca(Mg)-$HCO_3$ 형에 속하며, Na의 함량도 매우 높은 값을 보인다. 모든 약수는 Fe, Mn의 함량이 음용수 수질기준치를 초과하고, 일부에서는 As의 함량이 높은 값을 보인다. 탄산약수의 주요 이온성분 함량은 1999년에 보고된 함량보다 전반적으로 약간 높은 값을 보인다. 달기 탄산약수의 ${\delta}^{13}C_{DIC}$값은 -6.70~-4.47‰범위를 보여 $CO_2$의 기원은 맨틀과 마그마와 같은 지하 심부기원임을 지시한다. 달기탄산약수는 $^3He/^4He$비가 $7.67{\times}10^{-6}{\sim}8.38{\times}10^{-6}$ 범위로 높은 값을 보이고, $^4He/^{20}Ne$비는 21.32~725.7 범위를 보여, 대기-맨틀-지각 기원의 3성분계상에서 헬륨가스의 기원이 맨틀과 같은 심부기원(혹은 화산성기원)의 영역에 도시된다. 이와 같은 연구결과는 과거 달기약수내 $CO_2$가 무기기원이라는 해석과는 달리 보다 분명한 심부기원의 $CO_2$공급원을 제시하는데 의미가 있다.

Keywords

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