Hydrochemistry and noble gas origin of hot spring waters of Icheon and Pocheon area in Korea

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The Journal of Engineering Geology, Vol.19, No.4, December, 2009, pp. 529-541

이천 및 포천지역 온천수의 수리화학적 특성 및 영족기체 기원

정찬호

*·고용권

·신선호

·K. Nagao

·김규한

·김건영

1

대전대학교 지반설계정보공학과,

한국원자력연구원,

3

동경대학교 지각화학연구실,

이화여자대학교 과학교육학과

Hydrochemistry and noble gas origin of hot spring waters of Icheon and Pocheon area in Korea

Chan Ho Jeong

*, Yung Kwon Koh

, Seon Ho Shin

, Keisuke Nagao

, Kyu Han Kim

, and Gun Young Kim

1

Department of Geotechnical Design Engineering, Daejeon University, Daejon, 300-716, Korea

Korea Atomic Energy Research Institute, Daejeon, 305-353, Korea

3

Laboratory for Earthquake of Chemistry, Graduate School of Science, University of Tokyo, 113-0033, Japan

Department of Science Education, Ehwa Woman University, Seoul, 120-750, Korea

이 연구는 이천과 포천지역 일대에 분포하고 있는 온천에 대하여 화학성분 , 산소 및 수소 동위원소 , 그리고 헬륨과 아르곤 같은 영족기체의 동위원소 특성을 분석하여 온천별 지화학적 특성을 밝히고 , 영족기체의 기원과 지하수의 지화학적 상관성을 해석하고자 하였다 . 이를 위하여 연구지역에서 7 점의 온천수와 가스성분을 채취하였고 , 온천공 주변 지하수와 지표수 17 개 시료를 채취하여 분석하였다 . 연구지역 온천수는 환원성환경의 중성내지는 약알카리성의 pH 특성을 보이고 , 전기전도도는 310~735 µ S/cm

범위를 보여준다 . 온천수의 수온은 21.5~31.4

C 범위로 저온형이며 , 성분상 단순온천에 해당된다 . 이천지역 온천수는 중성의 pH

조건과 주변지역 지하수와 유사한 Ca-HCO

내지는 Ca(Na)-HCO

수리화학적 유형을 보이는 반면 , 포천지역 온천수는 알

카리성의 pH 조건과 Na-HCO

유형으로 지화학적으로 상당히 진화된 특성을 보인다 . 이천온천수는 우라늄의 함량이 높고 , 포

천지역 온천수에는 불소의 함량이 높은 것이 특징이다 . 온천수의 δ

O 와 δ D 값은 각각 -8.85~-10.1 ‰과 -60.8~-72.2 ‰의 범위로 순환수기원을 보인다 . 동위원소 조성을 보면 포천지역 온천수는 지하수에 비해 고지대 함양과 긴 유동경로를 거친 것으로 해석된 다 . 온천수내 영족기체 동위원소비 분석 결과

He/

He 동위원소비는 0.094 × 10

~0.653 × 10

범위를 보인다 . 이천지역 온천수는 대기기원의 헬륨이 우세하지만 맨틀 ( 마그마 ) 와 같은 심부기원의 혼합율이 포천지역 온천수보다 높은 특성을 보인다 . 포천지역 온천수는 지각기원의 헬륨 혼합율이 높다 . 또한 온천수별 동일한 기원의 혼합선상에서도 천부지하수와 심부지하수의 혼 합상태에 따라서 서로 다른

He/

Ne 비를 보인다 . 온천수의

Ar/

Ar 비는 대기기원의 값과 유사한 범위를 보인다 .

주요어 : 온천수, 화학성분, 저온형,

He/

He 동위원소비, 지각기원

Hydrochemical, stable isotopic ( ^δ

O and dD) and noble gas isotopic analyses of seven hot spring water samples, eleven groundwater samples and six surface water samples collected from the Icheon and Pocheon area were carried out to find out hydrochemical characteristics, and to interpret the source of noble gases and the geochemical evolution of the hot spring waters. The hot spring waters show low temperature type ranging from 21.5 to 31.4

C and the pH value between 6.69 and 9.21. Electrical conductivity of hot spring waters has the range from 310 to 735 ^µ S/cm.

Whereas the hot spring water in the Icheon area shows the geochemical characteristics of neutral pH, the Ca- HCO

(or Ca(Na)-HCO

) chemical type and a high uranium content, the hot spring water in the Pocheon area shows the characteristics of alkaline pH, the Na-HCO

chemical type and a high fluorine content. These characteristics indicate that the hot spring water in the Icheon area is under the early stage in the geochemical evolution, and that the hot spring water in the Pocheon area has been geochemically evolved. The δ

O and δ D values of hot spring waters show the range of -10.1~-8.69 ^‰ and from -72.2~-60.8 ^‰ , respectively, and these values supply the informa- tion of the recharge area of hot spring waters. The

He/

He ratios of the hot spring waters range from 0.09 × 10

to

*Corresponding author: [email protected]

530 정찬호·고용권·신선호·K. Nagao·김규한·김건영

0.65 × 10

which are plotted above the mixing line between air and crustal components. Whereas the helium gas in the Icheon hot spring water was mainly provided from the atmospheric source mixing with the mantle(or magma) origin, the origin of helium gas in the Pocheon hot spring water shows a dominant crustal source.

Ar/

Ar ratios of hot spring water are in the range of an atmosphere source.

Key words: hot spring water, hydrochemical composition, low temperature type,

He/

He ratios, crustal source

서 론

우리나라의 온천법이 1981년에 제정된 이래 현재까지 온천의 법적 등록지역은 404개소이다(이종태, 2008). 이중 183개소가 남한의 남동쪽에 밀집되어 있으며 수온이 35

C 이상의 온천은 동해안과 남한의 남동부쪽에 많이 분포한 다. 온천을 수질특성으로 분류하면 광물질의 함유량이 적 은 저함량 온천이 263개소(65.1%)를 차지하고, 광물질함유 량이 높은 광천온천은 84개소(20.8%), 함유황온천이 27 개소

(6.68%), 유황온천이 17 개소 (4.21%), 탄산온천이 13 개소

(3.21%) 로 분류된다 ( 이종태 , 2008).

온천에 대한 학술적 관심사는 주로 온천수의 수질화학적 조성과 온천의 열원 등에 관한 것으로 그 동안 국내에서 온 천수에 대한 지화학적 연구로는 수리화학적 특성 규명 , 물

- 암석 상호반응에 의한 지화학적 진화과정 해석 , 동위원 소적 연구 , 온천수와 해수 혼합에 관한 연구 등의 주제로 국 내 연구자들에 의해 연구가 진행된바 있다 (Koh et al., 1994;

김규한과 최현정 , 1998; Yun et al ., 1998; 김건영외 , 2000;

고용권외 , 2001). 그리고 최근 5 년 사이에 온천수에 대한 지화학적 특성뿐만 아니라 온천수내 헬륨 , 네온 , 알곤과 같

은 영족기체 (noble gas) 의 존재와 그들의 동위원소 분석을

통한 노블가스의 기원해석과 열원과의 관계 등을 해석하

고자 하는 시도가 이루어진바 있다 ( 정찬호외 , 2007; 정찬 호외 , 2008; 김규한외 , 2008). 영족기체 동위원소의 적용

연구는 일본에서 많은 연구가 진행된 바 있다 (Nakamura

et al ., 1999; Okazaki et al ,. 2001; Osawa et al ., 2002).

온천수내 함유된 영족기체의 동위원소 특성을 이용한 온 천수 기원 및 생성과정에 관한 연구가 수행되었고 , 더 나 아가 영족기체의 순환관계와 지체구조와의 상관성 해석연 구가 진행된바 있다 (Aka et al ., 2001).

본 연구에서는 경기도 이천과 포천지역에 분포하는 온천 수 , 지하수와 지표수를 대상으로 물의 순환과정에서 수리지 화학적 특성을 규명하고 온천수의 진화과정에 대한 해석을

하고자 하였다 (Fig. 1). 특히 온천수와 온천가스내 존재하는

비활성인 영족기체 (He, Ne, Ar) 의 동위원소 존재비를 분석

하여 , 그들의 기원과 온천의 지화학적 특성과의 상관성에 대한 해석을 시도하였다 . 이러한 시도는 국내 온천수 연구에 새로운 접근방법을 제시하는 계기가 될 것으로 판단된다 .

연구지역 지질

온천수의 지화학적 수질특성은 물의 순환과정상에서의 모암과의 반응과정과 심부지질의 암석학적 , 지화학적 조건 등에 의해서 지배된다 . 연구지역인 이천 , 포천지역 온천수의

Fig. 1. Location map showing the study area, and detail location map of two hot spring sites(Sinbuk and Jeil hot springs) in

the Pocheon area.

이천 및 포천지역 온천수의 수리화학적 특성 및 영족기체 기원 531

수리화학적 특성을 해석하기 위해 필요한 연구지역의 지질

특성을 기존의 지질도와 문헌 ( 여상철과 임주환 , 1974;

이병주 외 , 1999) 을 이용하여 간략하게 기술하고자 하였다 .

연구지역의 지질도는 Fig. 2 에서 제시하였다 .

본 연구에서 조사된 이천지역 온천공은 이천시 도심부에 개발되어 있으며 , 이 지역의 지질은 쥬라기 흑운모화강암 으로 주로 구성되며 , 온천주변은 심하게 풍화되어 있다 .

흑운모화강암의 주요구성광물은 석영 , 장석 , 흑운모이며 ,

녹니석 소량으로 함유된다 . 그리고 후기에 관입한 규장질

암맥의 방향은 대체로 N10~20E 를 보이며 , 암맥을 따라서

온천이 개발되어 있어 , 온천의 용출구조와 밀접한 관계를 갖는 것으로 보고되었다 . 본 화강암 내 발달하고 있는 절 리는 크게 두 가지로 나타나는데 , N25~30W, 및 60~80NE

와 N25E, 60NW 방향 등이 우세하다 .

포천지역은 신북온천과 제일온천으로 나누어지며 신북 온천의 지질은 원생대의 가마산 변성섬장암과 편암 , 흑 운모편마암으로 구성되며 , 제일온천지역의 지질은 쥬라기 함석류석 흑운모화강암이며 , 이를 백악기 석영맥과 암맥류

등이 관입하고 있다 . 제일온천지역은 일동단층이 NE 방 향으로 발달되어 잇다 .

연구방법 시료채취 및 현장측정

이 연구를 위하여 경기도 이천 , 포천 지역 온천을 대상으로

2005 년 12 월과 2006 년 8 월에 걸쳐 온천수 7 점과 가스시료를 채취하였고 , 온천공 주변의 지하수와 지표수 시료 17 점을 채 취하였다 . 온천수를 포함한 물 시료 채취 시 현장에서 수소 이온농도 (pH), 산화환원전위 (Eh), 온도 , 용존산소 , 전기전도 도 , 그리고 중탄산 이온 농도를 측정하였다 . pH 는 Orion 290A 모델의 휴대용 pH 측정기 , Eh 는 동종의 기기로 백금 전극을 이용하여 측정하였다 . 온도와 전기전도도는 Orion model 142 의 전기전도도 측정기 , 용존산소 함량은 Orion

model 835 모델의 용존산소 측정기로 각각 측정하였다 .

물 시료의 용존이온 성분 분석을 위하여 현장에서 물 시료

를 0.45 µ m 여과지를 이용하여 부유물과 이물질을 제거한

Fig. 2. Geologic map of Sinbuk hot spring area(a), Jeil hot spring area(b) and Icheon hot spring area(c).

532 정찬호·고용권·신선호·K. Nagao·김규한·김건영

후 채취되었다 . 양이온 분석용 시료는 폴리에틸렌 용기에 담

은 후 농질산을 첨가하여 pH 2 이하로 산성화시켜 이온들

의 침전이나 용기 벽에 흡착되는 것을 방지하고자 하였다 .

화학성분 분석

물 시료에 대한 주요양이온 (Ca, Mg, K, Na, Si, Fe, Mn, Sr) 성분은 한국기초과학지원연구원 대덕본원의 원자흡광 분광분석기 (Unicam model 989, AAS), 유도결합쌍 프라즈 마 원자방출분광분석기 (Shimadzu model ICPS-1000 III,

ICP-AES) 로 분석하였으며 , 미량원소 성분은 유도결합쌍 프

라즈마 질량분석기 (Fison model PQ III, ICP-MS) 로 분석 되었다 . 음이온 성분인 SO

, Cl

, NO

, F

이온은 대 전대학교의 Dionex 120 모델의 이온크로마토그래피로 분석하였다 . 화학분석자료의 정확성을 검토하기 위해서 분석된 총 양이온과 총 음이온 함량을 당량으로 환산하여 전하균형을 계산하였다 .

산소, 수소 및 황 동위원소 분석

산소 동위원소는 CO

-H

O 평형법 (Epstein and Mayeda,

1953) 에 의해 분석을 하였고 , 수소 동위원소는 아연에

의한 환원법 (Coleman et al ., 1982; Kendall and Coplen,

1985) 에 의하여 시료를 전 처리한 후 한국기초과학지원

연구원 대덕본원의 안정동위원소비 질량분석기 ( 모델 ; VG

ISOTECH PRISM II) 로 산소동위원소비를 측정 하였고 ,

한국원자력연구원의 질량분석기 ( 모델 ; Euro Vecstor 사의

Euro Pyr-orl micromass Isoprime) 를 이용하여 수소 동위 원소 비를 측정하였다 . 측정값은 표준평균수소 동위원소 비를 측정하였다 . 측정값은 표준평균해수 (SMOW) 에 표준 화한 천분율 (‰) 로 나타내었다 . 실험실 표준시료를 수 차 례 반복 측정하여 얻은 δ

O 와 δ D 의 분석정밀도는 각 각 ±0.1‰, ±1.5‰ 이였다 .

영족기체 동위원소 분석

영족기체 동위원소 분석을 위한 물과 가스는 동경대학교 지각화학연구실에서 특수 개발한 진공유리용기를 이용하여 채취하였다 . 용기의 체적은 약 50cm 이다 . 물속에 용존된 영족기체는 모두 금속으로 제작된 토플러펌프시스템에서 추 출되었다 . 이 시스템은 극저준위의 영족기체 배경치를 가진 환경하에서 영족기체를 측정할 수 있는 장치이다 . 토플러 펌프를 이용하여 온천수로부터 추출한 영족기체는 두 개의

Ti-Zr 포집자를 이용하여 정화시켰다 . 그리고 참숯 포집자와

저온 냉각된 스테인레스 강철 포집자를 이용하여 He Ne

그리고 Ar-Ke-Xe 3 개 기체군을 분리하였다 . 모든 영족기체의

절대량과 He, Ne, Ar 동위원소비는 VG5400 (MS-III) 동 경대학교 지각화학연구실의 영족기체질량분석기로 분석하 였다 . 질량분석기의 민감도와 동위원소 질량분리능의 수정요 소는 알려진 표준대기의 기체함량을 측정함으로 결정하였다 .

연구결과 및 토의 현장측정자료

경기도 이천 , 포천지역 온천수 , 지하수 , 지표수 시료에 대한 pH, 산화 - 환원전위 (Eh), 전기전도도 (EC), 용존산소량

(DO), 온도 등 현장에서 측정한 자료는 Table 1 에 제시하 였다 . 연구지역 온천공의 심도는 약 200~1,130m 범위로 심부암반 온천수이다 .

현장측정결과 온천수의 수온은 21.5~31.4

C 의 온도 범 위를 보이며 , 포천지역 온천 (JI-3) 이 31.4

C 로 가장 높은 수온을 보였다 . 온천수의 pH 는 6.69~9.21 의 범위로 포천 지역 신북온천이 가장 높은 pH 조건을 보이며 , 온천수의

pH 가 일반 지하수에 비해 높은 알카리성을 보이는 것은 온천공의 심도가 대부분 일반지하수에 비해 깊으므로 보다 긴 체류시간 동안 물 - 암석 반응 과정을 통하여 알카리성 으로 진화된 것으로 해석된다 . 온천수의 산화 - 환원전위

(Eh) 는 -45~-178mV 의 범위로 환원성 조건을 보이는 반면 지하수와 지표수는 산화조건을 보인다 . 온천수는 대부분 심부 지하수로 수온 확보를 위하여 지표수와 천부지하수의 유입을 차단하는 그라우팅시설로 대기 혹은 지표환경에서 유입될 수 있는 산소의 함량이 줄어 환원성 환경을 유지 하는 것으로 보인다 . 이는 후술될 온천수내 용존산소 함량 과 잘 일치한다 .

물시료의 pH-Eh 상관관계에서 온천수와 지하수 ( 지표수 )

는 뚜렷하게 다른 그룹으로 구분되며 , pH 증가에 따라서

Eh 는 감소하는 경향을 보인다 (Fig. 3a). 물시료의 온도와

pH 의 상관관계를 보면 전반적으로 온도와 pH 는 정의 비 례관계를 보인다 (Fig. 3b). 이는 온도가 지하수 - 암석 상호 반응과정에서 수소이온 소모를 통한 지화학적 진화과정에 영향을 미치는 결과로 해석된다 . 그리고 포천지역 온천수 가 이천지역 온천수에 비해 다소 높은 pH 값을 보이고 ,

Eh 값은 낮은 특성을 보인다 .

전기전도도는 온천수의 경우 310~735 µ S/cm 의 범위를 보인다 . 이천 온천중 심도가 깊은 온천인 IC-2 와 IC-3 시료 에서는 700 µ S/cm 이상의 높은 값으로 포천온천에 비해 높은 값을 보인다 . 지하수와 지표수의 전기전도도 값은 각 각 37.2~346 µ S/cm, 104~334 µ S/cm 의 범위를 보여준다 .

전기전도도와 pH 와의 상관관계에서 정의 비례 경향을 보

이천 및 포 천지 역 온 천수 의 수 리화 학적 특성 및 영 족기 체 기 원

533

Table 1. Hydrochemical data of of hot spring water, groundwater and surface water samples collected from the study area. (unit : mg/L)

1)

Sample

ID Sampling T

(

C) pH Eh (mV) EC

( µ S/cm) DO

(mg/L) Na

K

Ca

Mg

Fe Sr

Si HCO

CO

SO

CI

NO

F

EN (%) Hot spring water

JI-1 05/12/16 26.3 8.57 -139 424 0.23 74.5 1.01 6.40 0.06 0.01 0.49 9.48 140 - 3.99 16.4 0.00 7.31 5.43 JI-2 05/12/16 23.7 7.95 -110 310 0.05 33.7 0.80 21.0 0.29 0.02 0.12 10.9 110 - 11.2 7.08 0.00 2.18 4.31 JI-3 05/12/16 31.4 8.47 -144 482 0.047 80.4 0.91 3.47 0.04 0.02 0.12 10.6 146 - 3.98 15.6 0.00 7.94 5.10 SB 05/12/16 23.3 9.21 -173 482 0.31 92.8 0.72 0.78 0.08 0.01 1.11 7.10 168 5.20 10.8 9.26 0.00 5.71 7.70 IC-1 05/12/19 21.5 7.67 -86.0 475 0.03 32.1 0.73 41.8 0.56 0.01 0.74 11.3 154 - 9.42 23.4 1.40 0.57 1.83 IC-2 05/12/19 26.6 7.22 -70.2 735 0.13 5.42 4.69 48.3 2.50 0.04 0.79 22.9 211 - 12.3 16.8 5.79 0.52 8.60 IC-3 05/12/19 25.2 6.69 -45.0 702 0.15 37.2 2.21 68.2 6.34 0.01 0.19 20.1 195 - 19.3 34.2 25.9 0.29 5.70 Groundwater

PCG-1 06/8/30 15.8 5.94 508 77.3 7.40 7.12 0.62 8.10 1.22 0.04 0.05 8.29 25.9 - 2.79 2.01 5.89 0.11 13.0 PCG-2 06/8/30 20.2 6.27 476 37.2 4.99 3.63 0.33 2.52 0.55 0.02 0.01 7.84 10.7 - 3.22 0.44 2.17 0.11 6.67 PCG-3 06/8/30 13.6 6.08 493 102 2.60 10.2 2.19 10.4 1.72 0.03 0.06 8.62 48.8 - 1.00 0.85 1.67 0.13 14.0 PCG-4 06/8/30 24.1 6.99 444 119 5.08 5.60 2.80 11.4 3.13 0.01 0.06 3.37 44.2 - 2.85 5.88 2.05 0.09 7.22 PCG-5 06/8/30 23.4 7.08 434 116 4.83 5.41 2.82 10.9 3.09 0.01 0.06 3.32 39.7 - 4.14 6.13 2.03 0.09 7.70 PCG-6 06/8/30 22.1 7.00 431 122 4.63 6.39 2.41 11.8 3.33 <0.002 0.06 3.36 51.9 - 4.37 3.71 1.53 0.00 5.90 MD 05/12/16 14.8 6.98 -40.0 134 0.21 12.2 0.66 11.4 1.98 0.01 0.04 9.24 64.1 - 3.46 1.88 1.70 0.31 2.50 ICG-1 06/8/29 18.2 6.45 506 346 3.70 33.3 8.66 30.9 5.65 10.9 0.24 8.98 180 - 5.47 8.46 0.00 0.34 5.51 ICG-2 06/8/29 23.1 7.15 459 149 5.83 5.44 2.80 19.9 3.45 0.08 0.08 3.35 68.6 - 1.95 0.98 0.56 0.00 13.8 ICG-3 06/8/29 25.9 7.13 450 162 4.90 5.32 2.73 19.9 3.41 0.02 0.08 3.16 64.1 - 4.66 5.53 3.11 0.11 8.07 ICG-4 06/8/29 15.9 5.74 539 245 2.58 16.2 6.30 27.9 6.91 0.18 0.30 9.79 99.2 - 16.6 9.56 10.7 0.00 Surface water

PSC-1 06/8/30 20.7 7.14 401 124 5.53 5.15 4.79 15.2 2.67 0.02 0.06 5.21 45.8 - 3.81 1.62 9.00 0.09 12.7 PSC-2 06/8/30 22.0 7.12 443 109 6.44 6.06 3.42 12.3 1.96 0.04 0.05 5.60 42.7 - 3.13 1.52 5.21 0.09 11.3 PSC-3 06/8/30 20.9 6.94 429 129 5.69 5.02 5.67 15.7 2.88 0.02 0.06 5.39 51.9 - 2.80 1.12 6.44 0.10 13.7 ICS-1 06/8/29 23.5 7.36 441 334 3.42 33.6 7.34 29.5 4.62 0.06 0.19 8.13 159 - 6.81 13.0 1.99 0.05 5.47 ICS-2 06/8/29 25.4 7.26 451 257 4.40 18.3 5.60 25.9 3.59 0.02 0.18 8.04 119 - 3.31 4.26 1.41 0.09 7.67 ICS-3 06/8/29 25.1 7.32 450 104 4.49 7.13 1.69 12.9 1.49 0.13 0.09 6.85 47.3 - 2.69 1.95 1.98 0.10 9.74

1)

JI, SB, PC and MD series samples: water samples from the Pocheon area, IC series samples: water sample from the Icheon area

2)

EN (%) :charge balance error

534 정찬호·고용권·신선호·K. Nagao·김규한·김건영

여준다 (Fig. 3c). 온천수의 용존산소는 0.03~0.31 mg/L 의 낮은 값을 보인다 . 이는 온천수와 대기 중의 산소가 상당 히 격리된 것으로 보인다 . 지하수와 지표수의 용존 산소량은 각각 0.21~7.40mg/L, 3.42~6.44mg/L 로 심부 환경의 온천 수보다 높은 값을 보인다 .

화학적 특성 주요원소 특성

온천수 , 지하수 , 지표수 시료들의 주성분 원소에 대한 자료는 Table 1 에서 정리 하였다 .

경기도 이천 , 포천지역 온천수 , 지하수 , 지표수의 양이 온 성분인 Na

, K

, Ca

, Mg

의 함량 특성은 다음과 같 다 . 온천수의 Na

농도는 이천지역의 경우 32.1~54.2mg/L

범위를 보이고 , 포천지역에서는 33.7~92.8mg/L 범위를 보 인다 . 포천지역 온천수가 이천지역 온천수에 비해 상대적 으로 높은 함량을 보인다 . 연구지역의 지하수와 지표수의

Na

농도는 3.63~33.6mg/L 범위를 보인다 . K

농도는 이

천온천 JC-2 에서 4.69mg/L 농도로 높은 값을 보이고 다 른 온천수에서는 0.72~2.21mg/L 범위로 낮은 값을 보인다 .

지하수의 일부 (ICG-1, 4) 와 지표수에서는 K

농도가 최고

8.66mg/L 로 높은 농도를 보여준다 . 이는 주변 농경지에서

사용하는 칼륨비료에 의한 오염의 영향으로 보인다 . Ca

성분은 이천 온천수에서 41.8~68.2mg/L 농도범위로 포천 온천수에서의 0.78~21.0mg/L 농도 범위보다 높은 값을 보인다 . 지하수와 지표수에서는 2.52~30.9mg/L 범위를 보 인다 . Mg

성분 함량도 이천지역 온천수가 포천지역 온 천수에 비해 다소 높은 값을 보인다 . 지하수와 지표수 에서는 0.55~6.91 mg/L 의 범위를 보인다 .

Fig. 4(a) 는 전기전도도와 주요 양이온과의 상관관계를

보여준다 . 이천지역과 포천지역 온천수의 주요 양이온 함 량변화는 전기전도도에 따라 서로 다른 경향을 보여준다 .

앞에서도 서술된 바와 같이 지표수와 지하수 성분과 비교 하여 포천지역 온천수는 전기전도도 증가에 따라 Na

+K

함량은 크게 증가하지만 Ca

+Mg

함량은 감소하는 경향을 보인다 . 반면에 이천온천수는 Ca

+Mg

의 함량과 Na

+K

Fig. 3. Relationship between temperature, Eh, electrical conductivity and pH of hot spring water, groundwater and surface water samples

from the study area. PC: Pocheon hot spring, IC: Icheon hot spring, HW : hot spring, GW : groundwater, SW : surface water.

이천 및 포천지역 온천수의 수리화학적 특성 및 영족기체 기원 535

함량이 모두 증가하지만 Ca

+Mg

의 함량의 증가가 약 간 더 우세한 경향을 보인다 . 따라서 두 지역 온천수는 서로 다른 지화학적 진화경로를 보여준다 . 이에 대한 토의는 수리화학적 유형에서 다시 언급될 것이다 .

물 시료내 음이온 성분인 HCO

, Cl

, SO

, NO

, F

함 량 특성은 다음과 같다 . 탄산염 광물의 용해 , 대기와 토양

내 CO2 가스의 용해와 같은 자연적 반응으로 인해 기원하는

HCO

는 온천수에서 110~211 mg/L 범위로 이천온천수

(IC-2, 3) 에서 높은 값을 보인다 . 지하수와 지표수에서는

각각 10.7~180 mg/L 의 범위로 시료에 따라서 큰 함량차

이를 보인다 .

온천수의 SO

성분은 3.98~19.3mg/L 범위의 함량을 보여 부곡 등 유황온천수내 SO

함량과 비교할 때 낮은 편이다 . 지하수와 지표수에서는 1.00~16.6 mg/L 범위의 농도를 각각 보인다 .

온천수의 Cl

농도는 7.08~34.2mg/L 범위로 포천지역 온 천수보다 이천지역 온천수에서 다소 높은 함량을 보인다 .

이천지역 온천수는 Cl

의 농도뿐만 아니라 후술될 NO

의 함 량과 동시에 높은 값을 보여 지표오염물질의 미세한 유입가 능성을 배제할 수 없을 것이다 . 지하수와 지표수에서는

0.44~9.56 mg/L 의 범위로 일부 이천지역 지표수 (ICS-1)

와 지하수 (ICG-1, 4) 를 제외하면 매우 낮은 농도를 보인다 .

대부분의 경우 NO

이온은 자연적인 반응에 의한 것 이라기보다 유기물의 부식 , 생활하수나 축산폐기물 등의 인위적 오염에 의해 기원한다 . 오염의 지표가 되고 있는

NO

의 경우 , 온천수에서는 0.00~25.9 mg/L 의 범위를 보 인다 . 포천지역의 모든 온천수 시료에서 NO

성분이 검출 되지 않았다 . 반면에 이천지역의 온천수 (IC-3) 시료에서

25.9mg/L 로 상당힌 높은 농도를 보인다 . 비록 음용수 기준

45mg/L (NO

-N, 10mg/L 기준으로 환산한 경우 ) 이하이 지만 도심권에 위치한 이천 온천공이 인위적인 오염원에 노출되었을 가능성을 시사한다 .

연구지역 온천수의 F

성분은 0.29~7.94mg/L 의 범위를 보인다 . 이천지역 온천에서는 0.29~0.57mg/L 의 낮은 함량을 보이는 반면 포천지역 온천에서는 2.18~7.94mg/L 범위로 높은 함량을 보인다 . F

기원은 형석 (CaF

) 의 용해와 운모 류 , 각섬석류 , 인회석 (Ca

(Cl, F, OH)(PO

)

) 등의 O

또는

OH

치환하여 광물 용해시 용탈되기도 한다 . 포천지역 온 천수는 앞에서 언급된 바와 같이 pH 와 주요 이온성분 등에 서 상당히 지화학적으로 진화된 온천수의 특성을 보여 , 물 - 암 석 상호반응과정에서 운모류의 OH

기를 치환한 F

성분의 용해가 온천수내 F

의 주요 기원으로 해석된다 (Apambire et al ., 1997).

Fig. 4(b) 는 물 시료의 전기전도도와 주요 음이온과의 상

관관계를 보여준다 . 전기전도도 증가에 따른 HCO

성분의 증가 경향은 뚜렷하지만 , SO

+ Cl

성분은 비례적으로 중 가하지만 증가 폭이 크지는 않다 .

미량원소 특성

온천수내에 상대적으로 풍부하게 함유된 미량원소는 Li,

Al, Sr, Fe, Mo, Mn, Zn, Ba, U 등이다 (Table 2). 온천수

내 Li 함량은 85~310 µ g/L 범위로 지하수와 지표수내

함량인 0.12~7.51 µ g/L 값에 비하여 높은 값을 보인다 .

Al 은 온천수에서는 54.9~522 µ g/L 의 넓은 함량 범위를 보

이고 있다 . 이천지역 온천수 일부 시료 (IC-2, IC-3) 에서

음용수 수질기준인 200 µ g/L 를 초과하는 범위를 보인다 .

Sr 의 경우 온천수에서 120~1,110 µ g/L 범위를 보이며 , 특히

포천지역의 SB 시료에서 1,110 µ g/L 의 높은 함량을 보인

Fig. 4. Relationship between major ions and electrical conductivity(EC) of hot spring water, groundwater and surface water

samples from the study area. PC: Pocheon hot spring.

536

정찬 호· 고용 권· 신선 호· K. Nag ao· 김규 한· 김건 영

Table 2. Data of trace elements of hot spring water, groundwater and surfacewater samples collected from the study area. (unit : ppb)

1)

Sample ID Li B Al Ti Mn Ni Cu Zn Ga Ge As Br Zr Mo Ag Sb Cs BA W Pb Th U

Hot spring water

JI-1 274 115 91.3 1.01 7.12 <0.20 2.83 10.8 1.88 9.92 1.10 9.54 5.24 17.4 <0.10 <0.05 7.21 40.0 43.0 0.30 2.06 0.65 JI-2 105 31.4 82.0 1.97 37.6 0.51 3.28 8.71 0.19 1.39 7.64 7.02 0.42 31.2 0.38 0.13 2.43 37.7 9.05 0.46 0.17 53.8 JI-3 310 138 95.9 1.43 6.40 0.56 2.63 5.97 2.15 10.7 <1.0 9.56 1.27 14.0 <0.10 0.05 7.59 86.0 46.5 0.55 0.91 3.68 SB 850 151 54.9 1.38 1.19 6.86 2.16 7.82 1.23 5.20 3.78 4.06 0.34 22.3 0.20 1.05 1.31 30.5 55.8 0.67 0.39 0.61 IC-1 155 12.6 191 1.96 3.69 1.32 2.59 334 0.09 <0.20 3.49 3.86 <0.05 1.04 <0.10 0.05 0.75 55.7 1.00 1.34 0.05 350 IC-2 202 23.4 522 4.12 2.57 1.70 5.73 36.7 0.13 1.12 5.71 8.23 <0.05 0.87 0.26 0.07 1.13 59.7 0.79 1.03 <0.05 78.7 IC-3 117 17.9 209 3.44 0.93 1.98 2.55 30.0 0.06 0.51 3.61 6.59 <0.05 0.44 <0.10 0.05 1.19 28.7 <0.05 0.38 <0.05 39.7 Groundwater

PCG-1 3.76 10.4 14.0 <0.50 1.48 0.68 13.9 21.7 <0.05 <0.05 <0.50 0.34 <0.05 0.06 0.54 <0.05 <0.02 27.3 <0.05 0.61 <0.05 0.19 PCG-2 0.12 4.23 30.9 <0.50 0.79 0.46 5.89 30.6 <0.05 <0.05 <0.50 0.84 <0.05 <0.05 0.23 <0.05 <0.02 37.7 <0.05 0.43 <0.05 0.09 PCG-3 1.08 7.96 8.06 0.53 2.38 0.45 1.48 59.0 <0.05 <0.05 <0.50 1.56 0.06 0.33 0.42 0.06 <0.02 19.4 <0.05 0.13 <0.05 0.38 PCG-4 0.37 15.0 30.3 0.77 2.12 0.70 3.53 6.93 <0.05 <0.05 <0.50 2.97 0.24 0.28 0.61 0.10 <0.02 55.9 <0.05 0.19 <0.05 0.39 PCG-5 0.34 15.6 34.1 0.70 1.82 1.08 7.99 17.8 <0.05 <0.05 <0.50 2.90 0.14 0.27 0.54 0.10 <0.02 59.8 <0.05 0.26 <0.05 0.02 PCG-6 0.34 14.0 25.8 <0.50 2.47 0.98 7.31 45.5 <0.05 <0.05 <0.50 2.74 0.09 0.29 0.55 0.09 <0.02 35 <0.05 0.66 <0.05 0.02 MD 7.51 3.65 71.4 0.53 1.99 0.38 4.03 60.5 0.06 <0.20 2.88 0.9 0.17 1.80 0.14 0.26 0.02 36.9 1.81 0.53 <0.05 7.81 ICG-1 0.99 19.3 52.2 1.65 966 1.81 14.9 27.8 0.05 <0.05 1.62 10.2 0.19 0.31 0.16 0.06 0.06 85.6 <0.05 0.60 <0.05 0.26 ICG-2 0.36 14.2 81.9 <0.50 11.5 1.07 4.38 8.90 <0.05 <0.05 <0.50 2.04 0.21 1.16 0.55 0.12 <0.02 230 <0.05 0.43 <0.05 0.10 ICG-3 0.34 13.8 105 <0.50 3.15 0.86 24.2 32.5 <0.05 <0.05 <0.50 2.01 0.20 1.24 0.71 0.11 0.02 26.7 <0.05 0.42 <0.05 0.13 ICG-4 2.02 44.8 8.71 0.96 15.1 0.93 6.47 21.7 <0.05 <0.05 <0.50 8.36 0.14 0.08 0.51 <0.05 0.03 602 <0.05 1.48 <0.05 0.14 Surface water

PCS-1 0.30 14.8 10.6 0.57 5.39 0.89 6.47 11.6 <0.05 <0.05 <0.50 3.16 0.15 0.31 0.58 0.24 <0.02 52.8 <0.05 1.21 <0.05 0.11 PCS-2 1.52 13.2 10.7 0.52 8.57 0.87 4.85 9.58 <0.05 <0.05 <0.50 2.62 0.21 0.45 0.24 0.14 0.04 43.5 <0.05 0.4 <0.05 0.39 PCS-3 0.27 15.3 15.7 0.62 9.19 0.82 7.83 51.4 <0.05 <0.05 <0.50 4.06 0.17 0.38 0.55 0.14 <0.02 30.9 <0.05 0.27 <0.05 0.08 ICS-1 5.65 19.9 25.6 1.37 61.3 1.82 7.80 10.9 <0.05 <0.05 1.34 6.87 0.16 1.51 0.44 0.26 0.05 110 0.91 0.42 <0.05 1.99 ICS-2 4.54 17.5 17.2 0.99 84.0 1.03 2.18 2.88 <0.05 <0.05 1.01 6.14 0.22 1.38 0.30 0.24 0.03 46.8 0.58 0.12 <0.05 1.54 ICS-3 1.18 5.90 57.6 1.16 110 1.74 6.82 13.7 0.05 <0.05 0.63 3.18 0.10 0.44 0.36 0.16 <0.02 28.0 <0.05 0.62 <0.05 0.30

1)

JI, SB, PC and MD series samples: water samples from the pocheon area, IC series samples: water sample from the lchen area

이천 및 포천지역 온천수의 수리화학적 특성 및 영족기체 기원 537

다. 지하수와 지표수에서는 10~300µg/L의 범위로 온천수에 비해 낮은 함량 범위를 보인다. Fe의 경우 온천수에서는 10~40 µg/L 범위를 보이며, 대부분 지하수와 지표수에서는 낮은 농도를 보이나, 지하수(ICG-1)시료에서 10,900 µg/L 로 매우 높은 함량을 보인다. Mn의 경우 온천수는 0.93~

37.6 µg/L 범위로 낮은 함량을 보이지만, 지표수와 지하수 에서는 0.79~966 µg/L의 범위로 더 높은 농도를 보인다.

포천지역 온천수내 Ge의 농도는 1.39~10.7 µg/L 범위로 이천지역 온천수 0.2~1.12 µg/L 보다 상대적으로 높은 함 량을 보인다. 온천수내 U 함량은 포천지역 JI-2 시료에서 53.8 µg/L로 높은 함량을 보이고, 이천지역에서는 39.7~

350 µg/L 범위의 전체적으로 높은 함량을 보인다. 이천지 역 흑운모화강암지역에 분포하는 일부 지하수내 U등 자 연방사성원소의 농도가 높다는 내용이 보고된바 있다(국 립환경과학원, 2008).

수리화학적 유형

경기도 이천, 포천 지역의 온천수, 지하수, 지표수 시료의 화학적 유형 및 지화학적 진화특성을 해석하기 위하여 주

요 용존 이온을 대상으로 파이퍼도(Piper, 1994)를 작도하 였다. 파이퍼도상에서 온천수의 화학적 유형은 크게 2개의 형태로 구분된다(Fig. 5). 이천지역의 온천수는 Ca(Na)- HCO

유형에 속하며, 포천지역 온천수(JI-1, JI-3, SB)는 Na-HCO

유형에 속한다. 이를 제외한 모든 온천수, 지하 수, 지표수 시료는 Ca-HCO

유형에 속한다.

정찬호 등(1997)에 의한 지하수의 지화학적 진화과정에 대한 모델링에 의하면 화강암과 편마암지역 지하수는 지 화학적 진화단계 초기에 Ca-HCO

유형에서 시작하여 진 화과정을 거치면서 물-암석 반응에 의해 Ca(Na)-HCO

유 형을 거쳐 최종적으로 알카리성의 Na-HCO

유형으로 진 화되는 경향을 보이는 것으로 제시하였다 . 포천지역의 경 우 JI-2 를 제외한 다른 온천수는 pH 8.5 이상의 전형적인

Na-HCO

유형으로 진화한 특성을 보여준다 . 이천지역

온천수의 경우에는 pH 7.0 내외이며 주변지역 지하수와

유사한 화학적 유형을 보인다 . 지하수보다 심부의 온천 공임에도 불구하고 pH 와 화학적 유형에서는 큰 차이를 보이지 않고 다만 주요이온들의 농도만 높은 특성을 보 이는 것은 물의 순환이 비교적 빠른 대수층의 특성으로 지

Fig. 5. Trilinear plots of chemical composition of hot spring water, groundwater and surface water samples in the study area.

538 정찬호·고용권·신선호·K. Nagao·김규한·김건영

화학적 진화가 충분히 진행되지 않은 상태이며 , 대수층의 지질이 온천수내 Ca

, HCO

성분의 공급이 가능한 탄 산염광물을 함유하고 있는 것으로 해석된다 .

산소-수소 동위원소 특성

경기도 이천 , 포천지역 온천수 , 지하수 , 지표수에 대한 산소 , 수소 동위원소를 분석하여 Table 3 에 제시하였다 .

경기도 이천 , 포천지역 온천수의 산소 수소 동위원소 상 관관계식은 δ D = 6.78 δ

O-0.97 로 계산되었다 . δ D 값은 이천지역 온천수의 경우 -60.8‰~-64.6‰ 의 범위를 보이며 ,

포천지역 온천수의 경우 -65.5‰~-72.2‰ 의 범위를 보인다 .

δ

O 값은 이천지역 온천수의 경우 -8.69‰~-9.01‰ 의

범위를 포천지역 온천수의 경우 -9.27‰~-10.1‰ 의 범위를

각각 보인다 .

Fig. 6 은 연구지역 온천수 , 지하수 , 지표수의 δ

O 와

δ

H 의 상관관계를 보여주는 다이아그램으로 온천수는 Craig (1961) 이 제시한 세계 순환 강우선 (MWL) 보다 약간 낮은 부분에 도시되고 , 지하수와 지표수는 순환수선 약간 상부나 순환수선을 따라서 도시됨을 보여준다 . 동위원소 조성상 온천수가 순환수 기원임을 보여준다 . 온천수의 동 위원소 성분은 위도효과 , 지형특성에 따른 동위원소 고도 효과를 반영하여 지역 간의 차이를 보여주고 있다 . 포천 지역 온천수는 지표수와 지하수보다 낮은 δ D 와 δ

O 의 값을 보여 함양지역이 고지형으로 보다 긴 순환경로를 거쳐 진화된 것으로 보인다 . 이천지역 온천수는 지하수보다 약간 낮은 δ

H 값을 보이나 δ

O 값에서 유사한 범위를 보여 함 양지역이 거의 유사함을 시사한다 . 이천지역 온천공은 도 시화된 평지에 개발되어 온천수의 함양은 주변지역 지하 수와 마찬가지로 수직침투의 영향이 클 것으로 보인다 .

영족기체 동위원소 특성

대기 , 지구표층 , 지구내부에 존재하는 휘발성원소의 물질 순환과정 연구에서 비활성기체인 영족기체 (noble gas) 는 유력한 추적자 (tracer) 의 역할을 하고 있다 (Aka et al ., 2001). 특히 헬륨 동위원소비 (

He/

He) 는 대기환경에서 측정된 값과 지각내부 환경에서 측정한 값이 큰 차이를 보 여 맨틀로부터 지구표층으로의 휘발성원소의 이동과정을 추적할 수 있다 . 헬륨동위원소인

He 은 대부분 지구형성 초기나 운석 형성시에 포획되어 있는 원시 헬륨이다 .

He

동위원소는 U(Th) 의 a 붕괴 시에 생성된다 . 동위원소비는 원시기원보다 방사성기원 헬륨이 높다 .

He/

He 비는 대상 물질의 존재하는 지질환경이나 시간에 따라 크게 다르기 때문에 각종 지질현상 해석에 중요한 정보자료가 되고 있다 . 화산가스 , 온천가스 , 지하수 , 해수 , 암석 , 광물 등의 Table 3. Stable isotope composition of water samples collected

in the study area.

Sample No. δ

O(‰) δ

H(‰) Hot spring water

JI-1 -10.1 -72.0

JI-2 -9.27 -66.3

JI-3 -10.1 -72.2

SB -9.41 -65.5

IC-1 -8.85 -63.4

IC-2 -8.69 -60.8

IC-3 -9.01 -64.6

Groundwater

ICG-1 -7.58 -53.8

ICG-2 -9.16 -62.4

ICG-3 -9.14 -61.9

ICG-4 -7.09 -50.6

PCG-1 -8.86 -60.1

PCG-2 -9.28 -63.0

PCG-3 -9.34 -62.8

PCG-4 -8.46 -57.0

PCG-5 -8.45 -57.1

PCG-6 -8.57 -59.1

MD -9.18 -65.3

Surface water

ICS-1 -9.10 -60.9

ICS-2 -8.80 -58.3

ICS-3 -8.87 -59.6

PCS-1 -9.47 -63.3

PCS-2 -9.32 -62.6

PCS-3 -9.48 -62.9

Fig. 6. Diagram of δ

O versus δ D values of major water

samples in the study area. PC: Pocheon hot spring, IC: Icheon

hot spring,

이천 및 포천지역 온천수의 수리화학적 특성 및 영족기체 기원 539

3

He/

He 비 특성과

Ar/

Ar 동위원소비와 함께 이들 물질 의 기원 연구에 유용하게 이용되고 있다 . 영족기체인 아르곤

(Ar) 은

Ar,

Ar,

Ar 안정동위원소가 있다 . 이 중

Ar

은 대부분

K 이나

Ca 의 방사성 붕괴로부터 생성된다 .

현재 대기중의

Ar/

Ar 비는 295.3 이며 지구내부에서 탈 가스 된 아르곤의 동위원소비는 현재 대기중의

Ar/

Ar

비보다 훨씬 크다 . 지구물질은 지각이나 지구심부 등의 생성환경이나 지질시대에 따라

Ar/

Ar 비가 크게 다르 다 . 따라서 물질의 기원 , 물질의 혼합을 포함한 지구 내 부의 탈가스 과정이나 진화해석에 유용하다 .

헬륨가스의 기원으로 대기 , 지각 , 맨틀 3 곳의 단성분의 동위원소 조성을 가정한 모델을 통하여 온천수 7 개 지점과 지하수 1 개 지점 (MD) 을 Fig. 7 에 도시하였다 . 이천지역의 온천수는 대기기원의 헬륨동위원소 혼합이 우세하고 , 포 천지역의 온천수는 지각기원의 헬륨동위원소 혼합이 우 세하다 . 같은 지역임에도 포천지역 온천수에서

He/

Ne

비의 차이는 헬륨동위원소의 혼합정도의 차이로 간주된다 .

온천가스에 대한

He/

He 비는 0.0936×10

~0.653×10

까지 넓은 범위를 보여준다 . 포천지역의 온천가스에 대한

3

He/

He 비는 0.0936×10

~0.1175×Þ10

범위를 보이고 ,

이천지역의 온천가스에 대한

He/

He 비는 0.593 × 10

~ 0.653 ×10

범위를 보인다 . 대부분의 온천수 내 가스의

3

He/

He 비는 대기기원인 1.4×10

값보다 낮은 값을 보 인다 . 이는 지각암석 기원의 방사선

He 이 온천수로의 유입이 우세하였음을 지시한다 .

He/

Ne 비는 지구내부로 부터 He 농도에 대한 대기기원 He 의 혼합의 정도를 지시 하는 지시자로 간주한다 .

Fig. 7 에서 대기 - 맨틀 혼합선은 대기기원 He, Ne 과 상부 맨틀기원 (

He/

He=11×10

with

He/

Ne>10000) 사이에 혼합에 대한 동위원소비의 특성을 나타낸다 . 반면에 대기 -

지각 혼합선은 대기와 지각기원 (

He/

He=5×10

,

He/

Ne>

10000) 사이에 혼합의 정도를 나타낸다 . 온천수와 지하수

는 두 단성분의 혼합선 ( 맨틀 - 대기 , 지각 - 대기 ) 사이에 도시 된다 . 이는 온천수의 He, Ne 동위원소가 3 개의 단 성분 사이에 혼합되어 있음을 의미한다 . 특히 이천지역과 포천 지역 온천수의 He 가스는 혼합의 특성이 서로 상이하여 서로 다른 기원의 영향을 받았음을 지시한다 . 이천지역 온천수는 대기 - 맨틀 - 지각 혼합기원의 특성을 보이고 , 포 천지역은 지각기원의 헬륨가스가 우세한 특성을 보인다 .

이천온천은 포천온천에 비해 상대적으로 맨틀 ( 마그마 ) 기 원의 He 의 혼합이 우세함을 보여준다 . 이는 이천온천수내 우라늄 함량이 높은 특성과 어떤 상관성이 있는지에 대 해서 향후 연구할 필요가 있을 것이다 .

포천지역 온천수는 동일한 기원의

He/

He 동위원소 조성을 보이나

He/

Ne 비율이 다른 것은 천부기원 지 하수와 온천수의 혼합정도의 차이로 간주된다 . 즉 , 보다 높은

4

He/

Ne 비의 온천수가 천부지하수와 심부온천수의 혼 합비율에서 심부온천수의 혼합비율이 높은 것을 의미한다 . Fig. 8 은 Ar 동위원소비 (

Ar/

Ar 와

Ar/

Ar) 를 도 시하였다 . 연구지역 온천수내

Ar/

Ar 동위원소비는

297.25~302.76 의 범위로 대기기원의 값인 295.3 과 유사 한 값의 범위를 보여준다 .

결 론

경기도 이천 , 포천 지역 온천수의 수리화학적 특성은

pH 6.69~9.21 범위의 약 산성에서 알카리성을 보이고 , 전 기전도도 값은 310~735 µ S/cm 범위를 보인다 . 전체적으로 Fig. 7. He and Ne isotopic ratios of the hot spring waters

and groundwater collected in the study area.

Fig. 8. Diagram showing the relative ratio of argon isotope of

hot spring waters collected in the Gyeonggi area.

540 정찬호·고용권·신선호·K. Nagao·김규한·김건영

온천수는 환원성환경의 Eh 값을 보이고 , 지하수와 지표수는 산화환경을 보인다 . 온천수의 수온은 21.5~31.4

C 범위로 저온형 온천이며 , 성분상 단순온천이다 .

온천수의 수리지화학적 특성은 이천지역은 우라늄 함량

이 높은 중성의 pH 조건을 갖는 Ca-HCO

유형내지는

Ca(Na)-HCO

유형을 보여 주변 지하수와 유사한 특성을

보이는 반면 , 포천지역 온천수는 불소의 함량이 높은 알

카리성의 Na-HCO

형으로 지화학적으로 진화된 특성을

보인다 . 이와 같은 지화학적 특성의 차이는 온천지역 대 수층의 지질특성뿐만 아니라 물의 순환과정에 따른 지 화학적 진화과정의 차이로 해석된다 .

온천수의 δ

O 와 δ

H 의 동위원소 조성을 보면 순환수선 약간 아래에 도시되며 , 포천지역 온천수는 지하수보다 낮은 동위원소 조성비로 고지대 함양과 긴 유동경로를 갖는 것 으로 해석된다 . 반면 이천 온천수는 주변 지하수와 유사한 동위원소 조성비를 가져 유사한 함양특성을 갖는 것으로 판단된다 .

온천가스에 대한

He/

He 동위원소비는 0.094 ×10

~ 0.653×10

범위를 보이고 ,

He/

He 비와

He/

Ne 비의 상 관관계도에서 포천지역 온천수는 지각기원의 영족기체가 우세한 반면 이천지역 온천수의 경우 대기기원의 혼합율 이 높지만 맨틀 ( 마그마 ) 등 심부기원의 헬륨 혼합율이 높은 것이 특징이다 . 이러한 영족기체 특성과 이천지역 온천수 네 고우라늄 함량과의 상관성에 대해서는 향후 연구할 가 치가 있을 것이다 .

Ar/

Ar 동위원소비는 297.3~302.8 의 범위로 대기기원의 값인 295.3 과 유사한 값의 범위를 보여준다 .

사 사

이 연구는 원자력연구개발사업과제중 ‘‘ 심지층 처분환경 타당성 평가 ’’ 과제의 연구비 지원으로 수행되었다 . 물 시 료에 대한 양이온 성분과 안정동위원소는 한국기초과학지 원연구원 대덕본원에서 분석되었다 .

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2009 년 12 월 2 일 원고접수 , 2009 년 12 월 21 일 게재승인 정찬호

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