지중저장 이산화탄소가 층상규산염광물의 광물학적 및 지화학적 변화에 미치는 영향 연구 (The effects of the carbon dioxide stored in geological formations on the mineralogical and geochemical alterations of phyllosilicate minerals)

서지정보

· 발행기관 : 대한지질학회
· 수록지 정보 : 지질학회지 / 50권 / 2호 / 231 ~ 240페이지
· 저자명 : 박은두, 왕수균, 김선옥, 이민희

초록

이 연구는 지중저장된 이산화탄소가 심부 지하 환경에 미치는 지질학적 및 광물학적 영향을 규명하기 위하여 수행되었다. 이를 위하여 이산화탄소 지중저장 조건에 해당하는 50℃와 100 bar의 고온·고압조건을 고압셀내에서 구현하고, 초임계 CO2-지하수-층상규산염광물 시스템 내에서의 반응 실험을 실시하였다. 반응실험에는 층상규산염 광물인 카올리나이트와 몬모릴로나이트 시료를 CO2가 유입되어 조성된 산성 환경에서의 반응광물로 선택하고, 지하 800 m에서 채취된 온천수를 지하수 시료로 사용하였다. 30일간의 반응실험을 통하여광물 시료의 용해 특성과 반응 전후의 지화학적 및 광물학적 변화를 XRD, XRF, ICP-OES, SEM/EDX 등의 분석을 통해 정량적으로 규명하고자 하였다. 실험을 통하여 이산화탄소의 용해로 조성된 산성 환경에서 야기된점토광물의 용해가 지하수 내 pH와 양이온 농도의 변화에 영향을 미치고, 광물 시료의 조성뿐만 아니라 층간간격 등 광물상의 변화를 유도하는 일련의 과정이 관측되었다. 실험의 결과는 이산화탄소의 존재가 카올리나이트와 몬모릴로나이트 시료로 대표된 층상규산염광물의 용해를 촉진할 수 있음을 뚜렷하게 보여주었다. 또한 광물상의 용해/침전과 양이온 교환 등 지화학적 반응들이 지중저장 관련 지층의 암석과 지하수의 물리화학적 변화에 중요한 영향을 미칠 수 있다는 점을 입증하였다.

영어초록

This study aims to identify the geochemical and mineralogical effects of carbon dioxide stored ingeological formations on the subsurface environments. A series of autoclave experiments were conducted tosimulate the interactions in the CO2-groundwater-phyllosilicate reaction systems using a high pressure andtemperature cell at 50℃ and 100 bar. Kaolinite and montmorillonite were used as geological materials reactivein CO2-rich acidic environments, and groundwater samples from a 800 m-depth well were applied as aqueoussolutions. The characteristics of dissolution of phyllosilicate minerals and their geochemical and mineralogicalalterations after 30-days of reaction were quantitatively examined with XRD, XRF, ICP-OES and SEM/EDX.
Throughout the experiments, the dissolution of CO2 resulted in lowering the pH, increasing cation concentrationsin the aqueous phase, and, thereby, the changes in composition and interlayer spacing in the mineral phase. Theexperimental results clearly showed the enhanced dissolution of kaolinite and montmorillonite with the presenceof CO2. They also suggested that geochemical processes such as dissolution/precipitation and cation exchangeplayed major roles in physical and chemical changes in pore structure and groundwater in relevant formations andaquifers.

참고자료

· 없음