CO₂ 주입에 따른 군산분지 덮개암 안정성 평가를 위한 인공단층비지 제작
저자
이유나(Yuna Lee) ; 백은지(Eunji Baek) ; 박주영(Juyeong Park) ; 송인선(Insun Song) ; 김현나(Hyunna Kim)
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2021
작성언어
Korean
자료형태
학술저널
수록면
502-502(1쪽)
제공처
장기적인 온실가스 감축을 위한 이산화탄소 해상 주입 실증 프로젝트가 군산분지에서 수행되고 있다. 다공질 저장층 내로 이산화탄소 주입 시, 저장층 내의 공극압 증가로 인해 덮개암에 있는 단층을 따라 주입된 CO₂의 누출이 발생할 수 있으며, 이는 공극압 증가로 인해 덮개암에 있는 단층비지와 반응하여 단층면의 마찰계수를 변화시킬 수 있다. 따라서 CO₂ 저장소의 단층 안정성 평가를 위하여 해당 연구지역의 단층비지와 이산화탄소와의 반응실험이 요구된다. 그러나 연구지역의 시추코어를 통해 단층비지를 얻기에는 어려움이 있어, 군산분지 덮개암의 특성을 반영하는 인공단층비지를 이용한 모사실험을 수행할 필요가 있다. 특히, 단층 미끌림면에 존재하는 단층비지는 결정도가 낮고 수-수백 나노 스케일의 초미세입자로 구성되어 있어, 이와 같은 특성을 반영하며 군산분지 동소분지 덮개암 조성과 유사한 인공단층비지를 제작하여야 한다. 하지만 인공단층비지를 제작하기 위한 적절한 방법론에 대한 체계적인 연구가 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 고에너지 볼 밀을 이용하여 동소분지에 존재할 수 있는 인공단층비지를 실험실에서 모사하기 위한 방법론을 연구하고자 하였다.
인공단층비지의 광물 구성은 동소분지 시추공 보고서를 참고하여, 석영, 조장석, 정장석을 선정하였다. 또한 일반적으로 단층비지에서 점토광물이 다량 관찰되는 것을 고려하여 추가로 몬모릴로나이트를 선정하였다. 먼저, 광물의 특성에 따른 차이를 알아보기 위하여, 분쇄시간을 달리하여 단조성 비지를 제작하였다. 분쇄가 진행됨에 따라 광물의 결정도와 입도는 꾸준히 감소하지만, 그 정도는 광물에 따라 서로 다르게 나타났다. 장석 시료는 1시간 분쇄만으로 결정도가 90% 이상 감소하고 원하는 입도에 도달하였지만, 석영은 12시간 분쇄 후에도 비정질화가 뚜렷하지 않았으며, 입도 역시 일부는 여전히 마이크로 스케일로 남아있었다. 몬모릴로나이트의 경우, 약 3시간의 분쇄를 통해 원하는 입도에 도달하였다.
연구지역의 암상을 대표할 수 있는 다조성 인공단층비지를 얻기 위하여, 석영:장석:몬모릴로나이트를 25:25:50 의 비율로 혼합하여 6시간 동안 분쇄를 진행하였다. 그 결과, 단조성 광물로 분쇄하는 경우에 비하여 분쇄된 시료의 비정질화가 잘 일어나지 않았다. 특히, 석영의 결정도 감소에서 큰 차이가 났다. 이는 여러 광물이 혼합된 시료의 분쇄에서 분쇄를 에너지가 모든 광물에 고르게 공급되지 않은 결과로 생각되며, 단층의 미끌림 강도가 약한 광물을 따라 주로 일어나는 실제 단층의 미끌림 거동과 유사하다. 하지만, 전체적으로 낮은 결정도와 작은 입도를 가지는 인공단층비지를 제작하기 위해서는 광물을 혼합한 후 분쇄하기 보다는 각각 따로 분쇄한 후 비정질화된 시료를 혼합하는 방법이 더 적합할 수 있음을 시사하며, 따라서 광물별로 분쇄된 단조성 비지
를 혼합하여 인공단층비지를 제작하는 방법을 추가로 연구하고 있다. 본 연구에서 제작한 인공단층비지를 활용하여, 추후 인공단층비지를 제작하는 방법을 추가로 연구하고 있다. 본 연구에서 제작한 인공단층비지를 활용하여, 추후 이산화탄소 반응 실험 및 마찰시험을 통해 CO₂ 주입에 따른 덮개암 단층의 미끌림 거동에 대한 이해를 고양할 수 있을 것으로 기대된다.
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