자원환경지질, 제 51 권, 제 2 호, 121-130, 2018 Econ. Environ. Geol., 51(2), 121-130, 2018 http://dx.doi.org/10.9719/eeg.2018.51.2.121 pissn 1225-7281 eissn 2288-7962 KURT 연구지역에서지질모델을이용한수리지질모델의구축 박경우 * 고낙열 지성훈 한국원자력연구원 Construction of Hydrogeological Model for KURT Site Based on Geological Model Kyung-Woo Park*, Nak-Yeol Ko and Sung-Hoon Ji Korea Atomic Energy Research Institute, Daejeon 989-111, Republic of Korea (Received: 19 March 2018 / Revised: 6 April 2018 / Accepted: 6 April 2018) The KURT (KAERI Underground Research Tunnel) is a research tunnel which is located in KAERI (Korea Atomic Energy Research Institute) site. At KURT, researches on engineering and natural barrier system, which are the most important components for geological disposal system for high level radioactive waste, have been conducted. In this study, we synthesized the site characteristics obtained by various types of site investigation to introduce the geological model for KURT site, and induced the 3-D hydrogeological model for KURT site from the geological model. From the geological investigation at the surface and boreholes, four geological elements such as subsurface weathered zone, upper fractured rock, lower fractured rock and fracture zones were determined for the geological model. In addition, the geometries of these geological elements were also analyzed for the geological model to be three-dimensional. The results from 3-D geological model were used to construct the hydro-geological model for KURT site, which is one of the input data for groundwater flow modeling and safety assessment. Key words : radioactive waste disposal, KURT, geological model, hydrogeological model, groundwater flow modeling KAERI Underground Research Tunnel( 이하 KURT) 는한국원자력연구원의연구지역에건설된지하처분연구시설이다. 현재 KURT 에서는방사성폐기물의심층처분의주요핵심요소인공학적방벽과천연방벽에대한연구를수행하고있다. 본연구에서는심부영역의부지특성평가기술을구축하기위해수행된 KURT 연구지역의부지특성조사를종합하여, 부지지질모델을구축하고, 이로부터 3 차원수리지질모델을도출하였다. 연구지역에서수행된지질조사와시추공조사결과를이용하여분석한결과, 수리지질학적관점에서중요한풍화대, 상부단열암반대, 하부단열암반대와심부영역에존재하는결정론적단열대를정의하여이들을 3 차원으로모형화하였고, 구축된지질모델과현장수리시험결과를종합하여지하수유동모델링및처분안전성평가에주요한입력자료가될수리지질모델을도출하였다. 주요어 : 방사성폐기물처분, KURT, 지질모델, 수리지질모델, 지하수유동모델링 1. 서론 방사성폐기물의영구처분이란향후폐기물을회수 하여사용하지않도록방사성폐기물을처분하여인간과생태계로부터이를영구히격리시키는것을의미한다. 일반적으로방사성폐기물의처분은방사성폐기물이 This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided original work is properly cited. *Corresponding author: woosbest@kaeri.re.kr 121
122 박경우 고낙열 지성훈 발생된국가에서자국처분을원칙으로하고있으며, 처분방식으로지층처분이처분안전성을고려할때방사성폐기물의처분에가장적합한것으로권장하고있다 (IAEA, 1994). 방사성폐기물처분장의최종목표는처분된폐기물이방사성붕괴에의해생태계에유해하지않을정도로준위가감소될때까지방사성물질의누출을봉쇄하거나지연시켜안전성을확보하는것으로궁극적으로는지속적인원자력의안전한이용을가능하게하고자하는것이다. 이를위해처분장에는공학적방벽으로방사성폐기물을격리하고, 천연방벽으로핵종이동을격리하거나지연시키는다중방벽기법이적용되고있다. 특히, 암반으로구성된천연방벽에서암반매질은거의불투수성이며, 암반내에분포하는단열또는단열대가잠재적인지하수유동로가되는데, 핵종은이러한단열을통해흐르는지하수를따라처분장에서인간생활권으로도달하게된다. 따라서, 처분안전성평가를위한변수중지하수에의한핵종의이동이가장주요하게고려되고있으며, 방사성폐기물의처분안전성과관련하여처분영역으로부터생태계까지의지하수유동경로에대한연구가선행되어야한다. 국내의경우심부영역은대부분결정질암반으로구성되어있으며, 앞서기술한바와같이암반내존재하는단열혹은단열대가지하수의잠재적인유동로가될수있기때문에처분을위한부지특성조사과정에서는이를규명하는지질구조모델을우선적으로도출해야한다. 그리고구축된지질모델을기준으로다양한현장조사를수행하여수리지질모델, 지화학모델및지질역학모델등의부지특성모델을구축할수있다 (Park et al., 2009a). 한국원자력연구원은부지특성조사기술을구축하고, 이를활용하여지하심부환경을이해하기위하여 1997년부터지금까지한국원자력연구원주변지역을고준위방사성폐기물처분을위한연구지역으로선정하여다양한지질관련연구를수행해왔다. 특히, 2014년에는지하처분연구시설 (KURT) 을준공하여방사성폐기물처분을위한부지특성평가기술의확보를위해노력하고있으며 (Fig. 1) (Park et al., 2015), 2016년까지 KURT에서수행된부지특성평가결과를정리하여 KURT 기반파이로공정고준위폐기물처분시스템개념개발단계 Safety Case 보고서 를발간하였다 (Kim et al., 2016). 본연구에서는, 방사성폐기물처분을위해연구지역에서수행된부지특성조사결과에근거하여부지특성모델을구축하였으며, 특히심부영역에서지하수유동경로가될수있는투수성영역을도출하기위해연구지역의지질모델에입력될지질요소를구분하였다. 본논문에기술된연구결과는한국원자력연구원이발간한 Safety Case 보고서 (Kim et al., 2016) 에기술된연구결과중 KURT 주변지역의지질모델과수리지질모델을요약한것임을밝힌다. 2. 연구지역 2.1. 연구지역의지형및지질연구지역은행정구역상대전광역시유성구에위치한다. 이지역은서울에서남쪽으로약 150 km 이격되어있으며금강을경계로충청북도및충청남도와접경을이루고있다. 광역적으로연구지역의지형을살 Fig. 1. History of KAERI Underground Research Tunnel (KURT).
KURT 연구지역에서 지질모델을 이용한 수리지질모델의 구축 123 Fig. 2. Geologic map of the study area. Study area is located in the northern part of Daejeon. 펴보면 서쪽에 가장 높은 계룡산이 위치해 있으며, 계 룡산 줄기를 능선으로 공주시와 접하고 있고, 갑천이 남서쪽에서 북동쪽으로 흐른다. 연구지역은 경기변성암 복합체 내에 위치해 있으며 주요 지질은 선캠브리아기 의 편마암류와 중생대의 심성암 및 맥암류로 구성되어 있다 (Fig. 2). 이 중 선캠브리아기의 변성암류는 흑운 모 편마암 및 편암으로 구분되며 주로 연구지역의 시 추 지점에서 북서부에 분포한다. 심성암류는 시대 미 상의 편상화강암과 연구지역에서 광범위하게 분포하는 복운모화강암으로 구분할 수 있는데, 복운모화강암이 편상화강암을 관입하고 있다. 대전도폭에서는 편상화강 암을 중생대 쥬라기의 편마상화강암으로 복운모화강암 과는 동일 마그마에서 유래된 것으로 기재하였다 (Lee et al., 1980). 연구지역 외곽부에는 중생대 심성암류가 시대미상의 변성퇴적암류를 관입하고 있으며, 4기 충 적층이 수계를 따라 수 미터의 두께를 보이면서 연구 지역 전반에 매우 광범위하게 분포하고 있다 (Fig. 2) (Park et al., 1977). 2.2. 연구지역의 규모 정의 본 논문에서 연구지역의 규모를 정의할 때, 연구지 역을 포함한 지하수의 유동 양상에 근거하여 모델 영 역을 광역-국지-부지-암반블록으로 규모별 분류를 한 바, 연구지역에 대한 규모별 분류는 부지 고유의 지하 수 유동체계와 관련된다 (Sven and Roger, 1994). KURT 연구지역의 영역 규모를 살펴보면 광역 규모의 모델은 수십 km2의 크기로 보다 작은 영역인 국지규 모의 지하수 유동에 대한 경계를 구분하거나 경계조건 을 제시하기 위해 설정되었으며, 국지 규모는 관심 대 상의 지하수 유동 시스템의 배출 영역 (discharge area)과 함양 영역 (recharge area)을 포함하는 영역으 로 연구지역을 흐르는 지하수 시스템을 이해하기 위한 목적으로 설정되었다 (Fig. 3). 부지 규모의 영역은 국 지 규모의 한 부분으로 보다 상세한 수리지질 현상과 지하수 유동 시스템을 이해하기 위해 설정하였으며, 블 록 규모의 영역은 부지 규모의 작은 한 부분으로 지하 수 유동과 관련하여 연구지역에 존재하는 투수성 단열 의 수리특성을 확인하고 대표성을 갖는 수리지질인자 를 제시하기 위한 가장 상세한 수리지질 현상을 이해 를 목적으로 구분하였다. 본 연구에서는 주로 선형구 조 분석이 수행된 국지 규모 영역과 지구물리탐사 및 연구용 시추공이 굴착된 부지 규모의 영역을 이용하였
124 박경우 고낙열 지성훈 Fig. 3. Schematic diagram showing groundwater flow at each spatial scale around the KURT area. Fig. 4. Areal scale of the study area. Local scale area was selected based on the groundwater dividing line in underground. Dashed line inside site scale area is the boundary of the Fig. 5. 는데, 국지규모의영역을설정하기위하여광역규모의지하수유동모델링을통해연구지역의무유량경계의영역을이용하였으며, 부지규모는국지규모의한부분으로연구지역에대한상세현장조사가수행되었던부분을포함하여구성하였다 (Fig. 4). 본논문에서기술된 KURT 연구지역의지질모델및수리지질모델은현장조사자료가있는부지규모의영역에국한하여기술하였다. 2.3. 시추공의위치본연구에서는방사성폐기물처분을위한심부지질환경특성연구의일환으로한국원자력연구원내부지에굴착된 15개의시추공자료를이용하였다 (Fig. 5). 시추공의위치및굴착심도에따라 YS, KP, DB, AH 관정군으로분류할수있는데, YS 관정군 (YS-1, YS-2, YS-3, YS-4, YS-5, YS-6, YS-7) 은 2000년초반에유성지역의심부지질특성및심부지하수의수리특성조사를위해지하 200 m ~ 500 m의깊이로굴착되었 으며, KURT 가건설되기전부지조사를위하여 KURT 입구에수직방향으로 KP-2 시추공과평행한방향으로 KP-1 시추공을굴착하였다. 그리고처분대상심도이상 (500 m 이상 ) 의지하에대한지질, 수리지질및지화학특성을파악하기위해장심도시추공인 DB-1 ( 심도 500 m) 와 DB-2 ( 심도 1,000 m) 시추공을 2008년과 2009년에각각굴착하였다. 2010년이후 AH 관정군 (AH-1, AH-2, AH-3, AH-6) 이 KURT의남쪽에추가로굴착되었는데, 이관정군은화강암연구지역 (KURT 남쪽연구지역 ) 의심부환경을평가하고모델화하는기술을개발하는목적으로설치되었다 (Park et al., 2014).
KURT 연구지역에서지질모델을이용한수리지질모델의구축 125 Fig. 5. Location of boreholes around KURT area. 3. 연구방법 KURT 연구지역의부지특성을평가하기위해먼저연구지역의지질모델을구축하였다. 지질모델 (Geological model) 은기반암에대한지질조건, 충적층및풍화대의특성을설명하는암상모델 (Lithological model) 과기반암내존재하는단열대및단층의기하학적특성을기술하는지질구조모델로구분할수있다. KURT 연구지역에서는지질모델을구축하기위해 K- Geo system (GOCAD, Vulcan, JMP, MS Excel) 을이용하였다 (Table 1). KURT 연구지역의상부토양층및풍화대에대한깊이는지표지구물리탐사결과및시추공조사자료를이용하여통계적으로평가하였으며, 기반암내단열대및단층을도출하기위해다음의단계적해석을수행하였다. 먼저, 지표조사의일환으로 Vulcan 프로그램을이용하여지하처분연구시설주변지역에대한선형구조분석및지표지구물리탐사결과를분석하였다. 그리고 GOCAD 프로그램을활용하여선형구조분석과지표지구물리탐사결과를활용 하여지하처분연구시설주변지역의개념적지질구조를이해하고, 예상단열대혹은단층의위치와방향성을예측하였다. 다음으로시추공단열조사를수행하였는데, 시추공단열조사는시추공초음파주사검층결과를이용하여개개단열을도출하고, Excel을이용한통계적방법으로연구지역고유의단열대를정의하였다. 이결과를활용하여각시추공별로존재하는단열대를구분하였고, 단열대의폭 (width) 및방향성을분석하였다. 마지막으로첫번째단계에서수행된선형구조분석및지표지구물리탐사결과와두번째단계에서수행된시추공단열분석결과를종합하여 JMP 프로그램을이용해연구지역의지질모델을구성하였다. 연구지역의수리지질모델은심부영역에대한지하수유동을평가하기위해지질모델에기반하여구축하였다. SKB는결정질암반에서일반적으로수리지질모델의요소로수리토양대 (Hydraulic Soil Domain, HSD), 수리투수대 (Hydraulic Conductor Domain, HCD) 와수리암반대 (Hydraulic Rock Domain, HRD) 로구분하였다 (Andersson et al., 2002). 이와같은 Table 1. Modeling tools for site description model Model Geological model Hydro-geological model Groundwater flow model Software K-Geo(GOCAD, Vulcan, JMP, Excel) Feflow, Fracman Feflow
126 박경우 고낙열 지성훈 구분방법을 KURT 연구지역에서도적용하였는데 KURT 연구지역의수리지질모델은지질모델의각요소에대응하여수리지질모델요소를구분하여정의하였다. 4. 연구결과 4.1. 지질모델지질모델은암상모델 (Lithological model) 과지질구조모델 (Geological structural model) 로구분할수있다. KURT 연구지역의지질모델중암상모델은지표근처에서심부로깊어짐에따라상부토양층및풍화대, 화강암을모암으로하는기반암으로구분할수있으며, 기반암은저경사단열대를많이포함하고있는상부단열암반대와이보다하부에존재하여방사성폐기물처분연구의주요관심이되는하부단열암반대로구분할수있다 (Koh et al., 2010). 지질구조모델은기반암내에존재하여지하수의잠재적유동로가될수있는주요지질구조인단열대와단층으로구분할수있다. 이에 KURT의지질모델은암상모델과지질구조모델의요소를함께종합하여구축하였다. 지질모델도출을위해 KURT 연구지역에서수행된지표지질조사, 시추공지질조사와 KURT 내에서수행 Table 2. Depth distribution of weathered zone in borehole around KURT area borehole Depth (m) borehole Depth (m) AH-1 27 YS-01 16 AH-2 10 YS-02 15.2 AH-3 16 YS-03 15 AH-4 15.2 YS-04 13 Geophysical survey 10 ~ 20 YS-05 10 KP-1 27 YS-06 15 KP-2 10 YS-07 38 한지질조사를종합하여볼때, 본연구지역의지질모델요소은상부토양층및풍화대 (Weathered zone, WZ), 저경사단열을포함한상부단열암반대 (Upper fractured rock, UFR), 하부단열암반대 (Lower fractured rock, LFR), 단열대 (Fracture zone, FZ) 임을알수있었다 (Park et al., 2016a). 4.1.1. 상부토양층및풍화대 (Weathered zone, WZ) KURT 연구지역에서확인되는상부토양층및풍화대의두께는시추공별로차이가있지만, 지표에서 15 m ~30m의심도에분포하는것으로확인된다 (Table 2, Fig. 6). 이는지구물리탐사결과에서도비슷한결과가도출된다. 시추공에서확인한결과상부토양층및풍화대의두께는해발고도와다음관계식을갖고분포하고있는것으로지질모델에반영하였다. WZ의두께 = 0.29 해발고도 (m.s.l.) 9.39 4.1.2. 상부단열암반대 (Upper fractured rock, UFR) 토양층및풍화대 (WZ) 의하부에위치하는상부단열암반대는 KURT 연구지역의주요한지질특성이다. 시추공에서관찰한단열의방향성분석결과, 저경사단열을다수포함한단열암반이지표에서 22.5 m ~ 84.2 m의심도에분포하고있다 (Table 3, Fig. 7). 이영역의단열분포특성은하부암반의것과다르기때문에, 본영역을상부단열암반대로정의하고, KURT 연구지역에대한지질모델의한구성요소로입력하였다. 각시추공에서해발고도에따른상부단열암반대깊이의상관관계를분석한결과, 토양층및풍화대와는다르게해발고도와의상관관계가크지않았으나, 토양층및풍화대와마찬가지로아래의상관관계수식을이용하여지질모델에반영하였다. UFR의두께 = 0.14 해발고도 (m.s.l.) + 30.68 Fig. 6. Surface topography(left) and depth distribution of weathered zone(right) around KURT area.
KURT 연구지역에서지질모델을이용한수리지질모델의구축 127 Fig. 7. Surface topography(left) and depth distribution of upper fractured rock (right) around KURT area. Table 3. Depth distribution of upper highly fracture rock in borehole around KURT area borehole Depth (m) borehole Depth (m) KP-2 50 YS-04 28 YS-01 53 YS-05 22.5 YS-02 51 YS-06 45.8 YS-03 74.1 YS-07 84.2 4.1.3. 하부단열암반대 (Lower fractured rock, LFR) KURT 연구지역의상부단열암반대하부에위치하는기반암이하부저밀도단열암반이다. 단열의밀도를기준으로암반영역을정량적으로정의하면하부단열암반대는단위길이 (meter) 당단열의개수가 5개미만인구간으로정의할수있다. 일부시추공 (DB-1) 에서시추공상부에서깊이가 290 m 되는지점을경계로단열의빈도가단위길이당 1개미만으로관측되어수리암반대를두개로구분한연구도있다 (Koh et al., 2010). 그러나연구지역의지질모델을구축할때, 단열의빈도를기준으로단열대를정의함에있어 KURT 연구지역에서단열대는단위길이당 5개이상의단열이존재하는구간을예비적으로단열대로정의하였으므로이기준을따라하부단열암반대를구분하였다. KURT 연구지역에서하부단열암반대내에존재하는단열의방향성은크게남북방향, 북서방향, 동서방향으로구분할수있다. 암반내존재하는단열의방향성은연구지역의단열대방향과일치하며 (Koh et al., 2010; Park et al., 2009b), 따라서 KURT 주변지역에서단열대를형성시킨지구조적운동에의해기반암내단열이생성된것으로판단할수있다. 4.1.4. 단열대 (Fracture zones, FZ) KURT 연구지역에서존재하는단열대는, 수치지도와 항공사진을통해분석한선형구조분석결과와시추공을굴착하여도출한결과, 지표지구물리탐사결과를비교하여도출하였다. 먼저시추공단열조사결과를이용하여단열간의공간분석을실시하였는데, 이를통해단열빈도가 5개 /meter 이상인구간이단열대일확률이높다는것을확인하고이구간을예비단열대구간으로정의하였다. 그리고이정의에따라연구지역에설치된각시추공에대해예비단열대를구분하였다 (Park et al., 2009b). 이렇게구분된예비단열대가시추공단열조사를통해서획득할수있는미세단열로만구성되었는지아니면, 실제큰규모의단열들을포함하는지확인하기위해조사코어의영상과비교하였으며, 심부환경을구성하고있는매질의특성및부존하는지하수의유동성을간접적으로지시하는물리검층결과를검토하여조사지역의단열대를결정하였다. 시추공에서조사된최종단열대를지표지구물리탐사에서도출된이상대와선형구조분석결과와비교하여 KURT 지역에서최종적으로총 18개의단열대를도출하였다. 또한, SKB 단열대의분류기준을일부수정하여 (Andersson et al., 2002), KURT 영역의단열대분류체계를설정하고도출된단열대를분류기준에근거하여분류하였다 (Park et al., 2009a) (Table 4). 총 18개의도출된단열대에대해연결성을검토하고시추코어자료를분석하여단열대폭을구분하였다 (Table 5). 4.2. 수리지질영역의구분일반적으로수리지질모델의영역별요소는수리토양대 (Hydraulic soil domain, 이하 HSD), 수리투수대 (Hydraulic conductor domain, 이하 HCD), 수리암반대 (Hydraulic rock domain, 이하 HRD) 로구성된다.
128 박경우 고낙열 지성훈 Table 4. Criteria for classification of fracture zone size around KURT area (Park et al., 2009a) Class Sub-class Width Geometric Hydraulic description Behavior Regional fracture zone >100 m Deterministic Class S 50-100 m Deterministic Local major fracture zone Class A 10-50 m (with uncertainties) Class B 5-10 m HCD Local fracture zone Class C 0.1-5 m Statistical (some deterministic) Background Fracture <0.1 m Statistical HCD or HRD Table 5. Fracture zones around KURT area, which are identified from geological investigation FZI Class Borehole width Methodology Connectivity 1 FZ2A-1 A YS-1 14 Borehole, Lineament 2 FZ2A-2 A YS-1 17.3 Borehole, Lineament, Geophysical survey 3 FZ2A-3 A YS-2 18.5 Borehole, Lineament, Geophysical survey 4 FZ2A-4 A YS-6 15 Borehole, Lineament, Geophysical, Tunnel 5 FZ2A-5 A KP-1 Borehole, Lineament, Tunnel survey 6 FZ2A-6 A KP-1 14 A DB-1 17.3 Borehole, Lineament DB-2, YS-7 7 FZ2A-7 A MWCF2 14.4 Borehole, Lineament DB-1, DB-2 8 FZ2A-8 A AH-1 19.2 Borehole, Lineament DB-2 9 FZ2A-9 A AH-2 17 Borehole, Lineament, Geophysical survey DB-1, DB-2, YS-1, YS-3, YS-4, YS-6 10 FZ2A-10 A AH-2 20 Borehole, Lineament 11 FZ2B-1 B KP-1 6 Borehole, Lineament, Tunnel survey DB-2, YS-7 12 FZ2B-2 B AH-1 5 B DB-1 5.1 Borehole, Lineament YS-5 13 FZ2C-1 C MWCF1 3.3 Borehole, Tunnel KURT 14 FZ2C-2 C AH-2 2.5 Borehole, Lineament DB-2 15 FZ2C-3 C AH-6 3.6 Borehole DB-2, YS-7 16 FZ2C-4 C AH-1 4.5 Borehole, Lineament, Geophysical survey 17 FZ2C-5 C AH-2 3.9 Borehole, Geophysical survey 18 FZ2C-6 C AH-3 1 Borehole, Lineament 그러나 KURT 주변지역에서는저경사단열을포함한상부단열암반대가지질모델의한요소를구성하고있으며, 이를수리지질모델에상부수리암반대로추가하여기본개념모델을제안하였다 (Koh et al., 2010). 이에지질모델의각요소에대해수리특성을평가하고이를통하여수리지질모델의각요소들을정의하였다. 4.2.1. 수리토양대 KURT 연구지역에서확인되는상부토양층및풍화대의심도는조사지점별로차이가있지만, 15 m ~ 30 m의분포를갖는것으로분석된다. 또한, 수리토양대의현장수리시험결과에서 1.5 10-7 m/sec의평균수리전도도를제시하고있다 (Park et al., 2016b). 4.2.2. 수리투수대 KURT 연구지역에서확인되는단열대를대상으로현장수리시험을통해수리지질특성을도출하였다. 현장수리시험을수행한구간은조사지점별예비단열대로추정되는구간을대상으로하였으므로시추코어분석결과최종단열대로도출되는구간을포함하거나포함하지않을수있다. 최종단열대에대한투수량계수도출은두방법을이용하였는데, 첫째는 YS 시추공에서수행한구간별정압주입시험결과를바탕으로단열대에해당하는구간의투수계수를추출하여수리투수대의수리특성을도출하였으며, 두번째방법은 DB 시추공, AH 시추공의지질모델에서도출한예비단열대만을대상으로수행한현장수리시험결과를근거로
KURT 연구지역에서지질모델을이용한수리지질모델의구축 129 하였다. KURT 연구지역에서의각단열대에대한평균수리전도도는 1.33 10-6 m/sec로도출되며, 1.96 10-8 ~ 2.90 10-5 m/sec의범위를갖고있다. 단열대의폭을수리전도도로곱한평균투수량계수는 1.30 10-5 m 2 / sec의값을보인다. 전체단열대의투수량계수를살펴보면양봉분포를보이고있어단열대의규모별로투수성을구분하는과정이필요하다. 따라서, 단열대의분류기준에따라 Class A와 Class B, C로구분하여투수량계수를따로도시하였다. Class A에포함된단열대의투수량계수의평균은 6.34 10-5 m 2 /sec이며, Class B, C에포함된단열대의투수량계수의평균은 1.88 10-6 m 2 /sec로 1 order 이상의차이를나타내었다 (Park et al., 2016b). 4.2.3. 상부수리암반대 KURT 연구지역의주요한특징중하나인상부고밀도단열암반대는 1.05 10 7 m/sec의수리전도도를갖고있다 (Park et al., 2016b). 4.2.4. 하부수리암반대 KURT 연구지역의하부수리암반대의경우배경단열의밀도, 투수성에따라투수성이양호한구간도있겠으나, 일반적으로단열들이군집하여존재하는수리투수대나토양층및풍화대로구성된수리토양대에비해현저히낮은투수성을가지게된다. KURT 연구지역의하부수리암반대에대해수리투수대와같은방법을이용하였다. YS 시추공에서수행한정압주입시험결과를바탕으로암반대에해당하는구간의수리전도도를추출하였으며, DB 시추공, AH 시추공에서는암반대만을대상으로수행한현장수리시험결과를근거로하였다. 각현장수리시험결과도출된수리암반대의평균수리전도도는 1.05 10-10 m/sec을보여, 수리투수대의평균수리전도도와는 4 order 이상의차이를보였다. 또한, 깊이에따라수리전도도가감소하는경향성을파악할수있다 (Park et al., 2016b). 5. 결론 KURT 연구지역에서존재하는지질모델은상부토양층및풍화대, 상부단열암반대, 하부단열암반대, 단열대의네가지지질학적요소를갖는것으로구분하였다. 이중하부단열암반대를제외한나머지세요소는수리지질학적으로투수성이양호하여지하수가잘 흐를수있으나, 하부단열암반대의경우수리적으로저투수성을갖고있어지하수의흐름이극히적을것으로예상된다. 방사성폐기물의지층처분은지질, 수리지질, 수리지화학, 암반역학적인요소를고려하여천연방벽으로의역할을담당하는심부영역에공학적방벽으로폐기물을격리시켜방사성폐기물을처분하는개념으로볼때, 위지질모델요소중토양층및풍화대, 상부단열암반대와하부단열암반대는천부영역의지하수흐름과관련되거나처분대상이되는심부영역의지하수흐름이극히없기때문에단열대에비해그중요도가떨어진다. 즉, 처분과관련하여가장주요하게고려해야할지질학적요소는처분심도에존재하는단열대로규정할수있는것이다. KURT 연구지역에존재하는주요지질구조로총 18 개의단열대를도출하였다. 도출된단열대는각각선구조분석, 시추공조사, 지구물리탐사, 터널조사등의현장조사를통해도출되었으며, 이중 9개의단열대에대해다른조사지점과의연결성을검토하여제시하였다. 특히, KURT 지역에서주요투수성지질구조 (Main Water Conducting Feature, MWCF) 로정의된 FZ2A-7과 FZ2C-1단열대의경우인위적인활동 (KURT 를건설 ) 에의해주변지하수시스템에영향을주는주요한지질구조로서간주할수있다. 지하영역에서존재하는단열대이외에상부단열암반대도지하수의유동로로서역할을할수있다. 그러나상부단열암반대의경우수직방향의단열보다수평방향의단열이주로분포하고있어지하수의흐름도수평방향이우세할것으로예상할수있다. 따라서상부단열암반대가강우에의해심부영역으로지하수가함양되는흐름에대한억제하는수리적방어막으로서의역할을한다고판단된다. KURT 연구지역에서존재하는수리지질모델은수리토양대, 수리투수대, 상부수리암반대, 하부수리암반대의네가지수리지질학적요소를갖는것으로구분하였다. 이중, 지질모델에서도설명한바, 하부수리암반대를제외한나머지세요소는수리지질학적으로투수성이양호하여지하수가잘흐를수있으나, 하부수리암반대의경우수리적으로저투수성을갖고있어지하수의흐름이극히적을것으로예상된다. 수리지질모델의요소에대한특성을객관적으로이해하기위해 KURT 지역에굴착된시추공에서현장수리시험을수행하였다. 수리토양대와상부및하부수리암반대의수리지질특성은다수의현장시험자료중평균을이용하였으나, 단열대의수리지질특성은 1개의시추공에서
130 박경우 고낙열 지성훈 도출된값으로, 만약하나의단열대가 2개이상의시추공을관통한다면각시추공에서도출한현장시험결과의평균을수리지질특성으로제시하였다. KURT 지역의수리지질모델에서확인할수있는것과같이하부수리암반대에존재하는단열대의투수성이주변암반에비해현저히큰값을보이고있어, 하나의자료만을이용해결정된수리지질특성에대한오차가주요한지하수흐름에변화를야기할수있게된다. 따라서, 주요투수성구조에대한수리지질특성은하나이상의자료를종합하여도출하는것이바람직할것이다. 감사의글 이논문은한국연구재단의원자력연구개발사업의지원을받았음을밝힌다 (NRF-2017M2A8A5014858). References Andersson, J. and Berglund, J. (2002) Testing the methodology for site descriptive modelling. Application for the Laxemar area. SKB TR-02-19, SKB. IAEA (1994) Siting of Geological Disposal Facilities: A Safety Guide, Safety Series No 111-G-4.1, STI/PUB/ 952. IAEA. Kim, K.S., Kang, C.H., Ko, N.Y., Koh, Y.K., Kwon, J.S., Kim, G.Y., Kim, I.Y., Kim, J.W., Kim, J.S., Ryu, J.H., Park, K.W., Park, J.K., Park, T.J, Bae, D.S., Baek, M.H., Yoon, S., Lee, M.S., Lee, S.Y., Lee, Y.M., Lee, J.K., Lee, J.O., Lee, J.W., Lee, J.Y., Lee, C.S., Jung, S.L., Jung, J.T., Cho, D.K., Cho, W.J., Ji, S.H., Choi, Y.C., Choi, H.J. and Han, P.S. (2016) A Safety Case of the Conceptual Disposal System for Pyro-processing High-Level Waste Based on the KURT Site (AKRS- 16): Safety Case Synthesis Report, KAERI/TR-6726/ 2016, KAERI. Koh, Y. K., Bae, D.S, Kim, K.S, Kim, G.Y., Park, K.W., Ji, S.H., Ryu, J.H., Choi, J.W., Kim, S.K., Lee, S.Y., Chae, B.G., Jung, C.H. and Lee, B.S. (2010) Assessment of Deep Geological Environmental Condition for HLW Disposal in Korea, KAERI/RR-3109/2009, KAERI. Lee, S.M., Kim, H.S. and Na, G.C. (1980) Explanatory text of the geological map of Daejeon, Korea Research Institute of Geoscience and Mineral Resources. Park, H.I., Lee, J.D. and Jung, J.G. (1977) Explanatory text of the geological map of Yuseong, Korea Research Institute of Geoscience and Mineral Resources. Park, J.H., Kim, G.Y., Bae, D.S., Ryu, J.H., Ko, N.Y. and Kim, K.S. (2015) Annual Report on the KURT Operation, KAERI/MR-578/2015, KAERI. Park, K.W., Koh, Y.K., Kim, K.S. and Choi, J.W. (2009a) Construction of the Geological Model around KURT area based on the surface investigations, Journal of nuclear fuel cycle and waste technology, v.7(4), p.191-205. Park, K.W., Koh, Y.K., Kim, K.S. and Kim, G.Y. (2009b) Site characterizations around KURT area-geologic model (Version 1), KAERI/TR-3870/2009, KAERI. Park, K.W., Koh, Y.K. and Ryu, J.H. (2014) Fracture zone analysis using the data from AH boreholes in granitic area, KAERI/TR-5509/2014, KAERI. Park, K.W., Koh, Y.K. and Jung, S.L. (2015) Site descriptive model in granitic area (Geologic model) KAERI/ TR-6025/2015, KAERI. Park, K.W., Koh, Y.K., Jung, S.L. and Kim, K.S. (2016a), Geological model around KURT area, KAERI/TR- 6443/2016, KAERI. Park, K.W., Koh, Y.K. and Kim, K.S. (2016b) A study on comprehensive model for geological and hydro-geological model around KURT area, KAERI/TR-6444/ 2016, KAERI. Sven, F. and Roger, T. (1994) On the use of continuum approximations for regional modeling of groundwater flow through crystalline rocks, Advances in Water Resources, v.17, p.133-145.