포항·장기분지 덮개암의 광물 조성을 모사한 인공 덮개암 제작 및 물리·역학적 특성 평가
Evaluation of Physical and Mechanical Properties of Synthetic Caprock Simulating the Mineral Composition of Caprock in Pohang and Janggi Basins, Korea
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초록
이산화탄소 지중저장(Carbon Capture and Storage, CCS) 기술에서 이산화탄소를 심부지층에 장기간 안전하게 저장하기위해서는 덮개암의 건전성이 필수적으로 확보되어야 한다. 일반적으로 덮개암 건전성 평가는 시추를 통해 채취한 자연암석코어의 물리·역학적 특성을 분석하여 수행된다. 그러나 시추 비용이 높고 시료 손상의 우려가 있어, 최근에는 인공암석을활용한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 연구에서는 국내 이산화탄소 지중저장소 후보지로 평가되는 포항분지와 장기분지덮개암의 광물 조성을 바탕으로 인공 덮개암을 제작하였다. 또한, 압밀 하중에 따른 인공 덮개암의 물리·역학적 특성을평가하기 위해 공극률과 투수계수, 일축압축강도를 측정하였다. 실험 결과, 압밀 하중이 증가함에 따라 포항분지 및 장기분지시료 모두 공극률과 투수계수는 감소하고, 일축압축강도는 증가하는 경향을 보였다. 그러나 두 시료는 자연암석과 비교할때 물리·역학적 특성에서 차이를 보였으며, 이는 교결작용 및 화학적 압축과 같은 화학적 속성 작용이 실험실 조건에서재현되지 않았기 때문으로 판단된다. 본 연구의 결과는 향후 국내 이산화탄소 지중저장 실증 사업에서 부지 특성을 반영한인공 덮개암 제작을 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것이다.
Abstract
In carbon capture and storage (CCS), maintaining caprock integrity is a critical factor for ensuring the long-term containment of CO2. Caprock integrity is typically assessed by analyzing the physical and mechanical properties of natural core samples obtained through drilling. However, due to the high costs associated with drilling and the risk of core damage, recent studies have increasingly explored the use of synthetic rock as an alternative. In this study, synthetic caprock samples were fabricated to replicate the mineral compositions of caprock from the Pohang and Janggi basins, which are considered potential CO2 storage sites in Korea. Porosity, permeability, and uniaxial compressive strength (UCS) were measured to evaluate the physical and mechanical behavior of the synthetic caprock under varying consolidation stress conditions. With increasing consolidation stress, porosity and permeability decreased, while UCS increased in both synthetic samples. However, notable differences in physical and mechanical properties were observed between the synthetic samples and natural rock, primarily due to the absence of chemical diagenetic processes, such as cementation and chemical compaction, in laboratory conditions. These findings provide essential baseline data for the fabrication of site-specific synthetic caprock analogs in CCS demonstration projects.