[논문]국내 고함량 우라늄 지하수의 분포와 기원에 관한 지질학적 고찰

황정

doi:10.9720/kseg.2018.4.593

[국내논문] 국내 고함량 우라늄 지하수의 분포와 기원에 관한 지질학적 고찰
Geological Review on the Distribution and Source of Uraniferous Grounwater in South Korea 원문보기

지질공학 = The journal of engineering geology, v.28 no.4, 2018년, pp.593 - 603

황정 (대전대학교 건설안전방재공학과)

초록
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고함량 우라늄 지하수의 대부분은 경기육괴와 옥천대의 쥬라기 화강암 지질에서 그리고 일부는 옥천대의 백악기 화강암 지질에서 산출되며, 영남육괴의 쥬라기 화강암 지질과 경상분지의 백악기 화강암 지질에서는 거의 산출되지 않는다. 경기육괴와 옥천대의 쥬라기 화강암과 옥천대의 백악기 화강암은 근원 마그마내 지각물질의 비율이 높고 고분화된 특성을 보이는데, 이러한 암석-성인적 특성은 고함량 우라늄 지하수가 해당 암상에서 우선적으로 산출되는 지질학적 주요 요인이다. S-type의 과알루미너질의 고분화 암상인 대전지역의 복운모 화강암에서는 높은 U-함량과 낮은 Th/U ratio 그리고 용해성 광물인 우라니나이트가 산출된다. 이러한 특성은 복운모 화강암이 지하수 내 우라늄의 유용한 공급원임을 지시하는 광물-지구화학적 주요 요인이다. 여러 지역의 지질도폭에서 쥬라기의 흑운모 화강암과 복운모 화강암을 서로 구분하지 않고 흑운모 화강암으로 기재한 경우가 많음을 고려하면, 고함량 우라늄 지하수가 산출되는 흑운모 화강암 지질에서도 복운모 화강암의 영향이 있을 것으로 추정된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The most of groundwater with high U-concentration occur in the Jurassic granite of Gyeonggi massif and Ogcheon belt, and some of them occur in the Cretaceous granite of Ogcheon belt. On the contrary, they do not occur in the Jurassic granite of Yeongnam massif and the Cretaceou granite of Gyeongsang basin. The Jurassic and Cretacous granite, the host rock of high U-groundwater, were resulted from parental magma with high ratio of crustal material and highly differentiated product of fractional crystalization. These petrogenetic characteristics explain the geological evidence for preferential distribution of uraniferous groundwater in each host rock. It were reported recently that high U-content, low Th/U ratio and soluble mineral occurrence of uraninite in the two-mica granite of Daejeon area which have characteristics of S-type peraluminous and highly differntiated product. It is the mineralogical-geochemical evidences supporting the fact that the two-mica granite is the effective source of uranium in groundwater. The biotite granite and two-mica granite of Jurassic age were reported as biotite granite in many geological map even though two-mica granite occur locally. This fact suggest that the influence of two-mica granite can not be ignored in uraniferous groundwater hosted by biotite granite.

주제어

표/그림 (5)

표 Table 1. Summary of characteristics on the representative sites in which the highest U-concentrations were reported in groundwater according to host rock type.
그림 Fig. 1. Spatial distributions of the representative sites in which uraniferous groundwater occur shown on Mesozoic granite lithology and tectonic map.
그림 Fig. 2. Molar A/NK vs. A/CNK diagram showing the peraluminous character of the two-mica granite in Daejeon area (data from Hwang and Moon, 2018).
그림 Fig. 3. Plot for U value vs. Th/U ratio of the two-mica granite in Daejeon area (data from Hwang and Moon, 2018).
그림 Fig. 4. The backscattered electron image and microprobe X-ray spectra showing the U-mineral occurrence and identification of Uraninite (a) and coffinite(b) in the two- mica granite of Daejeon area (after Hwang et al., 2014).

AI 본문요약
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문제 정의

현재까지 지하수 내 우라늄이 화강암중에서도 어떤 종류의 암상과 광물에서 기원하는지 그리고 그 분포에 대한 지질학적 규명이 미흡한 실정에 있다. 따라서 이 연구의 목적은 국립환경과학원이 조사한 지하수 중 우라늄이 고함량으로 보고된 대표적인 지역과 지질을 중심으로 우라늄의 주요 기원이 될 수 있는 광물과 암석 그리고 분포 특성을 고찰하는 데 있다. 이를 통해 고함량 우라늄 지하수의 분포와 기원에 대한 지질학적 근거를 제시하고자 한다.
1). 또한 지하수 중 우라늄 함량이 전국에서 가장 높게 보고된 대전지역 화강암의 우라늄 관련 광물 및 지구화학적 특성을 고찰하여 지하수 중 우라늄의 기원에 대하여 고찰하였다.
따라서 이 연구의 목적은 국립환경과학원이 조사한 지하수 중 우라늄이 고함량으로 보고된 대표적인 지역과 지질을 중심으로 우라늄의 주요 기원이 될 수 있는 광물과 암석 그리고 분포 특성을 고찰하는 데 있다. 이를 통해 고함량 우라늄 지하수의 분포와 기원에 대한 지질학적 근거를 제시하고자 한다.
각 지역에서 지하수내 우라늄 함량이 최고치를 보이는 지점의 지질은 쥬라기의 흑운모 화강암과 복운모 화강암 그리고 쥬라기 화강암에 집중된다. 쥬라기 화강암과 흑운모 및 백운모 화강암 간의 구분에 대하여는 뒤에서 논의하고자 한다. 현재까지 국내에서 가장 높은 우라늄 함량이 보고된 곳은 대전지역의 쥬라기 복운모 화강암 지질이며, 그 다음으로 높은 함량이 보고된 곳은 안성과 이천지역 으로서 지질은 흑운모 화강암이지만 부근에는 복운모 화강암이 분포한다.

제안 방법

이번 연구에서는 국립환경과학원이 보고한 우라늄 고함량 지역이 중생대 화강암류에 집중되어 있음에 주목하여, 우라늄이 고함량으로 보고된 대표적인 지역에서 지질에 따른 우라늄 함량의 최고치, 지질시대, 그리고 지체구조를 조사하였다(Table 1). 조사된 고함량 우라늄 지역의 지질학적 특성을 고찰하기 위해 각 대표 지역을 트라이아스기 화강암, 쥬라기 화강암, 백악기 화강암으로 구분한 중생대 화강암류의 분포지질도 및 지체구조도에 함께 표시하였다(Fig.
이번 연구에서는 국립환경과학원이 보고한 우라늄 고함량 지역이 중생대 화강암류에 집중되어 있음에 주목하여, 우라늄이 고함량으로 보고된 대표적인 지역에서 지질에 따른 우라늄 함량의 최고치, 지질시대, 그리고 지체구조를 조사하였다(Table 1). 조사된 고함량 우라늄 지역의 지질학적 특성을 고찰하기 위해 각 대표 지역을 트라이아스기 화강암, 쥬라기 화강암, 백악기 화강암으로 구분한 중생대 화강암류의 분포지질도 및 지체구조도에 함께 표시하였다(Fig. 1). 또한 지하수 중 우라늄 함량이 전국에서 가장 높게 보고된 대전지역 화강암의 우라늄 관련 광물 및 지구화학적 특성을 고찰하여 지하수 중 우라늄의 기원에 대하여 고찰하였다.

성능/효과

1. 고함량 우라늄 지하수의 대부분은 경기육괴와 옥천대의 쥬라기 화강암 지질에서 그리고 일부는 옥천대의 백악기 화강암 지질에서 산출되며, 영남육괴의 쥬라기 화강암 지질과 경상분지의 백악기 화강암 지질에서는 거의 산출되지 않는다. 고함량 우라늄 지하수는 남한구조선 북측의 중생대 화강암류에 국한되어 분포하는 특성을 보인다.
2. 쥬라기 화강암은 백악기 화강암에 비해 상대적으로 근원 마그마 내 지각물질의 비율이 높고 고분화된 특성을 보이는데, 이러한 암석 성인적 차이는 고함량 우라늄 지하수의 산출이 백악기 화강암 보다는 쥬라기 화강암 지역에 집중되는 지질학적 주요 요인이다.
3. 경기육괴와 영남육괴의 쥬라기 화강암체를 생성시킨 근원물질의 차이는 고함량 우라늄 지하수의 산출이 영남육괴보다는 경기육괴 지역에 집중되는 주요 요인이다.
4. 옥천대의 백악기 화강암은 경상분지의 백악기 화강암에 비해 마그마 내 지각물질의 비율이 높고 고분화된 특성을 보이는데, 이러한 암석 성인적 특성은 옥천대의 백악기 화강암 지질에서만 고함량 우라늄 지하수가 산출되는 지질학적 주요 요인이다.
5. 대전지역의 복운모 화강암은 S-type의 과알루미너질의 고분화 암상으로서 높은 U-함량과 낮은 Th/U ratio 그리고 용해성 U-광물인 우라니나이트가 산출되는데, 이는 복운모 화강암이 지하수 내 우라늄의 가장 유용한 공급원임을 지시하는 광물-지구화학적 근거로 추정된다.
6. 여러 지역의 지질도폭에서 쥬라기 화강암 중 흑운모 화강암과 복운모 화강암이 서로 동일한 마그마의 분화산물로서 점이적인 경계를 가지고 있어 두 암상을 따로 구분하지 않고 기재한 경우를 고려하면, 고함량 우라늄 지하수가 산출되는 흑운모 화강암 지질에서도 복운모 화강암의 영향이 있을 것으로 추정된다.
Table 1에서 보는 바와 같이, 우라늄 함량이 가장 높게 보고된 대전-청주, 안성-이천지역의 지하수는 복운모 화강암과 밀접한 관련성을 갖는다. 또한 각 지역의 지질도폭에서 쥬라기 복운모 화강암을 쥬라기 흑운모 화강암 및 쥬라기 화강암과 엄밀하게 구분하지 않은 것으로 보아 복운모 화강암이 기재되지 않은 고함량 우라늄 지하수 산출 지역에서도 복운모화강암의 영향이 있을 것으로 추정된다.

후속연구

경기육괴와 영남육괴의 기반암들의 연대와 동위원소적 특성이 구별되지 않는다는 남한구조선(SKTL)에 대한 논의도 있지만(Gwak et al., 2017), 쥬라기와 백악기의 화강암 지질에서 고함량 우라늄 지하수가 산출되는 지역이 남한구조선의 북측으로 한정되는 분포특성이 화강암의 지체구조적 환경과 성인에 어떤 관련이 있는지에 대한 추가적인 연구가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	국립환경연구원 조사에 의하면 지하수내 우라늄 함량이 높은 곳은 어떠한 지역입니까?	현재까지 수행된 국립환경연구원 조사 자료에 의하면 지하수내 우라늄 함량은 화강암 지역에서 가장 높으며 그중에서도 중생대 대보화강암 분포 지역에서 특히 높다(NIER, 2008; 2009; 2010). Yun et al.
	우라늄은 지질학적 시간동안에 주로 대륙지각 상부에 부화되어 왔는데 그 원인은 무엇입니까?	우라늄은 자연에서 산출되는 가장 무거운 원소로서 큰 이온반경과 높은 원자가로 인하여 조암광물의 결정구조에 들어가지 못해 부분용융 혹은 마그마 분화작용 동안에 액상에 계속적으로 부화된다. 그 결과 우라늄은 지질학적 시간동안에 주로 대륙지각 상부에 부화되어 왔다.
	우라늄의 특징은 무엇입니까?	우라늄은 높은 이동성과 긴 반감기 때문에 지하수에 비교적 높게 검출되며 우라늄이 인체에 흡수되면 방사선적 영향과 화학적 영향으로 인해 인체에 유해하다고 한다(CEPA, 2001). 1998년 대전지역의 지하수에서 방사성물질인 우라늄이 검출되었다는 보도 이후 국가차원의 사실규명과 관리대책 수립을 위해 1999년부터 3단계에 걸쳐 전국단위로 지하수 중 방사성물질 함유실태 조사가 수행되어 왔다.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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