[논문]중부 옥천대 월악산과 속리산 화강암의 방사성 광물 산출상태와 U-Th 지구화학

황정

doi:10.9720/kseg.2022.2.295

중부 옥천대 월악산과 속리산 화강암의 방사성 광물 산출상태와 U-Th 지구화학
Occurrence of Radioactive Minerals and U-Th Geochemistry of the Weolaksan and Sokrisan Granite in the Central Ogcheon Belt 원문보기

지질공학 = The journal of engineering geology, v.32 no.2, 2022년, pp.295 - 310

황정 (대전대학교 건설안전공학과)

초록
AI-Helper

월악산-속리산 화강암은 SiO₂와 알카리(Na₂O+K₂O) 함량이 높고 CaO와 P₂O₅는 결핍된 원소 특성을 보인다. 또한 화강암의 알루미나 포화지수는 1.3 이상으로 과알루미나질 특성을 보인다. U과 Th의 평균 함량은 각각 8.3과 39.3 ppm으로서 국내 중생대 화강암 중에서 가장 높은 방사성 원소 함량을 보이며, 화강암의 세계 평균보다 약 2배 정도로 높다. 이러한 높은 방사성 원소 함량 특성은 화강암의 고분화 특성과 대륙지각 기원의 암석 성인에 기인한다. U 또는 Th을 함유하는 방사성 광물은 저어콘, 토라이트, 모나자이트, 제노타임, 퍼구소나이트, 우라니나이트 등이다. 화강암의 Th/U 비 평균값이 5.4로서 지각 평균값과 유사하다는 것은 방사성 원소의 화강암 내 분포가 지각 기원 물질의 마그마 작용에 조절되었음을 의미한다. U과 Th에 대한 Zr, Y, HREE 간의 상관관계로 보아, 방사성 원소는 저어콘이나 모나자이트보다는 주로 제노타임에 포함되어 산출되는 것으로 해석된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The Weolaksan and Sokrisan granites yield high SiO2 and alkali (Na2O+K2O) contents and low CaO and P2O5 contents. The Al saturation index is ≥1.3, which indicates that the granites are peraluminous. The mean U and Th contents are 8.3 and 39.3 ppm, respectively, higher than typical Mesozoic granites in South Korea and about twice the global mean for granitic rocks. The causes of such high radioelement contents are related to high degrees of fractionation and the crustal origin of the granites. U- and Thbearing radioactive minerals occur in the granites include zircon, thorite, monazite, xenotime, fergusonite and uraninite. The fact that the mean Th/U ratio of the granites (5.4) is similar to the global average crustal value suggests that the radioelement contents of granite were controlled by the crustal source material. Given the correlation of Zr, Y, and heavy rare earth elements for U and Th, radioelements are more likely hosted by xenotime than zircon and monazite.

주제어

표/그림 (14)

그림 Fig. 1. Geological and map of the Weolaksan and Sokrisan area showing sample loacatons (after Kim et al., 1967; Lee and Kim, 1972; Lee and Park, 1965; Won and Lee, 1967).
그림 Fig. 2. Ternary modal quartz-alkali feldspar-plagioclase diagram for the Weolaksan Sokrisan granites. ●: Weolaksan granie, ◯: Sokrisan granite.
표 Table 1. Abundance of accessory minerals and the radioelements they host in the Weolaksan and Sokrisan granites
그림 Fig. 3. Accessory minerals in biotite from the Weolaksan granite observed under (A) plane-polarized and (B) cross-polarized light. BSE images of (C) thorite, monazite, and zircon crystals accociated with magnetite and (D) fergusonite, xenotime, and zircon crystals associated with magnetite.
그림 Fig. 4. EDS spectra for accessory minerals from the Weolaksan granite. (A) Thorite crystal containing U and Y. (B) Monazite crystal containing Th and REEs. (C) Zircon crystal containing no radioelements. (D) Fergusonite crystal containing U, Th, and REEs.
그림 Fig. 5. Accessory minerals in biotite from the Sokrisan granite observed under (A) plane-polarized and (B) cross-polarized light. BSE images of (C) thorite, xenotime, and zircon crystals associated with magnetite and (D) thorite, xenotime, and zircon crystals in biotite.
그림 Fig. 6. EDS spectra for accessory minerals from the Sokrisan granite. (A) Thorite crystal containing U and Y. (B) Zircon crystal containing no radioelements. (C) Zircon crystal containing U. (D) Xenotime crystal containing U, Th, and REEs.
그림 Fig. 7. BSE image (top left) and EPMA element maps of a fergusonite crystal from the Weolaksan granite showing that it contains U and Th. Scale (bars to the right of each map) show the x-ray intensity and differs among elements.
그림 Fig. 8. BSE image (top left) and EPMA element maps of a fergusonite crystal from the Sokrisan granite showing that it does not contain U. Scale (bars to the right of each map) show the x-ray intensity and differs among elements.
그림 Fig. 9. Uraninite in the Sokrisan granite. (A) Photomicrograph of biotite and garnet crystals associated with magnetite. (B) BSE image of uraninite and fergusonite crystals in magnetite. EDS spectra for (C) fergusonite crystal containing Th and (D) uraninite crystal containing Th.
표 Table 2. Major element, trace element, and REEs contents of the Weolaksan and Sokrisan granites
그림 Fig. 10. U, Th, and Th/U versus Sio₂ and Th versus U diagrams.●: Weolaksan granie, ◯: Sokrisan granite.
그림 Fig. 11. Bubble diagram showing the distribution of U in the Weolaksan and Sokrisan granites. Anomalous U content occur in the northern part of the intrusion.
그림 Fig. 12. Zr, Y, and HREEs versus U and Th diagrams. ●: Weolaksan granie, ◯: Sokrisan granite.

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

따라서 화강암 대수층에서 자연 방사성 물질 기원 규명을 위해서는 방사성 원소를 주로 포함하고 있는 광물에 대한 규명이 매우 중요하다. 이 연구에서는 중부 옥천대 백악기 화강암의 방사성 광물의 산출상태와 화학조성, 그리고 화강암 내 방사성 원소의 지구화학적 특성을 고찰하였다. 이 연구 결과는 백악기 화강암 지역에서 토양과 지하수에서 산출되는 자연 방사성 물질의 기원 규명에 중요한 기초자료를 제공할 것이다.

제안 방법

화강암 내 방사성 광물의 특성 연구를 위하여 연마 박편을 제작하여 편광 현미경에서 광물 구성과 조직에 관한 관찰을 수행하였다. 편광 현미경으로는 확인이 어려운 세립의 방사성 광물의 산출상태는 전자현미경의 후방 산란 전자영상 (back-scattered electron image, BSE) 자료를 이용하여 연구하였다. 후방 산란 전자영상은 무거운 원소의 광물일수록 밝은 영상을 보이는 특성을 보이므로 무거운 방사성 원소를 포함하는 작은 부성분 광물의 산출을 확인하고 기재하는 데 유용하다.
화강암 내 방사성 광물의 특성 연구를 위하여 연마 박편을 제작하여 편광 현미경에서 광물 구성과 조직에 관한 관찰을 수행하였다. 편광 현미경으로는 확인이 어려운 세립의 방사성 광물의 산출상태는 전자현미경의 후방 산란 전자영상 (back-scattered electron image, BSE) 자료를 이용하여 연구하였다.
암석 분석은 Canada의 Actlabs에서 XRF, ICP-AES, ICP-MS, INAA를 이용하여 수행하였다. 화강암의 모드 조성 분석을 위해 전암 분석용 분말 시료를 이용하여 XRD 분석을 수행하였다. XRD 분석은 기초과학지원연구원 대전 본원에서 다목적 X-선 회절분석기 (Dmax 2400, Rigaku사)를 이용하였다.
후방 산란 전자영상은 무거운 원소의 광물일수록 밝은 영상을 보이는 특성을 보이므로 무거운 방사성 원소를 포함하는 작은 부성분 광물의 산출을 확인하고 기재하는 데 유용하다. 확인된 방사성 광물에 대하여는 에너지분산분광기(energy dispersive X-ray spectrometer, EDS)를 이용하여 방사성광물의 화학조성을 확인하였다. 전자현미경 연구는 기초과학지원연구원 대전 본원의 FE-SEM(field emission scanning electron microscope, Hitachi S-4800, Japan)을 이용하였다.

대상 데이터

연구지역의 지질은 선캄브리아 시대의 기반암과 고생대 및 중생대의 퇴적암류, 그리고 이들을 관입한 화성암류로 구성되어 있다(Fig. 1).
화강암 내 방사성 원소의 지구화학적 특성 연구를 위해 월악산 화강암 10개 시료 및 속리산 화강암 15개 시료를 대상으로 주원소, 미량원소, 그리고 희토류 원소를 분석하였다. 화강암 시료는 위치 대표성을 고려하여 선정하였고, 선정된 시료들은 전암 화학분석을 위하여 텅스텐 카바이드 재질의 분쇄기를 사용하여 분말 시료를 만들었다.
화강암 내 방사성 원소의 지구화학적 특성 연구를 위해 월악산 화강암 10개 시료 및 속리산 화강암 15개 시료를 대상으로 주원소, 미량원소, 그리고 희토류 원소를 분석하였다. 화강암 시료는 위치 대표성을 고려하여 선정하였고, 선정된 시료들은 전암 화학분석을 위하여 텅스텐 카바이드 재질의 분쇄기를 사용하여 분말 시료를 만들었다. 암석 분석은 Canada의 Actlabs에서 XRF, ICP-AES, ICP-MS, INAA를 이용하여 수행하였다.

이론/모형

화강암의 모드 조성 분석을 위해 전암 분석용 분말 시료를 이용하여 XRD 분석을 수행하였다. XRD 분석은 기초과학지원연구원 대전 본원에서 다목적 X-선 회절분석기 (Dmax 2400, Rigaku사)를 이용하였다.
화강암 시료는 위치 대표성을 고려하여 선정하였고, 선정된 시료들은 전암 화학분석을 위하여 텅스텐 카바이드 재질의 분쇄기를 사용하여 분말 시료를 만들었다. 암석 분석은 Canada의 Actlabs에서 XRF, ICP-AES, ICP-MS, INAA를 이용하여 수행하였다. 화강암의 모드 조성 분석을 위해 전암 분석용 분말 시료를 이용하여 XRD 분석을 수행하였다.
확인된 방사성 광물에 대하여는 에너지분산분광기(energy dispersive X-ray spectrometer, EDS)를 이용하여 방사성광물의 화학조성을 확인하였다. 전자현미경 연구는 기초과학지원연구원 대전 본원의 FE-SEM(field emission scanning electron microscope, Hitachi S-4800, Japan)을 이용하였다.

성능/효과

(1) 월악산과 속리산 화강암 내 방사성 원소를 포함하면서 산출되는 부성분 광물은 저어콘, 토라이트, 모나자이트, 제노타임, 퍼구소나이트, 우라니나이트 등이다.
(3) 화강암의 U과 Th 평균 함량은 각각 8.3, 39.3 ppm으로서 세계 평균에 비해 약 2배 정도로 높은 것은 고분화 암상 특성과 대륙지각 기원의 암석 성인에 기인한다.
(4) 화강암의 Th/U 평균값이 5.4로 지각 평균값에 가깝다는 것은 방사성 원소의 화강암 내 분포가 주로 지각 기원 물질의 마그마 과정에 조절되었음을 의미한다.
(5) U과 Th은 Zr, Y, HREE 간의 상관관계로 보아 저어콘이나 모나자이트 보다는 주로 제노타임에 함유되어 산출되는 것으로 해석된다.
불투명 광물은자철적, 적철석, 티탄철석 등으로 구성된다. 월악산과 속리산 화강암에 대한 XRD 분석 결과, 두 화강암의 광물 구성 비는 서로 유사하며, 석영 27~42%, 알칼리장석 22~31%, 사장석 29~40%, 흑운모 1~10%로 나타났다. 두 화강암의 광물 조성은 QAP-삼각도(Streckeisen, 1976)에서 화강암 영역에 도시되며, 사장석이 알칼리장석보다 조금 높은 구성비를 보인다 (Fig.

후속연구

이 연구에서는 중부 옥천대 백악기 화강암의 방사성 광물의 산출상태와 화학조성, 그리고 화강암 내 방사성 원소의 지구화학적 특성을 고찰하였다. 이 연구 결과는 백악기 화강암 지역에서 토양과 지하수에서 산출되는 자연 방사성 물질의 기원 규명에 중요한 기초자료를 제공할 것이다.

참고문헌 (45)

Alnour, I.A., Ibrahim, N., Hossain, I., 2012, Concentrations of 214 Pb, 214 Bi in 238 U series and 208 Tl, 228 Ac in 232 Th series in granite rock in (Kadugli) Sudan, Indian Journal of Pure and Applied Physics, 50(5), 285-288.
Bea, F., 1996, Residence of REE, Y, Th and U in granites and crustal protoliths; implications for the chemistry of crustal melts, Journal of Petrology, 37(3), 521- 552.

상세보기
Chappell, B.W., 1999, Aluminium saturation in I- and S-type granites and the characterization of fractionated haplogranites, Lithos, 46, 535-551.

상세보기
Cheong, C.S., Chang, H.W., 1997, Sr, Nd, and Pb isotope systematics of granitic rocks in the central Ogcheon belt, Korea, Geochemical Journal, 31, 17-36.

상세보기
Cho, W.H., Baik, M.H., Park, T.J., 2017, Occurrence characteristics and existing forms of U-Th containing minerals in KAERI underground research tunnel (KURT) granite, Journal of Economic and Environmental Geology, 50(2), 117-128 (in Korean with English abstract).
Choo, C.O., 2002, Characteristics of uraniferous minerals in Daebo granite and significance of mineral species, Journal of Mineralogical Society of Korea, 15(1), 11-21 (in Korean with English abstract).
Cuney, M., 2014, Felsic magmatism and uranium deposits, Bulletin Society Geology France, 185(2), 75-92.
Dickin, A.P., 2005, Radiogenic isotope geology, Cambridge University Press, Cambridge, 512p.
Grandstaff, D.E., 1976, A kinetic study of the dissolution of uraninite, Economic Geology, 71(8), 1493-1506.
Heaman, L., Parrish, R., 1993, U-Pb geochronology of accessory minerals, In: Heaman, L., Ludden, J.N. (Eds.), Short course handbook on applications of radiogenic isotope systems to problems in geology, Mineralogical Association of Canada, 59-102.
Hoskin, P.W.O., Schaltegger, U., 2003, The composition of zircon and igneous and metamorphic petrogenesis, Reviews in Mineralogy and Geochemistry, 53(1), 27-62.

상세보기
Hwang, J., 2013, Occurrence of U-minerals and source of U in groundwater in Daebo granite, Daejeon area, The Journal of Engineering Geology, 23(4), 399-407 (in Korean with English abstract).
Hwang, J., Moon, S.H., 2021, Geochemistry of U and Th of mesozoic granites in South Korea: Implications of occurrences of different U-host minerals and dissolved U and Rn between Jurassic and Cretaceous granite aquifers. Geoscience Journal, 25(2), 183-195.

상세보기
Hwang, J., Moon, S.H., Ripley, E.M., Kim, Y.H., 2014, Determining uraniferous host rocks and minerals as a source of dissolved uranium in granite aquifers near the central Ogcheon metamorphic belt, Korea, Environmental Earth Science, 72, 4035-4046.
IRR (Ionising Radiations Regulations), 1985, Health and safety, Stationery Office Limited, London, 83p.
Jeong, C.H., Kim, D.W., Kim, M.S., Lee, Y.J., Kim, T.S., Han, J.S., Joe, B.U., 2012, Occurrence of natural radioactive materials in borehole groundwater and rock core in the Icheon area, The Journal of Engineering Geology, 22(1), 95-111 (in Korean with English abstract).
Jeong, C.H., Kim, M.S., Lee, Y.J., Han, J.S., Jang, H.G., Joe, B.U., 2011, Hydrochemistry and occurrence of natural radioactive materials within borehole groundwater in the Cheongwon area, The Journal of Engineering Geology, 21(2), 163-178 (in Korean with English abstract).
Jeong, G.Y., 2006, Mineralogy and geochemistry of metalliferous black slates in the Okcheon metamorphic belt, Korea: A metamorphic analogue of black shales in the South China block, Mineralum Deposita, 41(5), 469-481.
Jwa, Y.J., 2004, Possible source rocks of Mesozoic granites in South Korea: Implications for crustal evolution in NE Asia, Transactions of the Royal Society of Edinburgh: Earth Sciences, 95, 181-198.
Kim, J.S., Kim, K.K., Jwa, Y.J., Son, M.S., 2012, Cretaceous to early Tertiary granites and magma mixing in South Korea: Their spatio-temporal variations and tectonic implications (multiple slab window model), Journal of Petrological Society of Korea, 21(2), 203-216 (in Korean with English abstract).
Kim, N.J., Choi, S.O., Kang, P.C., 1967, The geological map of Mungyeong sheet (1:50,000), Geological Survey of Korea.
Kim, S.W., 2020, Concentration of radioactive materials for the Phanerozoic plutonic rocks in Korea and its implication, Journal of Economic Environmental Geology, 53(5), 565-583 (in Korean with English abstract).
Lee, C.H., Kim, J.H., 1972, The geological map of Goesan sheet (1:50,000), Geological Survey of Korea.
Lee, M.S., Kim, S.W., 1985, Uranium distribution patterns and U-mineral in the U-bearing coaly slate of Ogcheon system, Journal of the Korean Institute Mining Geology, 18, 135-138 (in Korean with English abstract).
Lee, M.S., Park, B.S., 1965, The geological map of Hwanggangri sheet (1:50,000), Geological Survey of Korea.
Lee, S.G., Shin, S.C., Kim, K.H., Lee, T., Koh, H., Song, Y.S., 2010, Petrogenesis of three cretaceous granites in the Okcheon metamorphic belt, South Korea: Geochemical and Nd-Sr-Pb isotopic constraints, Gondwana Research, 17, 87-101.

상세보기
Lee, S.Y., Baik, M.H., 2007, Characters of fracture-filling minerals in the KURT and their significance, Journal of Mineralogical Society of Korea, 20(3), 165-173 (in Korean with English abstract).
Levinson, A.A., 1980, Introduction to exploration geochemistry (2nd edition), Applied Publishing, Wilmette, 924p.
Maystrenko, Y.P., Elvebakk, H.K., Ganerod, G.V., Lutro, O., Olesen, O., Ronning, J.S., 2014, 2D structural and thermal models in southeastern Norway based on the recently drilled Arvollskogen borehole and 2D density, magnetic and thermal modelling, Geothermal Energy, 2(15), 1-30.
NIER, 2010, Study on the radionuclide concentrations in the groundwater, NIER Report (in Korean).
Pagel, M., 1982, The mineralogy and geochemistry of uranium, thorium, and rare-earth elements in two radioactive granites of the Vosges, France, Mineralogical Magazine, 46, 149-161.

상세보기
Park, M.E., Kim, G.S., 1998, Geochemistry of uranium and thorium deposits from the Kyemyeongsan pegmatite, Journal of Economic and Environmental Geology, 31(5), 365-374 (in Korean with English abstract).
Rollinson, H.R., 1993, Using geochemical data: evalution, presentation, interpretation, Routledge, London, 384p.
Rudlang, T., 2011, Heat flow and deep underground temperature in the Bergen region, MSc thesis, Norwegian University of Science and Technology, Trondheim, 84 p.
Shand, S.J., 1943, Eruptive rocks; Their genesis, composition, classification, and their relation to ore deposits with a chapter on meteorite (revised second edition), Hafner Publishing Co., New York, 360p.
Shin, D.B., Kim, S.J., 2011, Geochemical characteristics of black slate and coaly slate from the uranium deposit in Deokpyeong area, Journal of Economic and Environmental Geology, 44, 373-386 (in Korean with English abstract).
Smethurst, M.A., Strand, T., Sundal, A.V., Rudjord, A.L., 2008, Large scale radon hazard evaluation in the Oslofjord region of Norway utilizing indoor radon concentrations, airborne gamma ray spectrometry and geological mapping, Science of the Total Environment, 407, 379-393.

상세보기
Streckeisen, A.L., 1976, To each plutonic rock it's proper name, Earth Science Reviews, 12(1), 1-33.

상세보기
Taylor, S.R., McLennan, S.M., 1985, The continental crust; Its composition and evolution, Blackwell, Oxford, 349p.
Wesserburg, G.G., 1964, Relative contribution of uranium, thorium, and potassium to heat production in the earth, Science, 143, 465- 467.
Won, C.G., Lee, H.Y., 1967, The geological map of Danyang sheet (1:50,000), Geological Survey of Korea.
You, B.W., Lee, G.J., Koh, S.M., 2012, Mineralogy and mineral-chemistry of REE minerals occurring at mountain Eorae, Chungju, Journal of Economic and Environmental Geology, 45(6), 643-659 (in Korean with English abstract).
Yu, C.D, Wang, K.X., Liu, X.D., Cuney, M., Pan, J.Y., Wang, G., Zhang, L., Zhang, J., 2020, Uranium mineralogical and chemical features of the Na-metasomatic type uranium deposit in the Longshoushan Metallogenic Belt, Northwestern China, Minerals, 2020, 10(4), 335.

상세보기
Yun, H.S., Lee, Y.S., Hong, S.S., Lee, J.Y., Kim, Y.E., 2014, Geochemical consideration of the cretaceous granite batholith in the mid Ogcheon belt, Proceedings of the Annual Joint Conference, the Petrological Society of Korea and the Mineralogical Society of Korea, Busan, Korea, 96-98.
Yun, S.K., 1984, Mineralogical and geochemical studies of uranium deposits of Okchen group in Southwestern district of Taejon, Journal of the Korean Institute Mining Geology, 17(4), 289-298 (in Korean with English abstract).

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증