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청원지역 시추공 지하수의 수리화학 및 자연방사성물질 산출 특성
정찬호 ( Chan Ho Jeong ),김문수 ( Moon Su Kim ),이영준 ( Young Joon Lee ),한진석 ( Jin Seok Han ),장효근 ( Hyo Geun Jang ),조병욱 ( Byung Uk Jo ) 대한지질공학회 2011 지질공학 Vol.21 No.2
이 연구에서는 지하수내 존재하는 우라늄과 라돈-222와 같은 자연방사성물질 산출과 지화학적 상관관계를 알아보기 위하여 연구용 부지(충북 청원군 부용면 갈산리)에 120 m 심도로 시추하고, 심도별로 채취된 지하수의 화학적 특성과 시추코어의 암석화학적 특성을 분석하였다. 시추코어상 주요 암종은 흑운모편암과 흑운모화강암이며 일부 구간에서 반상화강암과 염기성암맥이 확인되었다. 더블패커 시스템으로 채취한 6개 구간에서 지하수의 pH는 5.66∼8.34 범위를 보이고, 화학적 유형은 Ca-HCO3 형으로 속한다. 심도별 및 시기별로 수리화학적 특성 차이를 보인다. 지하수내 우라늄과 라돈-222의 함량은 최고 683 ppb와 7,600 pCi/L를 각각 보이며, 심도 50~70 m구간에서 가장 높은 값을 보인다. 암석 및 광물내 우라늄과 토륨의 함량은 각각 0.51~23.4 ppm과 0.89~62.6 ppm의 범위를 보이며, 흑운모편암에서 가장 많은 방사성포유물(radioactive inclusion)이 관찰되었고, 현미경관찰과 EPMA 분석결과 방사성원소를 함유하는 광물로는 흑운모내 함유된 소량광물인 모나자이트, 일메나이트로 확인되었다. 우라늄은 이들 광물의 주요 구성원소를 치환하여 존재하며, 일부 석영과 장석 입자내에도 우라늄의 산출이 확인되었다. 시추공 심도 -50~-70 m 구간 지하수에서 높은 방사성물질 함량을 보이는 것은 이 구간의 지하수의 화학적 특성, 즉, 약알칼리성의 pH와 산화환경이고, 중탄산의 함량이 높아 우라늄의 용존에 좋은 조건이 된 것으로 보인다. 지하수내 라돈가스의 함량은 우라늄 농도와 대체로 비례하므로 우라늄의 붕괴와 관련된 것으로 보이며, 라돈가스의 기원에 대한 하나의 해석방법으로 헬륨과 네온등 영족기체 동위원소비를 이용한 간접적인 추적방법을 적용할 필요가 있을 것이다. A test borehole was drilled in the Cheongwon area to investigate the relationship between geochemical environment and the natural occurrence of radioactive materials (uranium and Rn-222) in borehole groundwater. The borehole encountered mainly biotite schist and biotite granite, with minor porphyritic granite and basic dykes. Six groundwater samples were collected at different depths in the borehole using the double-packed system. The groundwater pH ranges from 5.66 to 8.34, and the chemical type of the groundwater is Ca-HCO3. The contents of uranium and Rn-222 in the groundwater are 0.03-683 ppb and 1,290-7,600 pCi/L, respectively. The contents of uranium and thorium in the rocks within the borehole are 0.51-23.4 ppm and 0.89-62.6 ppm, respectively. Microscope observations of the rock core and analyses by electron probe microanalyzer (EPMA) show that most of the radioactive elements occur in the biotite schist, within accessory minerals such as monazite and limenite in biotite, and in feldspar and quartz. The high uranium content of groundwater at depths of -50 to -70 m is due to groundwater chemistry (weakly alkaline pH, an oxidizing environment, and high concentrations of bicarbonate). The origin of Rn-222 could be determined by analyzing noble gas isotopes (e.g., 3He/4He and 4He/20Ne).
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