IEG 환경지질연구정보센터

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KSEG Conference / April 7 - 9, 2011 / Jeju / Korea

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양평 및 청원지역 화강암류의 지표방사능 측정결과

Gamma-Ray Spectroscopy determination of radioactive elements in granitoids of Yangpyeong and Cheongwon area

윤 욱 Uk Yun^1)*, 이춘오 Chun-O Lee²⁾, 이병대 Byeong-Dae Lee, 조병욱 Byung-Wook Cho

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한국지질자원연구원 지구환경연구본부, Division. of Geologic Environment Research, Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources

* 교신저자:

[email protected]

주요어: 방사성물질, 우라늄, 토륨

1. 서론

본 연구는 일부지역에서 지하수내 우라늄 함량이 높은 경기도 양평군 양동면 석곡리, 충북 청원 군 부용면 갈산1리 일대 지하수에서 우라늄 함량이 높은 원인을 파악하기 위하여 수행하였다. 측 정 방법은 캐나다 Exploranium Co.의 GR320A 휴대용 감마선검출기를 이용하였다.

화성암내 방사성원소의 함유 농도는 Si농도가 증가함에 따라 방사성 원소의 농도가 증가하는 경향이 있다. 즉 산성화성암이 중성화성암이나 염기성화성암보다 반사능 물질의 함량이 높다. 특 히 화강암류내에서도 복운모화강암은 높은 우라늄함량을 보여 다른 암종과의 방사성물질의 성분 분포 특성을 비교하여 지하수중 우라늄 함량이 높은 지역의 특성을 파악하고자 한다.

측정된 방사성원소의 성분 분포는 eU의 경우 쥬라기 복운모화강암(평균 5.9 ppm), 쥬라기 석 영몬조나이트(5.1 ppm), 쥬라기 흑운모화강암(평균 5.0 ppm)으로 쥬라기 화강암류는 5.0 ppm이상 을 보이나, 백악기 석영반암은 3.9 ppm으로 낮은 값을 보인다. eU/eTh 비는 쥬라기 석영몬조나 이트는 0.26으로 가장 높은 값을 보이나 쥬라기 복운모 화강암은 0.18을 나타내 쥬라기 복운모화 강암이 우라늄이 토륨에 비해 가장 부화된 값을 보인다.

2. 지질 및 실험방법

지질: 경기도 양평군 양동면 석곡리의 지질은 쥬라기 흑운모 화강암, 복운모화강암, 백악기 석영

반암으로 구성되어 있다. 박병권 등(1989)에 따르면 흑운모화강암은 중립내지 조립의 완정질 암석

으로 반상석리를 보인다. 조직적 특성은 흑운모와 정장석을 정출시키고 남은 마그마의 카리성분

이 이미 결정된 정장석핵을 다시 성장하게 됨으로서 정장석 주변부의 흑운모를 포유물로 가지며

모오드분석결과 석영섬록암으로 나타난다. 복운모화강암은 흑운모화강암보다 카리장석의 양이 많

으며, 흑운모화강암보다 카리가 풍부한 마그마 잔류용액에 의해 초생변질을 받아 형성된 것으로

보고되어 있다. 백악기 석영반암은 석영, 정장석 및 사장석으로 구성되나 사장석의 견운모화가 흔

히 관찰된다. 충북 청원군 부용면 갈산1리일대는 시대미상(옥천계) 복운모편암 및 쥬라기 석영몬

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조나이트, 쥬라기 흑운모화강암으로 구성되어 있다. 권영일과 진명식(1974)에 따르면 복운모편암 은 포획암으로 화강암체내에 주로 분포하며 석영, 장석 및 흑운모, 백운모 등으로 구성되어 있다.

쥬라기 석영 몬조나이트는 정장석의 반상조직을 보이며 심한 풍화와 수화작용을 받은 것으로 보 고하였다.

실험방법: GR320은 0.35cm3의 NaI(TI) 검출기를 사용하며 0-3MeV의 에너지 범위를 기록한 다. 장비의 구성은 총감마선 강도를 계수하는 장비와 에너지의 크기에 따라 진폭을 분석하여 에 너지 마다의 강도를 구하는 스펙트럼 분석방식이다. 감마선 스펙트럼은 핵종마다 에너지가 다 르다는 점을 이용하고 방사평형의 원칙을 이용하는 것이다.

⁴⁰

K의 측정은 1461 keV을 검출함으 로 측정되는데 자연계에서 일정비율로 산출되어 결과는 %로 기록된다. U의 농도는

²³⁸

U붕괴계 열의 딸산물인

²¹⁴

Bi를 1765 keV 감마선에서 검출한다. U의 GRS를 통한 측정은 간접적이어서 그결과를 eU라 표기하는데

²³⁸

U의 붕괴계열에서 방사평형이라는 가정하에서의 결과로 등가우라 늄이라고 표현한다. 토륨도 비슷한데

²³²

Th붕괴계열의 딸산물인

²⁰⁸

TI 의 감마선인 2615 keV를 통하여 이루어지며 eTh로 표기하며 등가 토륨이라한다. 측정시간은 Lovborg 및 Mose(1987)의 실험결과에 따라 암석면에 수직으로 5분 동안 측정하였다

.

3. 결과분석

총실험 지점은 112개지점으로서 쥬라기 흑운모 화강암은 55개 지점, 쥬라기 복운모화강암 10개 지점, 백악기 석영반암 7개 지점등 72개 측점을 수행하였고, 갈산리에서는 쥬라기 석영몬 조나이트에서 40개 지점을 측정하였다. 측정결과는 표1에서와 같다. 표1의 양평군 양동면 지역 과 청원군 부용면 갈산리는 지하수중 우라늄 농도가 높게 검출하여 지표방사능 농도를 측정 한 값이다. K의 경우 지각의 약 2.35%가 포함되어 있는 주요한 알카리 원소이다. 암석내 K 함유 광물은 K장석(주로 정장석 및 미사장석으로 약 13%)와 운모류(흑운모 및 백운모로 약 8%)이 다. K은 유색광물(mafic mineral)에는 거의 없으며 규장질암(felsic rock) 즉 화강암류등에 높다 (Fertl, 1983). 풍화시 흑운모-K장석, 백운모의 순으로 풍화가 되며 K은 점토등에 흡착되어 지 하수에서는 낮은 농도를 보인다. 본역에서 K의 평균농도는 양동면 쥬라기 흑운모화강암(Jbgr) 의 4.7%, 복운모화강암(Jtgr)의 5.3%으로 높으며 백악기 석영반암(Kqp)의 4.1%, 무용면 갈산리 (평균 4.0%)는 1.2 ～ 5.8%로 상당히 넓게 나타난다. 이같은 결과는 양동면의 경우 지질분포에 서 보여준 잔류마그마의 풍부한 카리의 영향으로 해석된다.

그림1. a) 양동면 b) 갈산리 일대의 지질별 지표방사능중 K 농도분포

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그림2. a) 양동면 b) 갈산리 일대의 지질별 지표방사능중 eU 농도분포

그림 3. a) 양동면 및 갈산리 일대의 지질별 지표방사능중 eTh 농도분포

eU는 양동면의 흑운모화강암의 5.0 ppm과 복운모화강암의 5.9 ppm를 보이나 무용면 갈산리의 경우 석영몬조나이트는 평균 5.1 ppm으로 유사한 값을 보이나 농도범위는 1.9 ～ 11.9 ppm의 넓은 범위를 보인다. 그러나 백악기 석영반암의 3.9 ppm으로 훨씬 낮은 값을 나타낸다.

eTh는 양동면의 흑운모화강암의 경우 평균 21.6 ppm, 복운모화강암의 32.9 ppm 의 값을 보인 다. 부용면의 석영몬조나이트는 평균 20.6 ppm을 보이나 농도범위는 8.8 ～ 39.9의 넓은 범위 를 보인다. 백악기 석영반암의 17.6 ppm으로 다소 낮은 값을 보인다. eU 및 eTh의 경우 부용 면 석영몬조나이트와 양동면의 흑운모화강암은 유사한 값을 보이나 쥬라기 복운모화강암이 이 보다 더 높은 값은 보이며, 백악기 석영반암은 낮은 값을 보여 차별화 된다.

화성암의 방사성물질의 농도는 Si 농도가 증가할수록 증가하는 경향을 보인다. 예를 들면 규장질 암석은 초염기성암이나 염기성암보다 훨씬 높은 방사성원소를 함유한다. 따라서 U-Th, K 농도는 암석내 Si농도가 증가함에 따라 증가한다. 일반적으로 화성암에서 Th은 U보다는 훨씬 더 큰 증가를 보여 Th/U의 비가 화성암의 분별정도를 조사하는데 이용할 수도 있다.

그러나 화성암 정치(emplacement) 마지막 단계에 형성되는 암석 즉 거정질화강암과

미화강암등은 앞의 경우와 거동을 달리해 U 및 Th의 농도가 급속히 감소하나 K은 높은 값을 유지한다.

eU/eTh값은 양동면 쥬라기 흑운모화강암은 평균 0.25를, 쥬라기 복운모화강암은 0.18로 보다

낮은 값을 보여 상대적으로 eTh의 값이 높은 것으로 나타난다. 부용면 쥬라기 석영몬조나이트

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의 경우 평균 0.26를 보여 흑운모화강암과 유사한 값을 보이나 0.1～0.6의 넓은 범위를 나타낸 다. 양동면 백악기 석영반암은 0.23으로 중간정도의 값을 보여준다(Fig.2a).

K/eTh값은 양동면 쥬라기 흑운모화강암 및 백악기 석영반암은 평균 0.24을 보여 1:4 직선식 에 투영되나, 양평 백악기 석영반암은 0.17로 1:6 직선식 하부에 투영되는 특성을 보인다. 부용 면지역 쥬라기 석영몬조나이트 경우 0.1～0.4의 범위를 나타내며 평균 0.21의 값을 보여 주로 그림(2b)의 1:4 및 1:6직선식 사이에 넓게 투영된다.

그림 4. 양평 및 청원 지역 화강암류의 감마선분광측정기를 이용한 방사성원소의 상대비율

사사

본 연구는 산자부의 연구개발사업인 한국지질자원연구원의 연구비 지원에 의해 수행되었으며 이에 감사를 드린다.

참고문헌

박병권, 장호완, 우영균, 1989, 1/50,000 원주 도폭 및 설명서, 권영일, 진명식, 1974, 1/50,000 청주 도폭 및 설명서,

Fertl, W. H., 1983. Gamma-Ray spectral loggiong: a new evaluation frontier.World Oil, 79-91.