이천지역 시추공 지하수와 시추코어내 자연방사성물질 산출 특성

Abstract

본 연구에서는 기존조사에서 지하수내 U과 Rn-222의 산출이 높은 지역으로 알려진 경도 이천시 관고동 민방위비상용 지하수공지역 인근에 새로운 시추공을 시추하여 지하수내 자연방사성물질의 산출특성과 암석화학적 상관관계를 알아보고자 하였다. 연구지역은 흑운모화강암 지질로 114 m 심도의 시추공을 확보하고, 더블패커를 이용하여 심도별로 지하수를 채취하여 U, Th을 포함한 화학성분과 Rn-222를 분석하였다. 그리고 시추코어 암석의 방사성물질 함유 특성을 비롯한 화학성분을 분석하였다. 심도별 4개 구간에 대해서 2차례 채취한 지하수의 pH는 6.5~8.6의 범위를 보이고, 화학적 유형은 Ca-<TEX>$HCO_3$</TEX> 형으로 속한다. 심도별 및 시기별로 수리화학적 특성 및 자연방사성물질의 함량에서 큰 차이를 보인다. 지하수내 우라늄과 라돈-222의 함량은 8.81~1,101 ppb와 5,990~11,970 pCi/L를 각각 보여 우라늄은 3개 구간에서 Rn-222는 전 구간에서 미국 EPA 기준을 초과한다. 암석내 우라늄과 토륨의 함량은 각각 최고 18.3 ppm와 17.5 ppm을 보인다. 현미경관찰과 전자현미분석(EPMA)을 통한 자연방사성원소(U, Th)를 함유하는 광물로는 K장석, 흑운모내 포획된 광물인 모나자이트, 일메나이트, 인회석으로 확인되었다. U과 Th 성분은 광물의 주요 구성원소를 치환하여 존재하는 것으로 보인다. 시추코어내 우라늄 함량이 특징적으로 높지 않은 조건에서 지하수내 우라늄과 라돈-222 농도가 높은 것은 화학적 조건보다는 대수층 파쇄대의 파쇄정도와 지하수 유동량과 같은 물리적 요소가 더 큰 작용을 한 것으로 보인다. 라돈-222는 불활성가스인 영족기체 동위원소(<TEX>$^3He/^4He$</TEX>, <TEX>$^4He/^{20}Ne$</TEX>) 상관관계 분석을 통하여 간접적으로 기원을 해석할 수 있을 것이다. This study investigated the relationship between the geochemical environment and the occurrence of natural radioactive materials (uranium and Rn-222) in borehole groundwater at an Icheon site. The drill core recovered from the study site consists mainly of biotite granite with basic dykes. The groundwater samples were collected at four different depths in the borehole using the double-packed system. The pH range of the groundwater was 6.5~8.6, and the chemical type was Ca-<TEX>$HCO_3$</TEX>. The ranges of uranium and Rn-222 concentrations in the groundwater were 8.81~1,101 ppb and 5,990~11,970 pCi/L, respectively, and concentrations varied greatly with depth and collection time. The ranges of uranium and thorium contents in drill core were 0.53~18.3 ppm and 6.66~17.5 ppm, respectively. Microscope observations and electron microprobe analyses revealed the presence of U and Th as substituted elements for major composition of monazite, ilmenite, and apatite within K-feldspar and biotite. Although the concentration of uranium and thorium in the drill core was not high, the groundwater contained a high level of natural radioactive materials. This finding indicates that physical factors, such as the degree of fracturing of an aquifer and the groundwater flow rate, have a greater influence on the dissolution of radioactive materials than does the geochemical condition of the groundwater and rock. The origin of Rn-222 can be determined indirectly, using an interrelationship diagram of noble gas isotopes (<TEX>$^3He/^4He$</TEX> and <TEX>$^4He/^{20}Ne$</TEX>).