Geochemical Origins and Occurrences of Natural Radioactive Materials in Borehole Groundwater in the Goesan Area

지하수내 존재하고 있는 자연방사성물질인 우라늄과 라돈-222의 산출특성과 지화학적 기원을 알아보기 위해 괴산지역 연구부지내 120 m 깊이의 지하수 관정을 시추하여 심도별 시추코어의 암석화학적 특성과 지하수의 화학적 특성을 분석하였다. 시추코어 샘플 분석과 함께 더블패커시스템과 베일러를 이용하여 8개의 심도별 지하수 시료를 채취하여 지화학적 특성 분석을 수행하였다. 시추코어 분석결과, 주요 암종은 화강반암과 점판암이었으며 일부 구간에서는 탄산염암과 석회규산염암, 페그마타이트가 확인되었다. 심도별 지하수의 pH는 7.8~8.4의 범위이며, 화학적 유형은 Na- HCO₃ 형태를 보였다. 암석 및 광물 내 우라늄과 토륨의 함량은 각각 < 0.2~14.8 ppm과 0.56~45.0 ppm의 범위였으며, 암석현미경과 전자현미경(EPMA) 관찰 결과 자연방사성원소(우라늄) 함유 광물은 흑운모내 포획된 모나자이트 광물인 것으로 확인되었다. 우라늄은 이들 광물의 주요 구성원소를 치환하여 존재하는 것으로 보이며 파쇄대와 같은 주요 대수층 구간에서 용해되어 지하수와 함께 용출되는 것으로 보인다. 라돈-222의 함량은 우라늄의 함량과 어떠한 상관성을 보이지 않았으며 향후, 라돈가스 기원 추적을 위해서는 헬륨과 네온 등 영족기체 동위원소비를 이용한 간접적인 방법을 적용하여 분석할 필요가 있을 것으로 판단된다. The origins and varieties of natural radioactive materials, including uranium and radon-222, were examined in a drilled borehole extending to a depth of 120 m below the surface in the Goesan area. In addition to core samples, eight groundwater samples were collected at different depths, using a double packer system and bailer, and their geochemical characteristics were determined. Most of the rock samples from the drilled core consisted of granite porphyry, with sedimentary rocks (slate, carbonate, or lime-silicates) and pegmatite occurring in certain sections. The pH of samples varied from 7.8 to 8.4, and the groundwater was of a Na- HCO₃ type. Uranium and thorium concentrations in the core were < 0.2-14.8 ppm and 0.56-45.0 ppm, respectively. Observations by microscope and an electron probe microanalyzer (EPMA) showed that the mineral containing the natural radioactive materials was monazite contained in biotite crystals. The uranium, which substituted for major elements in the monazite, appeared to have dissolved and been released into the groundwater in a shear zone. Concentrations of Radon-222 in the borehole showed no close relationship with levels of uranium. The isotopes of noble gases, such as helium and neon, would be useful for analyzing the origins and characteristics of the natural radioactive materials.