국내 현생 심성암류의 방사성 물질의 농도 및 의미

Concentration of Radioactive Materials for the Phanerozoic Plutonic Rocks in Korea and Its Implication

최근 생활용품 및 건축자재 등에서 검출된 자연 방사성 물질로 인해 사회적으로 다양한 문제가 발생하고 있으며, 이는 조속히 해결해야 될 사회현안으로 대두되고 있다. 우리나라에서도 토양이나 지하수 내 중금속 및 우라늄, 라돈 등의 자연방사성 물질에 대해서 환경부에 의해 지난 20년 이상 장기간 조사된 바 있고, 토양과 지하수 내 자연방사성 물질의 기원이 암석-성인-변형적 특성 등의 지질학적 요인들과 밀접한 상관관계를 보여주는 것으로 추정되고 있지만, 기반암, 기반암 상부토양 및 지하수가 발달한 단층계 내 자연방사성 물질의 국가배경농도가 수립되어 있지 않아 정확한 지질학적 상관관계 규명이 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 국내 현생 심성암류의 성인과 천연 방사성(라돈, 우라늄, 토륨 등)물질 농도와의 상관관계에 대한 예비 연구를 수행하였다. 현생 심성암류 중 알칼리 화강암류(섬장암, 몬조니암, 몬조섬록암 및 알칼리화강암)는 높은 마그마 온도와 고알칼리성의 경향 때문에 U, Th, Zr, REE 및 Nb 등이 부화되는 특징을 보여주어 높은 U과 Th 농도를 가진다. 지각물질의 혼합에 의해 고분화된 화강암류(우백질 화강암, 복운모화강암, 고알루미형질 S-type 화강암 및 페그마타이트)는 고분화되지 않은 일반 화강암류(섬록암, 화강섬록암 및 화강암)보다 U, Th 및 K+Na이 더욱 부화되는 경향을 보여준다. 고알칼리성 화강암류들은 주로 판내부의 열개환경, 대륙충돌 조산작용과 해양판의 대륙판 아래 섭입 이후에 일어나는 확장환경에서 생성된다. 반면에 우리나라에서 주로 산출되는 아알칼리성 캘크알칼리 화강암류는 해양판의 대륙판 밑으로의 섭입에 의한 호환경에서 주로 생성된다. 결과적으로 국내 현생 심성암류의 U, Th 및 K 함량변화는 지구조 환경에 의한 암석성인과 밀접한 연관성을 가지는 것으로 추정되며, 현생화강암류 대한 감마분석 자연방사성 핵종(226Ra, 232Th 및 40K) 예비 결과들은 고알칼리성과 고분화된 화강암류에서 높은 값을 보여준다.

In recent years, various social issues related to the natural radioactive elements detected in household goods and building materials are addressed, and should be solved promptly. In Korea, for more than 20 years, the Ministry of Environment has investigated the natural radioactive materials such as heavy metals, uranium, and radon in soil or groundwater. The origins of natural radioactive materials in them may have a close correlation with the geological factors including classification of rocks, petrogenetic origins, and deformation characteristics, but the exact geological correlations are not clarified because of the absence of the government policy preserved in the basement rocks, soils as well as groundwater in fault-related reservoirs. This study aims to perform a research on the correlation between the petrogeneses of the Phanerozoic plutonic rocks and natural radioactive concentrations in rocks (radon, uranium, thorium, potassium etc.) in Korea. Among the Phanerozoic plutonic rocks, alkaline plutonic rocks (syenite, monzonite and monzodiorite and alkali granite) show high U and Th concentrations by high solubilities of U, Th, Zr, REE, and Nb until the most extreme stages of magmatic fractionation (viz. crystal fractionation) due to high magma temperature and high alkalinity tendency. The highly fractionated high-K calalkaline and peraluminous granitic rocks (leucogranite, two-mica granite and leucocratic pegmatite are also U and Th concentrations compared with other less or medium fractionated granitic rocks (diorite, granodiorite and granite). The alkaline plutonic rocks are associated with intracontinental rifting and extensional environment after crustal thickening by collisional and subductional processes. In contrast, the dominant calc-alkaline granitic rocks in Korea are related to the arc environment of the subduction zone. In summary, the trends of the U, Th and K concentration from the Phanerozoic plutonic rocks in Korea are closely linked to the petrogenesis of the rocks in tectonic environment. The preliminary data for gamma-spectrometric mesurments of natural radionuclide contents (226Ra, 232Th and 40K) in the Phanerozoic plutonic rocks show high values in the alkaline and highly fractionated granitic rocks.