Geochemical Characteristics of the Gyeongju LILW Repository II. Rock and Mineral

중.저준위 방사성폐기물 처분부지의 지구화학 특성 II. 암석 및 광물

Geochemical study on the rocks and minerals of the Gyeongju low and intermediate level waste repository was carried out in order to provide geochemical data for the safety assessment and geochemical modeling. Polarized microscopy, X-ray diffraction method, chemical analysis for the major and trace elements, scanning electron microscopy(SEM), and stable isotope analysis were applied. Fracture zones are locally developed with various degrees of alteration in the study area. The study area is mainly composed of granodiorite and diorite and their relation is gradational in the field. However, they could be easily distinguished by their chemical property. The granodiorite showed higher $SiO_2$ content and lower MgO and $Fe_2O_3$ contents than the diorite. Variation trends of the major elements of the granodiorite and diorite were plotted on the same line according to the increase of $SiO_2$ content suggesting that they were differentiated from the same magma. Spatial distribution of the various elements showed that the diorite region had lower $SiO_2,\;Al_2O_3,\;Na_2O\;and\;K_2O$ contents, and higher CaO, $Fe_2O_3$ contents than the granodiorite region. Especially, because the differences in the CaO and $Na_2O$ distribution were most distinct and their trends were reciprocal, the chemical variation of the plagioclase of the granitic rocks was the main parameter of the chemical variation of the host rocks in the study area. Identified fracture-filling minerals from the drill core were montmorillonite, zeolite minerals, chlorite, illite, calcite and pyrite. Especially pyrite and laumontite, which are known as indicating minerals of hydrothermal alteration, were widely distributed in the study area indicating that the study area was affected by mineralization and/or hydrothermal alteration. Sulfur isotope analysis for the pyrite and oxygen-hydrogen stable isotope analysis for the clay minerals indicated that they were originated from the magma. Therefore, it is considered that the fracture-filling minerals from the study area were affected by the hydrothermal solution as well as the simply water-rock interaction.

경주 중 저준위처분장의 안전성평가에 필요한 기초자료를 제공하고, 지화학 모델링의 자료를 제공하기 위하여 처분부지의 암석, 광물에 대한 지구화학적 특성연구를 수행하였다. 이를 위하여 편광 현미경 관찰, X-선 회절분석, 주원소 및 미량원소 화학분석, 미세조직관찰을 위한 주사전자현미경(SEM) 분석, 안정동위원소분석이 수행되었다. 조사지역내에는 지역적으로 파쇄대가 발달하여 있으며 이 파쇄대를 따라 매우 다양한 변질양상을 관찰할 수 있다. 처분부지의 모암은 화강섬록암 및 섬록암으로서 지표지질조사시 이들의 관계는 점이적으로 변하는 데에 비해 화학적으로는 비교적 명확하게 구별되어 화강섬록암이 성록암에 비해 높은 $SiO_2$ 함량, 낮은 MgO, $Fe_2O_3$ 함량을 보여준다. 그러나 $SiO_2$의 증가에 따라 각 주원소들의 변화경향이 동일선상에 놓여 있어서 이들이 동일한 마그마 기원일 가능성을 지시한다. 처분부지내의 주원소들의 공간적 분포를 살펴보면, 섬록암 지역이 화강섬록암 지역에 비해 낮은 $SiO_2,\;Al_2O_3,\;Na_2O,\;K_2O$ 및 높은 CaO, $Fe_2O_3$ 분포를 보여주어 화강섬록암과 섬록암 지역의 차이가 명확하다. 이 중 CaO와 $Na_2O$의 분포 양상은 섬록암과 화강섬록암 지역 간의 차이가 더욱 분명하고 그 증감 경향이 거의 정확하게 상반되어 있어 주구성광물인 사장석의 조성변화가 처분부지 암석의 조성을 변화시키는 가장 큰 원인임을 알 수 있다. 시추코아에서 확인된 단열광물은 몬모릴로나이트, 제올라이트광물, 녹니석, 일라이트, 방해석, 황철석 등이다. 일반적으로 열수변질광물로 알려져 있는 황철석과 로먼타이트가 매우 광범위하게 분포하는 것으로 보아 조사지역 전반에 걸쳐 광범위한 광화작용 혹은 열수변질작용이 있었음을 지시한다. 단열대 내 황철석의 황 안정동위원소분석과 단열충전광물들의 산소 및 수소 안정동위원소 분석결과 역시 이들이 마그마 기원임을 지시한다. 따라서 처분부지 내 단열충전광물들은 단열대를 따르는 지하수와의 단순한 물-암석 반응 이외에 광범위한 마그마 기원의 열수작용에 의한 영향을 받은 것으로 판단된다.