The Origin of Radioactive Elements Found in Groundwater Within the Chiaksan Gneiss Complex: Focusing on the Relationship with Minerals of the Surrounding Geology

Petrological and mineralogical analyses were conducted to identify minerals containing radioactive elements (uranium) in the Chiaksan gneiss complex and to confirm their association with the surrounding groundwater. Fourteen minerals were identified through the microscopic and electron microscopy (SEMEDS) investigation. The principal minerals included plagioclase, biotite, quartz, alkali feldspar, chlorite, and calcite. Minor minerals were sphene, allanite, apatite, zircon, thorite, titanite, pyrite, and galena. A small amount of thorite was observed in the size of ~1 mm within macrocrystalline allanite. Allanite, which includes a large amount of rare earth elements, appeared in three distinctive patterns. The results of the EPMA analyses indicated that macrocrystalline allanite had higher elemental contents of TiO₂~1.70 wt.%, Ce₂O₃~11.86 wt.%, FeO ~13.31 wt.%, MgO ~0.90 wt.% and ThO₂ ~1.06 wt.% with the lowest average content of Al₂O₃ 17.35 ± 2.15 wt.% (n = 7), CaO 12.13 ± 1.81 wt.% (n = 7). An allanite existing at the edge of the sphenes encompassing titanites had a higher element content of Al₂O₃ ~24.00 wt.%, Nd₂O₃ ~5.10 wt.%, Sm₂O₃~0.66 wt.%, Dy₂O₃~0.86 wt.% and Y₂O₃~1.38 wt.% with the lowest average content of TiO₂ 0.35 ± 0.21 wt.% (n = 11), Ce₂O₃ 5.25 ± 1.03 wt.% (n = 11), FeO 9.84 ± 0.26 wt.% (n = 11), MgO 0.12 ± 0.05 wt.% (n = 11), and La₂O₃ 1.49 ± 0.29 wt.% (n = 11). Allanites in a matrix of parental rocks exhibited intermediate values between the two elemental compositions mentioned above. None of the uranium-rich minerals were observed in the migmatitic gneiss within the study area. Consequently, the origin of uranium in the groundwater was not associated with the geology of the surrounding environment, but our investigation proved the existence of abundant allanites containing significant amounts of radioactive thorium and rare earth elements.

치악산 편마암 복합체에 분포하는 지하수 내 함유된 방사성 원소의 기원: 주변 지질을 구성하는 광물과의 연관성을 중심으로

치악산 편마암복합체에서 방사성원소를 포함하고 있는 광물을 파악하고, 주변 지하수에 포함되어 있는 방사선원소(우라늄)와의 연관성을 확인하고자 암석학적 및 광물 화학 분석을 수행하였다. 현미경 및 전자현미경 분석 결과, 주 구성광물은 사장석, 흑운모, 석영, 알칼리장석, 녹니석 그리고 방해석이며, 부수광물은 스펜, 갈렴석, 인회석, 저어콘, 토라이트, 티탄철석, 황철석 그리고 방연석 등 총 14종을 확인하였다. 토라이트의 경우 거정의 갈렴석 내 ~1 mm의 크기로 소량 관찰된다. 희토류 원소를 많이 포함하고 있는 갈렴석은 각기 다른 3 가지 산출양상을 보인다. EPMA 분석 결과, 거정의 갈렴석에서는 TiO₂~1.70 wt.%, Ce₂O₃~11.86 wt.%, FeO~13.31 wt.%, MgO~0.90 wt.% 그리고 ThO₂~1.06 wt.% 원소들의 함량이 높게 나타나며, Al₂O₃ 17.35 ± 2.15 wt.% (n = 7), CaO 12.13 ± 1.81 wt.% (n = 7) 평균 함량이 가장 낮은 값을 보인다. 티탄철석을 둘러싸고 있는 스펜 집합체의 가장자리에 존재하는 갈렴석은 Al₂O₃~24.00 wt.%, Nd₂O₃~5.10 wt.%, Sm₂O₃~0.66 wt.%, Dy₂O₃~0.86 wt.% 그리고 Y₂O₃~1.38 wt.% 원소들의 함량이 높게 나타나며, TiO₂ 0.35 ± 0.21 wt.% (n = 11), Ce₂O₃ 5.25 ± 1.03 wt.% (n = 11), FeO 9.84 ± 0.26 wt.% (n = 11), MgO 0.12 ± 0.05 wt.% (n = 11) 그리고 La₂O₃ 1.49 ± 0.29 wt.% (n = 11) 등과 같이 평균 함량이 가장 낮은 값을 보인다. 모암의 기질부에서 관찰되는 갈렴석의 화학성분은 앞서 설명한 갈렴석의 중간 정도의 값을 가진다. 연구대상인 치악산 편마암복합체 내 미그마타이트질 편마암에는 주목할 만큼의 우라늄 함량을 가지는 광물이 발견되지는 않았다. 따라서 지하수에서 나타나는 우라늄의 기원과 주변 지질과의 연관성을 명확하게 밝혀내지는 못했다. 하지만 방사성 원소인 토륨 원소 및 희토류 원소를 다량 포함하는 갈렴석이 풍부하게 존재하는 것이 이번 연구결과로 확인되었다.