국내 퇴적암 지역 지하수의 수리지화학 및 자연방사성 물질 특성 연구

Abstract

본 연구에서는 퇴적암 지역의 마을상수도로 이용되고 있는 202개소의 지하수를 이용하였다. 퇴적암을 쇄설성 퇴적암 지역 137개소, 화학적 퇴적암 지역 52개소, 화산쇄설성 퇴적암(응회암) 13개소로 분류하였으며 지질시대에 따라 선캠브리아기 7개소, 고생대 61개소, 시대미상 14개소, 중생대 117개소, 신생대 3개소로 분류하였다. 퇴적암 지역 지하수의 현장항목 중 온도는 11.5∼23.5 ℃(산술평균:15.8 ℃), pH는 6.0∼8.5(산술평균:7.4), EC는 57∼633 μS/cm(산술평균:299 μS/cm), 산화-환원전위는 69∼518 mV(산술평균:198 mV), DO는 0.6~7.8 mg/L(산술평균:4.1 mg/L)의 범위로 나타났다. pH와 산화-환원전위, 산화-환원전위와 용존 산소함량는 큰 상관관계를 보이지 않았다. EC와 주요 이온들과의 상관 관계를 보면 쇄설성 퇴적암 지역 지하수의 경우는 거의 상관관계가 나타나지 않았지만, 석회암과 응회암 지역 지하수의 경우는 Ca, HCO3 이온과 정의 관계를 보였다. 인위적인 오염의 지시자인 NO3함량은 퇴적암 지역 지하수의 일부 지역에서 높은 값을 보이고 있으며 이는 천부지하수와의 혼합을 고려할 수 있다. 우라늄 함량은 ND~196.92 μg/L (산술평균: 2.78 μg/L, 중앙값: 0.72 μg/L)이며 지질(암석)에 따르면 석회암(ND~196.92 μg/L, 산술평균: 4.93 μg/L, 중앙값: 0.58 μg/L), 쇄설설 퇴적암(ND~45.67 μg/L, 산술평균: 1.98 μg/L, 중앙값: 0.73 μg/L), 응회암(0.13~7.11 μg/L, 산술평균: 2.12 μg/L, 중앙값: 0.88 μg/L)순으로 검출되었다. 미국의 기준치(30 μg/L)를 초과한 지점은 고생대 오오도비스기 석회암과 중생대 백악기 쇄설성퇴적암 지역에서 나와서 총 두 지점이 초과하였다. 라돈 함량는 3~7,189 pCi/L(산술평균: 1,158 pCi/L, 중앙값: 735 pCi/L)이며 미국의 제안치(4,000 pCi/L)를 넘는 지하수공은 10 개소가 나타났다. 지질(암석)에 따르면 응회암(184~6,081 pCi/L, 산술평균: 1,583 pCi/L, 중앙값: 860 pCi/L), 쇄설성 퇴적암(3~7,189 pCi/L, 산술평균: 1,203 pCi/L, 중앙값: 803 pCi/L), 석회암(30~6,691 pCi/L, 산술평균: 935 pCi/L, 중앙값: 494 pCi/L)순으로 검출되었다. 중생대 백악기퇴적암 지역 지하수에서 최고 함량(7,189 pCi/L)이 나타났으며 고생대 오오도비스기석회암 2곳, 고생대 쇄설성퇴적암 1곳, 시대미상 쇄설성퇴적암 1곳, 중생대 백악기 쇄설성퇴적암 5곳, 중생대 백악기 응회암 1곳의 지하수에서 미국의 제안치(4,000 pC/L)를 초과하였다. 전알파 함량는 MDA~8.61 pCi/L(산술평균: 1.48 pCi/L, 중앙값: 1.18 pCi/L)이며 미국의 기준치를 넘는 지하수공은 한 개소도 없었다. 퇴적암 지역 지하수의 우라늄-라돈 상관관계(r)는 0.36으로 세부적으로는 응회암(r=0.67), 석회암(r=0.66), 쇄설성 퇴적암(r=0.29)의 순으로 나타났다. 특이하게 우라늄과 라돈의 함량이 퇴적암보다 높은 값을 보이는 화강암 일부 지역과 변성암에 비하여는 높은 상관관계를 보였다. 화강암과 변성암 지역 지하수에 비하여 퇴적암지역에 대한 조사는 부족한 편으로 더 많은 조사가 필요하며 추후 지하수공의 시추를 통한 암석 샘플링의 EPMA, 편광현미경 관찰 등의 연구가 병행되어야 될 것으로 사료된다.

In this study, we used 202 groundwaters from community water systems (CWSs) in sedimentary rock area. Sedimentary rocks were classified as clastic sedimentary rocks (137 sites), limestones (52 sites) and tuff (13 sites) by it's origin and also clasified as precambrian era (7 sites), paleozoic (61 sites), unknown (14 sites), mesozoic (117 sites), cenozoic (3 sites) by geologic eras. The onsite measurement data in groundwaters at sedimentary rock area were temperatured (11.5~23.5 ℃, the arithmetical mean : 15.8 ℃), pH(6.0~8.5, the arithmetical mean : 7.4), electrical conductivity(57~633 μS/cm, the arithmetical mean : 299 μS/cm), oxidation-reduction potential(69~518 mV, the arithmetical mean : 198 mV), dissolved oxygen(0.6~7.8 mg/L, the arithmetical mean : 4.1 mg/L). There was low correlation value between pH-oxidation reduction potential and oxidation reduction potential-dissolved oxygen. There was forward correlation between EC-Ca and EC-HCO3 ion in groundwater at limestone and tuff area. however, other major ion in groundwater had no correlation with EC. NO3 ion concentration, which is an artificial contamination material, was high in groundwater at some sedimentary rock areas. That means the groundwater was mixed with shallow groundwater. Uranium concentration is ND~196.92 μg/L (the arithmetical means : 2.78 μg/L, median value : 0.72 μg/L)in the study area. According to the geology(rock type), limestone area has ND~196.92 μg/L (the arithmetical means : 4.93 μg/L, median value : 0.58 μg/L), clastic sedimentary rock area has ND~45.67 μg/L (the arithmetical mean : 1.98 μg/L, median value : 0.73 μg/L) and tuff area has 0.13~7.11 μg/L (the arithmetical means : 2.12 μg/L, median value : 0.88 μg/L). The samples in limestone area from the paleozoic-ordovician period and in clastic sedimentary rock area from the mesozoic-cretaceous period exceeded the EPA MCL(Maximum Contaminant Level : 30 μg/L). Radon concentration was 3~7,189 pCi/L (the arithmetical mean : 1,158 pCi/L, median value : 735 pCi/L), and radon concentration of 10 samples in study area exceeded the EPA AMCL (Alternative Maximum Contaminant Level : 4,000 pCi/L). According to geology (rock type), tuff area has 184~6,081 pCi/L (the arithmetical mean : 1,583 pCi/L, median value : 860 pCi/L), clastic sedimentary rock area has 3~7,189 pCi/L (the arithmetical mean : 1,203 pCi/L, median value : 803 pCi/L) and limestone area has 30~6,691 pCi/L (the arithmetical means : 935 pCi/L, median value : 494 pCi/L). The maximum radon concentration was 7,189 pCi/L at the mesozoic-cretaceous sedimentary rock area. The samples, exceeded EPA AMCL, were from the paleozoic-ordovician limestone, the paleozoic clastic sedimentary rock, unknown clastic sedimentary rock, the mesozoic-cretaceous clastic sedimentary rock, and the mesozoic-cretaceous tuff. Gross-α concentration was MDA(Minimum Detectable Activity)~8.61 pCi/L (the arithmetical mean : 1.48 pCi/L, median value : 1.18 pCi/L) and none of them exceeded the EPA national primary drinking water standard. The correlation between uranium and radon was 0.36 (tuff = 0.67, limestone = 0.66, clastic sedimentary rock = 0.29) in study area. Especially, the correlation between uranium and radon was higher than the correlation between uranium and radon in the granite rock area and the metamorphic rock area. A study of natural radionuclides in groundwater in sedimentary rock area is less sufficient than the granite rock area and the metamorphic rock area. therefore more studies are required in sedimentary rock area. In conclusion, a polarization microscope analysis and EPMA (electrone prove X-ray microanalyzer) analysis using rock core sampling by borehole in sedimentary rock area should be conducted.