청풍지역 1차수계 하상퇴적물에 대한 지구화학적 연구
조선대학교 자원공학과 교수 박 영 석
1. 서 론
| 지구시스템에서 주성분원소, 미량성분원소 및 희토류원소의 분산특성은 인간의 삶과 밀접한 관련이 있으며, 특히 중금속과 같은 유해원소의 이동, 분산, 부화는 암석과 광석으로부터 퇴적물, 토양 그리고 순환수를 따라 이동하며, 각각의 환경계가 자정능력을 초과할 때 유해한 물질이 부화되어 생태계에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있다(Davies and Ballinger, 1990).
집수분지(drainage basin)를 대표하는 소규모의 1-2차 수계에 분포하는 하상퇴적물들은 상류 집수분지 내에 발달되어있는 암석과 토양으로부터 유래된 입자들이 수계를 타고 이동하여 모인 것으로, 인근지역의 지질특성을 축약하여 집약시켜 놓은 것이나 다름없고, 대표성이 뛰어나며, 중금속과 미량원소를 잘 반영하고 있어, 주변 지표지질환경을 가장 잘 반영하는 대표적인 지질매체로 받아들여지고 있다(Darnley, 1990; Darnley et al., 1995; FOREGS, 1998). 이번 연구에서는 1:50,000 청풍지형 도폭에 해당하는 화순군, 장흥군, 나주시, 강진군 일부 지역에 대해, 지질도폭과 기존의 연구 그리고 야외조사를 통해 이 지역에서 넓게 분포하고 있는 암석을 기준으로 지질집단으로 분류하고, 주성분원소, 미량성분원소 및 희토류원소에 대한 지질집단별 함량특성을 알아보았으며, 이들 함량분포를 시료위치에 따른 자연배경치로 제시 하고자 한다. |
2. 지형 및 수계
| 연구지역은 화순군과 장흥군을 주로 포함하며, 산지는 대부분이 해발 400m이상으로 여러 곳에서 400~500m의 고지를 가진 봉들이 발견된다. 남부에서는 해발 300~350m의 높이를 가진 평단면의 존재가 주목되며, 수계의 대부분은 영산강의 지류인 대초천과 지석천에 의하여 개척되고 있으며, 연구지역 중앙부 넓은 면적을 덮고 있는 하계는 북류하는 영산강의 지류인 대초천이며 그 남쪽 곡두들은 탐진강 평단면에 달해있다. 수계는 산계의 방향을 따르는 것과 이를 횡단하는 것으로 대표되며, 산계의 방향보다 지질경계선을 따른 하천으로는 탐진강이 있으며, 이 하천은 대체로 중생층와 화강암질 편마암의 경계선에 따라 흐르고 있다. 연구지역을 구성하고 있는 암석은 편마암류, 변성퇴적암류, 퇴적암류, 심성암류 및 암맥과 석영맥이다. 남동쪽과 남서쪽에는 편마암류가 분포되어 있고, 북서우의 저구릉 지대에는 화강암이 분포되어 있으며 중앙부에는 역암, 화산암 등을 주로 한 퇴적암류로 되어있으며, 중생대의 퇴적 기반이 되어 있는 암석은 변성 퇴적암류인 규암, 편암, 슬레이트, 화강암질 편마암, 메타텍틱 편마암이다. 메타텍틱편마암도 화강암질편마암과 동시대의 것으로 생각되나 좀더 오랜 퇴적암을 원암으로 한 부분이 포함되어있을 가능성도 있다(정창희와 김길승, 1966; 최유구와 윤형대, 1968). |
3. 연구지역의 지질
| 청풍지역을 구성하고 있는 암석은 편마암류, 변성퇴적암류, 퇴적암류, 심성암류 및 암맥과 석영맥이다. 남동쪽과 남서쪽에는 편마암류가 분포되어 있고, 북서우의 저구릉 지대에는 화강암이 분포되어 있으며 중앙부에는 역암, 화산암 등을 주로 한 퇴적암류로 되어있다. |
4. 시료의 분석
| 하상퇴적물에 대한 화학분석은 한국지질자원연구원에서 실시하였다. 주성분원소는 X-선형광 분광법(XRF)으로 분석하였고, 사용된 기기는 일본 Shimadzu사 MXF-2100이다. 미량성분원소는 유도결합 플라즈마 원자방출 분광법(ICP-AES)으로 분석하였고, 사용된 ICP 분광기는 Labtest UV25(미국 Labtest Equipment Co.)과 Jovin Yvon JY-38 plus(프랑스 Jovin-Yvon Equipment Co.)이다. 중성자 발생을 위한 조사는 한국원자력연구소에 있는 HANARO 원자로(Hi-flux Advanced Neutron Application Reactor)를 이용하였고, NAA 분석에서는 여러 종류의 방사선 가운데 감마선을 이용하였다. X-선 회절분석(XRD)은 조선대학교 공동기기센터의 X\'pert PRO MPD를 이용하였다. |
5. 주성분원소의 함량 특성
| 하상퇴적물의 주성분원소 함량은, SiO2 47.31~72.81wt.%, Al2O3 11.26~21.88wt.%, Fe2O3 2.83~8.39wt.%, CaO 0.342~2.81wt.%, MgO 0.55~3.59wt.%, K2O 1.71~4.31wt.%, Na2O 0.56~2.28wt.%, TiO2 0.46~1.24wt.%, MnO 0.04~0.27wt.%, P2O5 0.02~0.45wt.%의 범위를 보인다. 주성분원소의 함량비교에서 Al2O3, P2O5 함량 중앙값은 메타테틱편마암 지역, Fe2O3, K2O 함량 중앙값은 화강암질편마암 지역, CaO, MgO, Na2O, MnO 함량 중앙값은 다도응회암 지역, TiO2 함량 중앙값은 능주용암 지역에서 높은 값을 나타낸다. 또한 하상퇴적물의 광물의 형태와 광물학적 조성차이를 알아보기 위해 X-선회절 분석결과 시료번호 126(화순군 이만리 부근)과 시료번호 127(화순군 목동마을 부근)은 석영, 백운모, 알바이트, clinochlore, 미사장석 등의 광물로 구성되어 있다. |
6. 미량성분 및 희토류원소의 함량특성
| 연구지역의 지질집단별 함량을 살펴보면,
화강암질편마암 지역에서 미량성분원소 함량은 Ba 900~8990ppm, Be 1.4~3.5ppm, Cu 12~57ppm, Nb 14~287ppm, Ni 15~61ppm, Pb 14~24ppm, Sr 65~787ppm, V 41~87ppm, Zr 46~144ppm, Li 31~80ppm, Co 7.2~65.0ppm, Cr 35~409ppm, Cs 4.2~37.1ppm, Hf 4.9~31.5ppm, Rb 97~649ppm, Sb 0.1~3.9ppm, Sc 6.5~52.0ppm, Zn 43~375ppm, Pa 11.2~64.7ppm, 희토류원소인 Ce, Eu, Yb 함량은 각각 68~373ppm, 0.8~6.0ppm, 1.5~10.0ppm이다. 메타테틱편마암 지역에서 미량성분원소 함량은 Ba 950~1350ppm, Be 1.4~3.2ppm, Cu 15~35ppm, Nb 16~24ppm, Ni 15~38ppm, Pb 15~31ppm, Sr 96~199ppm, V 42~79ppm, Zr 35~85ppm, Li 31~74ppm, Co 10.3~21.5ppm, Cr 60~141ppm, Cs 6.7~14.0ppm, Hf 6.2~13.3ppm, Rb 91~205ppm, Sb 0.2~0.9ppm, Sc 10.6~18.1ppm, Zn 57~121ppm, Pa 10.4~18.8ppm, 희토류원소인 Ce, Eu, Yb 함량은 각각 60~120ppm, 0.8~1.9ppm, 1.8~4.3ppm이다. 유치역암 지역에서 미량성분원소 함량은 Ba 900~1410ppm, Be 1.1~1.7ppm, Cu 10~21ppm, Nb 17~7ppm, Ni 9~19ppm, Pb 14~19ppm, Sr 97~196ppm, V 4~62ppm, Zr 70~164ppm, Li 23~41ppm, Co 4.6~9.8ppm, Cr 16~51ppm, Cs 2.7~19.1ppm, Hf 6.9~14.7ppm, Rb 83~183ppm, Sb 0.1~1.7ppm, Sc 5.2~11.7ppm, Zn 39~136ppm, Pa 11.5~23.9ppm, 희토류원소인 Ce, Eu, Yb 함량은 각각 74~129ppm, 1.0~2.2ppm, 0.7~4.5ppm이다. 능주용암 지역에서 미량성분원소 함량은 Ba 830~1370ppm, Be 1.2~1.8ppm, Cu 11~18ppm, Nb 12~21ppm, Ni 4~10ppm, Pb 15~18ppm, Sr 68~207ppm, V 42~89ppm, Zr 74~115ppm, Li 23~80ppm, Co 7.0~16.3ppm, Cr 22~36ppm, Cs 6.3~26.0ppm, Hf 7.4~49.2ppm, Rb 72~150ppm, Sb 0.2~2.3ppm, Sc 8.4~13.2ppm, Zn 44~123ppm, Pa 12.5~17.1ppm, 희토류원소인 Ce, Eu, Yb 함량은 각각 66~103ppm, 0.8~1.8ppm, 1.3~4.6ppm이다. |
7. 결 론
- SiO2 함량에서 중앙값은 능주용암 지역 유치역암 지역> 다도응회암 지역> 메타테틱편마암 지역> 화강암질편마암 지역 순이지만 그 차이지 크지 않다.
- Ba, Ni, Pb, V, Co, Cr, Rb, Sc, Zn, Ce, Eu 함량의 중앙값은 화강암질편마암 지역이 다른 지질집단 지역보다 높고, Be, Cu, Li, Yb 함량의 중앙값은 메타테틱편마암 지역이 Sr 함량의 중앙값은 다도응회암 지역이, Nb, Zr 함량의 중앙값은 유치역암 지역이, Cs, Hf, Sb 함량의 중앙값은 능주용암 지역이 다른 지질집단 지역보다 높다.
- 유해원소의 과다농집과 이상결핍지역에서는 코발트와 아연은 결핍지역이 관찰되며, 구리, 니켈, 안티몬에서는 과다농집 지역이 관찰되었다. 이들 지역에서는 추후 특별한 관리가 필요할 것으로 사료된다.
8. 참고문헌
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- 신성천, 염승준, 황상기. “ 지구화학적 재해 평가를 위한 지화학도 작성 및 기준치 설정\" 지 질재해 관측 및 방지기술 심포지엄, 2000년도 지질재해방재기술개발사업단?대한지질공학 회?대한지질공학회 공동학술발표회 논문집.p. 215-233. 2000.
- 이현구, 조애란, 이찬희. “입도분포에 따른 하상퇴적물의 지구화학적 분산 및 부화”. 자원환경 지질, 32권, p. 247-260. 1999.
- 정창희, 김길승, “한국지질도 능주도폭”, 국립지질조사소. 1966.
- 최유구, 윤형대. “지질도폭 설명서 장흥도폭”, 국립지질조사소. 1968.
- Davis, B. D. and Ballinger, R. C. \"Heavy metal soils in north Somerset, England, with special reference to contamination from base metal mining in the Mendips\", Environ Geochem. Health, v.12. p.291-300. 1990.
- Darnley, A. G., \"International geochemical mapping: a new global project\" Journal of Geochemical Exploration, vol. 39, p. 1-14. 1990.
- Fergusson, J.E. Journ. Agric. Sci., V.33. pp.44-51. 1943.
- Taylor, S.R., McLennan, S.M., \"The geochemical evolution of the continental crust\". Rev. Geophys. 33, 241-265. 1995.
※ 위 본문 내용은 2006년 후반기 논문게재예정임.