• The lithological and mineralogical characteristics of the Jinju Formation (JBH-1 borehole) were investigated to assess host rocks for high-level radioactive waste (HLW) geological disposal.

• Claystone with > 40% clay minerals exhibits thick layers, primarily in the upper section (7-350 m) of the JBH-1 borehole.

• The claystone of the Jinju Formation has a clay minerals content similar to the Opalinus Clay considered host rock for HLW disposal, but contains a significant amount of illite.

고준위방사성폐기물(High-level radioactive waste, HLW)의 지층처분은 방사성 핵종이 인간과 생태계에 미치는영향으로부터 인간 사회를 보호하기 위해 지하 심부의안정한 지층에 폐기물을 영구 격리하는 것이다. 고준위방사성폐기물의 영구 격리를 위해서는 공학방벽 뿐만 아니라 천연방벽이 매우 중요하다. 천연방벽은 공학적 방벽의 붕괴 이후 누출되는 방사성 물질이 지하수 등에 의해 생물권으로 누출되는 것을 방지 및 지연하는 역할을한다. 따라서 지층처분은 지구조적 환경에 따라 다르겠지만 일반적으로 지하 300-500 m 내외의 구간에 분포해야하며 지층의 두께는 50-100 m 이상으로 최소 10만년에서 최대 백만년 이상 안정적으로 방사성 물질의 누출을 방지하거나 지연시킬 수 있어야 한다(Templeton et al., 2010).

낮은 공극률과 강한 강도를 갖는 결정질암(화강암, 편마암 등)은 고준위방사성폐기물의 지층처분에 적합한 암종으로 제시되고 있다(Duro et al., 2010; Šostarić and Neubauer, 2012). 그러나 결정질암의 경우 강한 강도로인하여 방사성 핵종이 유출될 수 있는 균열이 발생할 가능성이 높다. 이암은 직경이 0.063 mm 이하의 세립질 입자(실트와 점토)로 구성된 퇴적암으로 점토광물을 다량포함한다(Bock, 2010). 점토광물은 가소성 때문에 외부응력에 대한 소성 변형을 한다(Bossart and Thury, 2008; Bossart et al., 2017). 게다가 스멕타이트와 같이 팽창성을 갖는 점토광물은 균열을 자가밀봉(self-sealing)하므로이암은 외부 자극으로부터 형성된 균열을 통한 방사성물질의 누출을 안정적으로 방지할 수 있다(Bock et al., 2010; Kaufhold et al., 2013; Kneuker et al., 2023). 또한 점토광물은 낮은 투수율 및 이온을 흡착하거나 교환하는특성을 통해 방사성 핵종의 누출을 억제할 수 있는 이점이있다(Chang et al., 2018). 따라서 이암은 고준위방사성폐기물 지층처분 암종으로 고려되고 있으며, 현재 벨기에,스위스, 프랑스에서는 지하연구시설을 건설하고 고준위방사성폐기물의 지층처분 천연방벽으로서 이암의 특성을 평가하기 위한 연구가 활발히 진행 중이다(NEA, 2022).

국내 천연방벽에 대한 연구는 중·저준위폐기물 처분부지 및 소형 지하연구시설 선정에 집중되어 있으며, 주로결정질암에 대한 연구들이 수행되었다(Kim et al., 2004; Kim et al., 2008). 최근 원자력발전소 내 고준위방사성폐기물의 임시 저장소가 대부분 포화상태에 이르러 고준위방사성폐기물 지층처분에 대한 필요성이 대두되면서 지층처분 암종 선정을 위한 전국 규모의 광역지질 및 심부암반 특성에 대한 다양한 연구가 수행 중이다(KIGAM, 2021). 최근 한국지질자원연구원은 국내에 분포하는 다양한 암종들에 대한 고준위방사성폐기물 지층처분 암종으로서의 특성 연구를 위해 심부 시추를 통해 심부 지질특성을 연구 중이며, 이러한 연구의 일환으로 지층처분암종으로서 이암의 특성을 평가하기 위해 경상분지 진주층을 대상으로 시추공(JBH-1, 7-754 m)을 확보하였다. 따라서 본 연구에서는 고준위방사성폐기물 지층처분 암종으로 국내 이암에 대한 기초 정보를 제공하기 위해 JBH-1시추공 내 이암의 분포 양상을 파악하고 광물 조성 및함량을 제시하였다. 더불어 최근 스위스에서 고준위방사성폐기물 지층처분 암종으로 선정된 Opalinus Clay의 광물학적 특성과 비교 분석하였다(NEA, 2022).

KIGAM (2021)의 연구 결과에 따르면, 퇴적암은 변성암과 화성암과 유사하게 국내 암종 분포 중 25%를 차지하며 이 중에서 백악기 퇴적층은 17%로 평가된다. 연구대상지인 경상분지는 대표적인 중생대 백악기 육성 퇴적분지로서 한반도 남동부 약 20,000 km²의 면적으로 분포하며 약 9,000 m에 달하는 층후를 갖는 경상누층군으로구성된다(Chang, 1975). 경상누층군은 하부로부터 신동층군(층후 약 3,000 m), 하양층군(층후 약 4,000 m), 유천층군(층후 약 2,000 m)으로 세분된다. 신동층군은 현재 경상분지의 서쪽 가장자리에 NNE-SSW 방향으로 발달된 낙동 곡분(Nakdong trough)에 퇴적되었다(Chang, 1987). 신동층군은 암색을 포함한 암상의 특징을 기반으로 낙동층(선상지-하성환경), 하산동층(하성환경), 진주층(호성환경)으로 세분된다(Choi, 1981)(Fig. 1). 경상분지는하양층군의 퇴적시기에 안동단층을 경계로 북쪽에 위치하는 영양소분지와 팔공산 단층을 경계로 남쪽과 북쪽에위치하는 밀양소분지와 의성소분지로 분리된다(Fig. 1)(Chang, 1968; Choi, 1999). 이번 연구는 밀양소분지에 위치한 진주층에서 확보된 시추공을 대상으로 연구가 수행되었다. 밀양소분지의 진주층 상부에 놓인 하양층군은 충적평야 환경에서 퇴적된 칠곡층, 신라역암층, 함안층과호성환경에서 퇴적된 진동층으로 구성된다(Fig. 1). 유천층군은 주로 안산암, 유문암질 응회암 및 용결응회암을포함하며, 일부 퇴적암이 협재하기도 한다.

Figure 1. Geological map (modified from Lee and Lee, 2000) and stratigraphy (modified from Chang, 1975) of the Gyeongsang Basin. In geological map, the blue color area in the Sindong Group indicates the Jinju Formation The red-star indicates the location of the JBH-1 borehole.

진주층은 신동층군의 최상부 지층으로 두께가 약 1,200 m에 이르며, 경상분지 서쪽 경계를 따라 북북동-남남서 방향으로 분포한다(Fig. 1). 진주층은 하산동층의 최상부 붉은색 이암을 정합적으로 덮고 있으며, 칠곡층 최하부에분포하는 붉은색 이암과 상부 경계를 이룬다(Um et al., 1983). 진주층의 두께는 밀양소분지에서에서 의성소분지로 가면서 얇아지는 특징을 보인다(Fig. 1). 진주층을 구성하는 주요 암석은 회색 역질사암, 회색 내지 암회색 조립질 사암, 이질 사암 및 이암이며 간혹 화산 기원 퇴적물이 협재된다(Choi, 1986). 진주층은 북쪽으로 갈수록사암층의 발달 빈도가 증가하는 경향을 보인다. 일부 구간에서는 스트로마토라이트, 우이드, 온코이드등 탄산염암이 관찰된다(Lee and Woo, 1996; Paik, 2005; Pack et al., 2019).

3.1. 시추지역

진주지역 시추조사 부지 일대에 가장 우세하게 발달하는 선형구조는 남-북, 동-서 방향의 선형구조로 시추조사지점의 서측과 남측에서 발달하며, 두 번째로 우세하게발달하는 선형구조는 서북서-동남동 방향의 선형구조이며 대부분 시추조사지점의 북측과 남측에 발달한다(KIGAM, 2021). 특히 북서-남동 방향의 선형구조는 우세한 남-북방향의 선형구조의 이차적인 선형구조로 해석되며 국부적으로 발달한다. 진주지역의 시추지점은 경상분지 신동층군 최상부 지층에 해당되는 지역으로 진주 경상국립대학교 가좌캠펴스 내 자연과학대학 2호관 동측에 위치하는 지진관측소 내 평지이다(GPS 좌표: N35.155202°/E128.097108°). 이 시추지점은 공간적으로 진주층의 상부에 해당되며, 시추 종료지점은 진주층의 하부에 해당한다. 진주층 시추공(JBH-1)의 총 시추 구간은 7-754 m으로 진주층의 중부를 시추한 것으로 판단된다(KIGAM, 2021).

3.2. 분석방법

진주지역에서 시추된 진주층 시추공의 암상을 이암(실트암, 점토암), 사암, 역암으로 구분하여 간략한 주상도를작성하였다(Fig. 3). 심도별 암상 및 광물 특성을 평가하기 위하여 주상도를 기반으로 10-15 m 간격으로 이암 시료 63개(점토암:54개, 실트암:9개)를 채취하였다. 시추공에서 채취된 암석 시료를 암석절단기를 이용하여 변질및 오염된 부분을 제거하고 증류수로 세척한 후 실온에서 건조하였다. 건조된 시료를 한국지질자원연구원의 암석분쇄기를 이용하여 10 µm 이하 크기로 분쇄하였다. 분말 시료를 전처리 없이 사용하는 전암시료 시편과 더불어 점토광물 평가를 위해서 2 µm 이하 입도 입자를 분리하여 사용하는 점토시료 시편을 제작하였다. 2 µm 이하의 입자는 원심분리기에서 750 rpm의 속도로 회전시켜분리하였다. 카올리나이트와 스멕타이트를 분류하기 위해 점토시료 시편은 에틸렌글리콜과 가열처리하였다. 시편의 광물조성은 호주에 위치한 Sietronics Pty Ltd.에서보유하고 있는 X-선 회절분석기(Bruker-AXS D8 X-ray Diffractometers)를 이용하여 분석되었다. Cu X-Ray tube를 사용하였으며, 전압 조건은 40 kv와 25 mA으로 설정하였다. 측정 범위는 5°-80° (2θ)이며, step size는 0.02°(2θ)이다. 리트벨트 방법으로 정량 분석을 수행하는 Siroquart소프트웨어를 이용하여 진주층의 광물 조성에 대한 정량 분석하였다.

Figure 3. Vertical trends of clay minerals, quartz, feldspar, and carbonate minerals content of mudstone in the JBH-1 borehole.

4.1. 진주층 시추공 시료의 광물 조성 및 함량

전암 및 점토시료에 대한 XRD 분석 결과에 따르면 진주층 이암(점토암과 실트암)은 주로 석영, 장석, 탄산염광물, 점토광물을 포함한다(Fig. 2). 점토광물은 일라이트와 녹니석으로 구성되며, 주요 구성광물의 함량은 Table 1과 같다. 점토암과 실트암은 주요 구성 광물은 동일하나함량에 차이를 보인다. 점토암의 석영과 장석의 평균 함량은 27±6%과 7±5%이다. 점토암의 점토광물 함량은 대부분 40% 이상으로, 평균 함량은 50±7%이다(Fig. 2). 실트암의 석영과 장석의 평균 함량은 39±4%과 15±4%으로 평가된다. 실트암의 점토광물의 함량은 27-45%(평균33±6%) 범위를 보인다(Fig. 2). 탄산염광물 함량은 점토암(평균 15±6%)이 실트암(평균 12±8%)에 비해서 미약하게 높은 함량을 보인다.

Table 1 . Major mineral composition and content of mudstone in the JBH-1 borehole (this study) and Opalinus Clay (NEA, 2022).

Formation	Lithology		Clay minerals (%)		Carbonate minerals (%)		Quartz (%)	Feldspar (%)
			Illite	Chlorite	Calcite	Dolomite
Jinju	Mudstone	Claystone	50±7 (33-67)		15±7 (0-29)		27±6 (18-41)	7±5 (0-21)
			33±8 (17-51)	17±3 (13-25)	14±6 (1-27)	3±1 (1-6)
		Siltstone	33±6 (27-45)		12±8 (2-31)		39±4 (32-44)	15±4 (10-22)
			18±4 (13-26)	15±4 (10-21)	11±7 (2-26)	3±2 (1-5)
Opalinus Clay	Mudstone		60±15		20±15		20±10

Figure 2. Clay minerals versus quartz, feldspar and carbonate minerals of mudstone in the JBH-1 borehole.

진주층 시추공에 광물 함량의 변동은 암상과 밀접한 연관성이 있다. 점토암은 실트암에 비해서 높은 점토광물의 함량을 보이며 낮은 석영과 장석의 함량을 보인다(Fig. 2). 또한 점토광물의 함량은 석영과 장석의 함량과음의 상관관계를 보인다(Fig. 2). 석영과 장석은 실트 이상의 입도를 갖는 입자로 주로 유입되기 때문에 실트암과 점토암에 점토광물의 함량 차이가 발생하는 것으로판단된다. 탄산염 광물은 입도에 따라서 큰 차이를 보이지 않으나 점토암의 일부 시료에서 높은 값을 보인다(Fig. 2). 진주층 호수 기원의 탄산염암 협재하는 특성을고려하면 점토암의 탄산염 광물은 외부에서 유입되기보다 점토암이 퇴적된 호수 환경에서 형성된 탄산염 광물에 영향을 받은 것으로 판단된다(Lee and Woo, 1996; Paik, 2005).

4.2. 진주층의 심도별 점토암의 광물 함량 변동

진주층 점토암의 심도별 광물 함량 변화는 Fig. 3과 같다. 점토암의 점토광물과 석영의 함량은 대부분 40-60%와 20-40% 범위를 보이며, 심도에 따른 변동이 관찰되지않는다. 그러나 장석과 탄산염광물의 조성과 함량은 심도별 차이를 보인다. 장석은 200-754 m 구간에서 대부분5% 이하의 함량을 보인다. 15-200 m 구간에서 장석 함량이 5% 이상으로 증가하며, 7-15 m 구간에서 20% 이상의함량을 보인다. 반면에 탄산염광물의 함량은 200-754 m구간에서 대부분 10% 이상으로 평가되며, 7-200 m 구간에서는 20% 이상의 함량을 보이는 일부 시료를 제외하고 대부분 5% 이하로 점진적으로 감소하는 경향을 보인다. 또한 진주층 시추공 전 심도에서 방해석이 관찰되나돌로마이트는 200-500 m 구간에서 제한적으로 관찰된다.

4.3. 암상의 수직적 분포

진주층 시추공의 주요 구성 암상은 이암과 사암이며,조립질 사암층에서 역암이 드물게 협재한다(Fig. 3). 하부 구간에서는 사암이 우세하게 관찰되며, 조립질 사암의 협재 빈도가 증가한다(Fig. 3). 이암은 흑색 내지 회색을 띠며 간혹 탄산염 단괴를 포함한다.

이암의 두께 및 분포 양상을 상세히 살펴보기 위해 시추공의 주요 암상인 사암, 실트암, 점토암의 심도별 두께를 Fig. 4와 같이 제시하였다. 주상도에서 2 m 이하의 얇은 두께로 협재되는 암상은 상하부에 분포하는 암상을고려하여 지정하였다. 진주층 시추공 전반에 걸친 이암과 사암의 비율은 69%와 31%로 이암이 우세하며, 점토암(44.6%)이 실트암(24.6%)에 비해 우세하게 분포한다.심도에 따라 암상 분포 양상 및 두께 차이를 고려하여상부 구간(7-350 m)과 하부 구간(350-754 m)으로 구분된다. 하부 구간(350-754m)에는 사암에 비해서 이암(60%)이 높은 비율로 분포하나 이암은 대부분 10 m 이하의 얇은 두께를 보이는 반면에 10 m 이상의 두께를 갖는 사암이 수매 협재한다. 350-500 m 구간에서는 25 m 이상의 두께를 보이는 사암이 관찰되기도 한다. 상부 구간(7-350 m)의 이암 비율은 79%로 평가되며, 30 m 이상의 두께를 갖는 이암층이 관찰된다. 점토암(59%)이 실트암(20%)에 비해서 우세하며, 25 m 이상의 두께를 갖는 점토암도 수매 관찰된다. 사암은 7 m 이하의 얇은 두께로협재한다.

Figure 4. Lithological and mineralogical variation depending on depth in the JBH-1 borehole.

4.4. 진주층의 점토암의 분포 양상과 광물 함량 기반 구간 분류

점토광물은 가소성 때문에 외부응력에 대한 소성 변형하므로 균열 발달에 저항성을 가진다(Bossart and Thury, 2008; Bossart et al., 2017). 일부 점토광물은 팽창성을 가져 균열을 자가밀봉(self-sealing)하므로 외부 자극으로부터 형성된 균열을 통한 방사성 물질의 누출을 안정적으로 방지할 수 있다(Bock et al., 2010; Kaufhold et al., 2013; Kneuker et al., 2023). 또한 점토광물은 낮은 투수율 및이온을 흡착하거나 교환하는 특성을 통해 방사성 핵종의외부 확산을 억제할 수 있다(Chang et al., 2018). 따라서고준위방사성폐기물 지층처분 암종 평가에 점토광물의조성과 함량 평가는 필수적으로 요구된다. 점토광물과 더불어 방해석과 같은 일부 광물은 핵종을 구조적으로 통합하는 것으로 알려져 있다(Charlet et al., 2010). 게다가점토광물의 방사성 핵종의 흡착능력은 이암을 구성하는전체 광물 조성과 연관된 공극수 성분에 영향을 받는다(Chang et a, 2018). 더불어 일부 연구에 따르면 방해석함량 변동이 파괴강도(failure strength)에 영향을 미치는것으로 제시하였다(Klinkenberg et al., 2009). 따라서 고준위방사성폐기물의 지층처분을 위한 암종 평가를 위해서는 점토광물뿐만 아니라 점토암을 구성하는 전체 광물의 함량 및 조성에 대한 고려가 필요하다.

진주층 점토암에 점토광물의 함량은 시추공 전반에 걸쳐 큰 변동을 보이지 않는다. 그러나 심도별로 점토암의분포 양상에 차이를 보인다. 또한 탄산염광물, 석영, 장석의 함량은 심도에 따라 변화한다. 따라서 이번 연구에서는 점토암의 분포 양상과 광물 특성을 고려하여 진주층 시추공은 4개 구간으로 구분하였다(Fig. 4). 하부 구간(350-754 m)은 탄산염광물의 조성과 함량에 따라 500-754 m과 350-500 m으로 세분된다. 탄산염광물의 함량은하부 구간(350-754 m)에서 전반적으로 일정하나 350-500 m에서 돌로마이트가 5% 이하로 포함된다(Fig. 4). 상부구간(7-350 m)은 200-350 m와 7-200 m으로 세분된다. 200-350 m은 하부 구간의 350-500 m와 유사한 광물 조성 및 함량을 보인다(Fig. 4). 7-200 m 구간은 장석의 함량은 10% 이상으로 높게 평가되는 반면에 탄산염 광물함량이 10% 이하로 포함되며 돌로마이트는 관찰되지 않는다(Fig. 4).

4.5. 진주층과 Opalinus Clay의 광물 특성 비교 분석

스위스에서 고준위방사성폐기물 지층처분 암종으로 선정하여 다양한 연구를 진행하고 있는 Opalinus Clay와 진주층의 광물학적 특성을 비교 분석하였다. Opalinus Clay는 후기 쥐라기에 중앙 유럽에 분포한 천해 대륙붕 환경에서 퇴적되었다(Ziegler, 1990). Oplinus Clay의 두께는80-130 m로 지역에 따라 다양한 분포 보인다(Hostettler et al., 2017). Mont Terri URL(Underground Research Laboratory)가 건설된 Saint Ursanne 지역의 Opalinus Clay는 심도 250-300 m 구간에 분포한다(Lerouge et al., 2014).추가 후보지로 선정되어 연구가 진행되고 있는 Benken과 Schlattingen 지역의 Opalinus Clay에 분포 심도는 약600 m와 약 900 m로 평가된다(NEA, 2022). Oplinus Clay는 주로 이암과 사암으로 구성되며, 일부 사암에서는 탄산염 퇴적물을 다량 포함한다(Bossart and Thury, 2008; Hostettler et al., 2017).

NEA (2022)에 제시된 Opalinus Clay의 주요 구성 광물의 함량을 살펴보면 점토광물은 60±15%, 탄산염광물은 20±15%, 석영과 장석은 20±10%로 평가된다(Table 1).진주층은 Opalinus Clay와 유사하게 주로 석영, 장석, 탄산염광물, 점토광물로 구성된다(Table 1). Opalinus Clay의 점토광물은 일라이트, 녹니석, 스멕타이트/일라이트 혼합층 광물, 카올리나이트로 구성된다. 스멕타이트/일라이트 혼합층 광물은 약 10% 정도 포함된다. Benken 지역에 분포하는 Opalinus Clay의 점토광물은 주로 스멕타이트/일라이트 혼합층 광물(9-29%)과 카올리나이트(4-21%)로 구성되며 소량의 일라이트(3-8%)와 녹니석(0-6%)을포함한다(Lerouge et al., 2014). 스멕타이트/일라이트 혼합층 광물은 팽창성을 갖는데 이러한 원인은 주로 스멕타이트 층간의 저면 간격이 물분자나 극성 유기분자에의해 팽창하기 때문이다(Kang et al., 2003). 따라서 스멕타이트와 일라이트 혼합층 광물은 균열을 자가밀봉(self sealing) 할 수 있다(Bock et al., 2010; Kaufhold et al., 2013; Kneuker et al., 2023). 스멕타이트/일라이트 혼합층을 포함하는 Oplainus Clay는 균열을 통한 방사성 물질의 유출을 지연시키거나 방지할 수 있을 것으로 기대하고 있다(Kneuker et al., 2023). 진주층 시료에서는 스멕타이트/일라이트 혼합층 광물과 카올리나이트가 관찰되지 않는다.

퇴적암의 점토광물은 기원지에서 유입된 후 매몰속성과정에서 안정한 점토광물로 변화한다(Hawer, 1976). Opalinus Clay의 카올리나이트는 따듯하고 습한 기후의퇴적 분지 주변에서 형성되어 기원된 것으로 해석하였다(Lauper et al., 2018). 소량의 일라이트, 스멕타이트/일라이트 혼합층 광물, 녹니석은 주변 고생대 기반암에서 기원했을 가능성을 제시하였다(Lerouge et al., 2014). Opalinus Clay에 스멕타이트의 부재를 통해 대부분의 스멕타이트/일라이트 혼합층 광물은 매몰 속성 작용 중에스멕타이트가 변질되어 형성된 것으로 제시하였다(Lerouge et al., 2014). 스멕타이트는 매몰온도가 증가하면서 스멕타이트/일라이트 혼합층 광물을 거쳐 일라이트로 변화한다(Hower et al., 1976). 따라서 스멕타이트/일라이트 혼합층 광물에 일라이트의 비율은 매몰 온도를 평가하는지시자로 활용되고 있다(Hower, 1976; Šucha et al., 1993). Opalinus Clay의 스멕타이트/일라이트 혼합층 광물에 포함된 일라이트의 비율을 고려하면 Opalinus Clay는 90-105℃의 매몰 온도를 경험한 것으로 해석된다(Kneuker et al., 2023). 카올리나이트는 130℃ 이상의 매몰 온도에서 일라이트로 변화한다(Ehrenberg & Nadeau, 1989; Bjørlykke & Aagaard, 1992). Opalinus Clay의 매몰 온도를 고려하면 카올리나이트는 일라이트로 변질 받지 않고잔류한 것으로 판단된다.

진주층의 점토광물은 주로 일라이트와 녹니석으로 구성된다. 진주층을 포함하는 신동층군에서 평가된 일라이트 결정도 및 저어콘 핵분열비적법(Fission track analysis)의 결과를 고려하면 진주층은 200℃ 이상의 높은 온도를경험한 것으로 판단된다(Son, 2011; Lim et al., 2003). 진주층의 매몰 온도를 고려하면 퇴적 초기에 이암에 포함된 스멕타이트/일라이트 혼합층 광물과 카올리나이트는매몰속성 작용 중에 일라이트로 변형되었을 것으로 해석된다(Son, 2011). 또한 신동층군 이암에서 드물게 관찰되지만 스멕타이트-녹니석 혼합층 광물의 부존을 통해 녹니석은 매몰 속성 작용 중에 스멕타이트가 변질 받아 형성된 것으로 판단된다(Lee and Lee, 1998). 매몰 속성 작용은 진주층과 Oplalinu Clay의 점토광물의 조성 차이를야기한 주요한 요인 중 하나로 판단된다.

본 연구에서는 진주층 시추공(JBH-1, 7-754 m)의 이암(실트암, 점토암) 분포 양상 및 구성 광물 특성을 평가하였다. 진주층 시추공 이암은 주로 석영, 장석, 탄산염광물, 점토광물로 구성된다. 점토암에 점토광물의 함량은40% 이상으로 실트암에 비해서 높은 함량을 보인다. 진주층 시추공의 7-350 m은 이암 우세 구간으로 전체 암상에서 이암이 차지하는 비율은 79%이며, 이중에서 점토암(59%)이 실트암(20%)에 비해 우세하게 포함된다. 점토광물의 함량은 일정하나 이암 우세 구간의 상부(7-200 m)는 하부(200-350 m)에 비해서 탄산염광물의 함량이 낮고돌로마이트를 포함하지 않는 반면에 장석의 함량이 우세한 특징을 보인다. 이러한 광물학적 특성은 핵종의 거동과 연관된 수리학적 및 암석역학적 특성에 차이를 야기할 수 있다. 진주층 점토암의 점토광물 함량은 고준위방사성폐기물 지층처분 암종으로 선정되어 연구가 수행 중인 Opalinus Clay와 유사하다. 그러나 매몰 속성 작용의차이로 인하여 점토광물 조성에 차이를 보인다. Opalinus Clay는 팽창성을 갖는 스멕타이트/일라이트 혼합층 광물을 포함하는 반면에 200℃ 이상의 매몰 온도를 경험한진주층은 주로 일라이트로 구성된다. 본 연구에서 제시한 진주층의 이암 분포 양상 및 광물학적 특성은 고준위방사성폐기물 지층처분 암종 연구 및 특성 평가를 위한다학제적 연구의 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구에서는 고준위방사성폐기물 지층처분 암종 특성 평가를 위한 기초자료 제공을 위하여 m 규모의 관점에서 암상 분포 양상 및 광물학적 특성 변동을 파악하였다. 그러나 진주층 점토암 내에는 수 mm의 박층으로 실트암과 사암이 협재하는 경우가 다수 관찰된다. 따라서퇴적환경 기반의 고해상도 암상 분류와 광물학적 특성평가 요구된다. 더불어 이암의 암상 분포 및 광물학적 특성은 퇴적환경, 기원지 및 매몰 속성 작용 등에 의해서다양하게 관찰될 수 있으므로 고준위방사성폐기물 지층처분 암종 연구를 위해서는 국내 분포하는 다양한 퇴적분지의 이암들에 대한 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다.

본 논문은 ‘2022년도 강원대학교 대학회계 학술연구조성비’와 한국지질자원연구원 2024년 기본사업의 하나인 ‘HLW 심층처분을 위한 지체구조별 암종 심부 특성 연구(GP2020-002; 24-3115)’사업들의 지원을 받아 수행하였습니다.