A methodology is under development to reconstruct and predict the long-term evolution of the natural barrier comprising the site of radioactive waste disposal. The natural barrier must protect the human zone from radionuclides for a long time. So for this, we need to be able to restore the evolution of the bedrock constituting the natural barrier from the past to the present and to predict from the present to the future. A methodology is being studied using surface outcrop, tunnel face of KURT (KAERI Underground Research Tunnel), and drill core at KAERI (Korea Atomic Energy Research Institute). Among them, drill core is an essential material for identifying deep geological properties, which could not be confirmed near the surface when considering the geological condition of the repository in the deep part. In this study, we selected several qualitative and quantitative analyses to construct a deep lithological model from the disposal perspective. These were applied to drill core samples around the KURT. There are the dikes presumed the Cretaceous were intruded by Jurassic granitoids in the study area. Analyzing trace elements of each rock type in the study area classified through geochemical characteristics and microstructure in previous studies made it possible to obtain qualitative information on the petrogenetic process. In addition, synthesizing the quantitative numerical age allows for grasping the evolution of bedrock, including intrusion and cutting relationships. LAICPMS was used for determining the age of zircons in plutonic rocks. The highly reliable 40Ar-39Ar method was selected for volcanic rocks because it can correct the loss of Ar gas and obtain the values of two types of Ar isotopes in a single sample. As a result, it was possible to infer the formation environment of rocks through anomalies in specific trace element content. And according to the numerical ages, it was possible to support the known separated rock type found in previous studies or to present a quantitative precedence relation for unclassified rocks. These methods could be applied to reconstruct the long-term evolution of bedrock within natural barriers.

Dok island comprises Pliocene volcanic products such as a series of volcanoclastic rocks and lavas ranging in composition from alkali basalts, and trachyandesites to trachytes. Compositional variation of the basaltic rocks can be attributed to fractional crystallization of olivine, clinopyroxene, plagioclase, and magnetite. Chemical variations among the trachyandesites are caused by fractionation of clinopyroxene, plagioclase, and magnetite with minor amphibole, while trachytes are controlled mainly by feldspar fractionation. Incompatible element abundance ratios and chondrite normalized LREE/HREE ratios (e.g., (La/Yb)c: 24.8 to 32.8 for basalts, 15.6 to 31.2 for trachyandesites) suggest that the origins of the basalts and trachyandesites involve both different degrees of partial melting and subsequent fractional crystallization processes. Trace element ratios of the basalts from Dok island are characterized by high Ba/Nb, La/Nb, Ba/Th and Th/U and isotopic ratios (Tasumoto and Nakamura, 1991) that are similar to the EM 1 type of oceanic island basalts such as Gough and Tristan da Cunha basalts.

영남육괴 남서부에 분포하는 백악기 화성암들은 태평양(Pacific)판의 섭입에 의해서 야기된 활발했던 백악기 화성활동의 산물이다. 암석학적 및 지화학적 접근을 통하여 이 지역에 분포하는 화강암류의 성인과 지구조환경을 유추하여 보았다. 연구지역의 화강암류는 칼크-알칼리(calc-alkaline)계열로, 분화에 따른 주성분원소와 미량원소의 변화 경향은 전반적으로 다른 지역의 백악기 화강암류의 분화 경향과 유사하게 나타나지만, 각 암체의 분화경향이나 화학조성을 살펴볼 때 각 암체의 마그마 근원물질은 서로 다른 것으로 사료된다. 복내지역 동교리 부근에 분포하는 화강섬록암(DGd)은 연구지역 내에 분포하는 다른 화강암류와 비교하여 Al2O3, MgO의 함량 및 분화에 따른 변화 경향이 다르게 나타나며, Ba, Sr, Pb, Ni, Cr, Y등 미량원소의 함량에서 뚜렷한 차이를 보인다. 동교리 화강섬록암(DGd)의 지화학적 특징은 높은 Al2O3, Sr 함량과 높은 Sr/Y La/Yb 비를 가지며, 낮은 Y과 Yb함량과 같은 슬랩용융(slab-melting)으로 생성된 아다카이트에서 흔히 관찰되는 지화학적 특성을 나타낸다. 주성분 및 미량원소의 함량을 살펴보면 동교리화강섬록암은 아다카이트의 판별도로 가장 널리 이용되는 Sr/Y vs. Y 관계도에서 호상열도형ADR(Island Arc Andesite, Dacite, Rhyolite)영역에 도시되는 다른 백악기 화강암류들과 명확히 구분되어 아다카이트 영역에 잘 도시된다. ANK vs. A/CNK과 지구조판별도에서 화강암류의 모마그마는 I-type의 화산호화강암의 특성을 나타내며, 태평양판의 섭입에 의한 압축장응력이 작용하는 대륙연변부에서 생성된 것으로 해석된다. 지화학적특성 및 지구조적 환경을 종합하면 동교리화강섬록암의 아다카이틱한 특성은 섭입슬랩의 용융(해령 섭입에 의한 열로 생성)에 의하여 생성된 마그마와 맨틀 페리도 타이트와의 상호작용 그리고 상승하는 동안 지각물질과의 동화작용 등 복합적인 과정을 겪었을 것으로 추정된다.

경기육괴 북부 화천군과 철원군 경계부의 광덕산 일대에 분포하는 쥐라기 화강암은 복운모화강암, 함석류석복운모화강암, 운모화강암, 반상흑운모화강암으로 이루어져 있다. 이 암석들은 서브알칼리 계열 중 칼 크-알칼리 계열에 해당하며, Al 포화지수를 이용한 A/CKN vs. A/KN 다이어그램에서 고알루미나질 영역에 도시된다. 암석기재학적·지화학적 자료는 연구지역에서 가장 후기에 관입한 것으로 알려진 반상흑운모화강암은 복운모화강암, 함석류석복운모화강암 및 운모화강암과는 별개의 모그마로부터 기원하였음을 지시한다. 이들 화강암질암을 형성한 마그마의 근원암의 성질을 알아보기 위해 Rb/Sr vs. Rb/Ba 다이아그램과 Al2O3/TiO2 vs. CaO/Na2O 다이어그램에 도시한 결과, 반상흑운모화강암은 복운모화강암, 함석류석복운모화강암, 운모화강암 보다 이질 성분을 덜 함유하는 근원암으로부터 유래하였음을 알 수 있다. 스파이더 다이어그램에서 친석 원소인 Cs, Rb, Ba의 값이 부화되어 나타나고, 고장력 원소인 Nb, P, Ti의 값이 결핍된 값의 지화학적 특성 을 보이는 것으로 보아, 광덕산 일대에 분포하는 쥐라기 고알루미나질 화강암질암은 섭입대 환경에서 형성되 었으며, 전암 저어콘 포화지온계로부터 692-795oC 온도 조건에서 용융되었음을 알 수 있다.