1. 서 론

지각 구성물질의 90% 이상인 규산염 광물 중 하나인 석면은 마그네슘, 칼슘, 철 등의 성분이 포함된 사문암과 각섬암 계열의 암석 틈에서 지각활동에 의한 열수변질의 영향으로 만들어진다. 석면은 고온에 강하고 내산성이 있어 인류의 역사에 있어서 생활주변에 존재하는 중요한 원료 중에 하나로 자리 잡고 있었으나 1987년 세계보건기구 국제 암연구소에서 1군 발암성물질로 분류(WHO IARC, 1987)되면서 그 위해성이 널리 알려져 우리나라를 포함한 세계 여러 나라에서 석면으로 만들어진 제품의 생산·유통을 금지하고 있다. 이렇게 제품은 대부분의 국가에서 더 이상 만들어 팔 수 없게 되었지만, 지질학적 성인에 의해 만들어진 자연발생석면(NOA, Naturally occurring asbestos) 은 여전히 우리 생활 주변에 존재하고 있다(Kim et al., 2011;Allen et al., 2018). 이러한 자연발생석면은 풍화와 침식을 받아 섬유형 석면으로 변화되고 인간의 경작 및 인위적 활동에 의하여 공기 중에 비산되어 호흡을 통해 폐에 문제를 일으키는 발암성물질이 된다 (Hendrickx, 2008).

석면은 백석면, 악티노라이트 석면, 트레모라이트 석면, 안소필라이트 석면, 청석면, 갈석면 등 6종으로 분류되어 있다. 이들 6종의 석면은 층(sheet)상 구조의 사문석계인 백석면과 이중체인구조(double chain) 의 각섬석계 석면 두 형태로 구분이 된다. 사문석계의 백석면은 대부분 단사정계(monoclinic)의 결정구조를 가지고 있고 극히 일부 사방정계(orthorhombic)의 형태를 보인다(Pollastri et al., 2016). 또한 각섬석계 석면은 안소필라이트 석면만 사방정계로 구분되고, 트레모라이트 석면을 비롯한 나머지 4종의 석면은 단사 정계 형태로 구분이 된다(NSSA, 2009). 석면은 광물의 조성, 지질작용, 열수변질 조건 등 여러 가지 주변 광물의 환경에 따라 다발형(mass), 경사형(slip), 교차형(cross) 등 여러 가지 형태로 암석의 일부에서 산출되고 있다. 이전 연구사례를 보면 우리나라에서는 백석면, 악티노라이트 석면, 트레모라이트 석면, 안소 필라이트 석면 등 4종이 주로 발견되고 있는데(Song et al., 2008;Jung and Roh, 2015;Song and Kang, 2016;Jung et al., 2018), 석면의 지역적 산출 특성에 관한 연구는 미비한 실정이다. 따라서 이 연구에서는 자연발생석면 지질도를 기반으로 하여 서산지역에서 자연적으로 발생된 석면을 중심으로 각각의 석면에서 나타나는 주요 특징들을 조사·분석하여 연구 고찰하였다.

2. 연구 방법

2.1 연구지역

연구지역은 충청남도 서산시 대산읍 일대로 선캠브 리아기의 서산층군이 넓게 분포하고 있다(Fig. 1). 서산 층군의 결정질 석회암 및 각섬석 편암은 수차례에 걸친 화성활동에 기인한 열수변질작용을 받아 석면형의 각 섬석이 일부 산출되는 곳이다(Kim and Hwang, 1982;Song et al., 2013;Jung et al., 2014).

문헌조사 등을 통해 석면 분포현황 등을 확인하고자 연발생석면 지질도를 기반으로 하여 석면형성 가능성이 높은 대산읍 및 웅도리, 석문면, 팔봉면 지역에서 32개의 시료를 9지점에서 채취하였다(Fig. 2). 석면함유 지질대 및 현장 노두 조사를 통해 광물 특성 정보를 수집하고 석면의 형성작용, 산출특성, 석면광물의 종류, 노두 주변 토지이용, 주거지, 암석 풍화등급 등을 조사하였다.

2.2 암석시료 채취 및 전처리

암석의 시료채취는 Fig. 3의 지질해머와 루페를 이용하여 자연발생석면이 육안으로 보이는 곳에서 시료를 채취하는 표적 시료채취(Targeted sampling)을 활용하고(California Geological Survey, 2002), 자연 발생석면이 육안으로 보이지 않는 경우 자연발생석면 산출될 가능성이 높은 변질 또는 세맥이 존재하거나 단층, 습곡, 절리 등의 지질 구조가 있는 곳에서 시료를 채취하였다.

현장에서 채취된 암석시료는 표본용 1개와 박편제작 및 석면 분석을 위한 분말 전처리용 시료 1개, 전자현 미경 분석용 시료 1개 등 총 3개의 시료를 채취하였다 (Fig. 4).

2.3 분석방법

편광현미경 및 XRD를 활용하여 석면 주변의 구성광 물 분석을 통해 석면의 형성과정 및 석면종류를 확인하였다. 주사전자현미경(SEM-EDS), 투과전자현미경(TEM-EDS)를 통해 형상, 화학조성, 회절패턴(selected area diffraction pattern, SAED)을 파악하여 석면의 종류 및 특성을 분석하였다(Fig. 5).

2.3.1 PLM 박편 분석

암석 내 세맥 및 섬유상 형태의 석면이 육안으로 관찰된 부분을 박편으로 제작하여 PLM(DM750P, Leica, Germany) 분석을 통해 석면 주변의 광물의 종류를 확인하였다.

2.3.2 X-선 회절분석기(XRD)

X-선 회절분석기(XRD-7000L, Shimadzu, Japan)은 미세분쇄된 암석 시료에 X-선을 주사하여 얻어진 에너지 피크를 표준 PDF(Powder diffraction file)과 비교하여 자연발생석면 노두에서 산출되는 석면 종류와 광물 구성을 분석하였다(NIER, 2010;Shin et al., 2018).

2.3.3 주사전자현미경(SEM-EDS)

주사전자현미경(SEM-EDS: Quanta 250 FEG, FEI, Germany and EDAX, USA)은 이 연구에서 석면 형상과 화학조성 분석용으로 활용하였으며, 석면의 종류는 국제표준기구의 대기 중 석면분석방법(ISO 14966)에서 제시하고 있는 기준에 따라 분석하였다(ISO, 2019).

2.3.4 투과전자현미경(TEM-EDS)

투과전자현미경(TEM-EDS: HT-8700, Hitachi, Japan and EDAX, USA)은 본 연구에서 석면 형상 및 결정구조 확인을 위한 회절패턴 분석과 화학조성 분석을 위해 활용하였으며, 석면분석을 위한 시료의 전처리는 ASTM D 7521-16의 TEM Drop mount을 이용하였다 (ASTM, 2016).

3. 결 과

3.1 석면함유 암석의 발생원 성인 조사

서산지역에 분포하는 석면이 산출되는 암석(석회암, 석회규산염암, 대리암, 백운암)은 다양한 산출형태를 보이는 사문암과 다르게 대부분의 석면이 다발섬유의 형태를 보이는 것으로 확인되었다. 석회암은 조립결정 질이며 곳에 따라 심하게 변질된 것으로 나타났다. 웅도리, 고파도, 분점도 등에서는 석면형태의 각섬석이 산출되고 있는데 이는 각섬석 주변에 화강편마암, 흑운모화강암, 세립편상화강암 등이 존재하는 것으로 볼 때 수차례에 걸친 화성활동에 기인한 열수변질작용에 의하여 석면이 형성된 것으로 사료된다. 주변에서 유체가 공급되어 열수변질작용이 형성되는 것과 함께 일부 암석에서 퇴적암 내의 규소와 물이 공급되어 자체적으로 열수변질작용이 일어나 석면이 형성이 추측되는 경우도 조사되었다(Jung et al., 2014;Song and Kang, 2016). 대표적인 석면함유 암석을 Fig. 6에 나타내었다.

3.2 석면함유 암석의 광물 특징 및 주변 현황

서산지역에서 석면함유 노두 주변의 광물 특성 및 주변 현황, 암석 풍화도를 조사하였다. 서산-1, 2 지점은 백운암 및 각석암 등을 포함한 변성퇴적암 노두가 해안을 따라 150~200 m 형성되어 있는 것으로 나타났다. 풍화도는 2~3등급 정도로 나타났으며, 민가에서는 250~400 m 거리에 위치하고 있다. 서산-2지점은 인근에 선착장이 위치하고 있으며, 서산-3, 4지점은 내륙에 위치한 도로의 절개면에 백운암 노두가 노출된 형태로 석면이 산출되는 것으로 나타났다. 서산-3 지점은 풍화도는 1등급으로 비산 위험은 없지만 반경 100 m 거리에 학교가 위치하고 있었으며, 서산-4지점은 풍화도가 4등급으로 풍화가 많이 진행된 것으로 나타났다. 풍화도가 4등급으로 진행된 암석을 Fig. 7 나타내었다.

서산-5~9지점은 백운암, 규암, 각성암 등의 변성퇴적 적암 형태로 해안을 따라 50~500 m에 걸쳐 형성되어 있으며, 풍화도는 1등급으로 나타났다. 서산-6지점은 5~10 cm 크기의 맥상으로 석면이 검출었으며, 관광지(해변)와 민가에 200~400 m 거리에 위치하고 있다. 서산 지역에서 채취한 암석의 위치, 토지이용, 주변정보, 광물 종류, 산출 석면을 Table 1에 나타내었다.

3.3 노두별 석면 및 주요 구성광물

서산지역에서 산출되는 석면은 각섬석군의 트레모라이트 석면과 악티노라이트 석면이 주를 이루었으며, 일부 지점에서 안소필라이트 석면이 검출되었다(Fig. 8).

암석 내 석면은 섬유 형태도 존재하지만 일부는 섬유 형태가 아닌 결정질의 형태를 보이는 특징을 보였다. 석면 외 구성 광물는 각섬석이 주를 이루었으며 석영, 탄산염광물, 휘석, 장석으로 구성되어 있었다. 서산지역에서 산출되는 대표적인 광물 및 석면 특성을 Table 2 에 나타내었다.

석면의 산출형태는 크랙 및 큰 단층면에서 열수의 유입에 의해 특정한 방향성이 없이 덩어리로 산출되는 다발섬유(Mass fiber) 형태가 우세하게 나타는 특징을 보였으며 일부 단층면의 이동방향과 평행한 각도로 석면이 산출되는 경사섬유(Slip fiber) 형태로 나타났다 (Table 3).

4. 고찰 및 결론

이 연구의 대상지역에 대한 이전 연구 사례를 보면, Jung et al. (2014)의 연구에서도 충남 서산, 대로리 일대의 탄산염암과 편암의 접촉부에서 침상의 결정이 관찰되는 노두를 대상으로 광물조성 및 동정하였는데, 탄산염암으로부터 악티노라이트 및 트레모라이트가 산출을 확인하였고 광물의 변성단계 잔류조직을 관찰하였다. Shin et al. (2018)은 선캠브리아기 편마암 내에 탄산염암이 자리잡고 있고, 주변에는 고생대와 중생대의 화강암이 퍼져 있는 아산, 무주, 장수지역의 탄산염암을 분석한 결과 각섬석군 트레모라이트가 확인되었으며, 석면의 산출은 모암인 탄산염암 내에서 교차섬유, 다발섬유, 경사섬유 형태로 존재함을 확인하였다. 이러한 이전 연구에서 탄산염암과 편암에서 열수변질에 의한 각섬석군 석면을 생성을 확인 하였다.

이 연구에서는 자연발생석면 지질도를 기반으로 하여 서산지역에서 자연적인 석면형성 가능성이 높은 대산읍 및 웅도리, 석문면, 팔봉면 지역에서 총 32개의 시료를 9지점에서 채취하고, 석면에서 나타나는 주요 특징들을 조사·분석 하였다. 산출되는 암석(석회암, 석회 규산염암, 대리암, 백운암)은 다양한 산출형태를 보이는 사문암과 다르게 대부분의 석면이 다발섬유의 형태를 보이는 것으로 나타났다. 산출되는 석면은 각섬석군의 트레모라이트 석면과 악티노라이트 석면이 주를 이루었으며, 일부 지점에서 안소필라이트 석면이 확인되었다. 석면이 분포하는 지역은 주로 해안 절개지역에 분포하는 것으로 조사되었으며 일부 내륙에 위치한 노두는 풍화도(4등급)가 높아 공기 중으로 비산될 가능성이 높을 것으로 사료된다. 또한 산출되는 석면은 사문 석군의 백석면에 비해 유해성이 높은 것으로 알려진 각 섬석군의 트레모라이트, 악티노라이트, 안소필라이트 석면이 주로 확인되었다(Mcdonald et al., 1989). 웅도리, 석문면의 석면 함유 암석들은 해변 및 선착장에 가까이 위치하고 있어 지속적인 관리가 필요할 것으로 사료되었다.

이상의 연구 결과는 석면의 형성과정 및 산출형태, 풍화도, 석면 종류 파악하고 데이터베이스화하여 자연발 생석면의 안전관리를 위한 기초자료로 사용하고자 하였다. 이 연구에서는 서산지역만을 대상으로 한 한계가 있지만, 효율적인 자연발생석면의 관리를 위해서는 추후 지속적인 연구를 통하여 전국적인 자연발생석면 산출형태를 파악하고 주변지역의 오염 영향을 확인 및 분석, 평가할 필요가 있을 것으로 사료된다.