Aims & Scope

Cigar Lake는 Athabasca 분지의 동쪽에 있는 Saskatchewan 북부에 위치하며 열수 변질 작용을 수반하는 다금속 광상(polymetallic deposit)이다. 사암을 모암으로 하며 사용후핵연료 처분장의 다중 방벽 개념과 유사한 지질구조로 점토덮개암이 우라늄 광체를 둘러싸고 있으며 우라늄 함량(40-60% UO₂)이 높다. 우라늄 광체는 불규칙한 렌즈 모양으로 1360-1550 Ma에 깊이 3000 m에서 형성되었으며(Cumming and Krstic, 1992), 현재는 지하 430 m에 위치한다(Cramer, 1995). 너비 20-100 m, 두께 1-20 m로 분포한다.

우라늄 광상 내 지하수의 pH는 6-8로 중성이며, Eh 값은 -250~+250 mV이다. 우라늄의 함량은 30 μg/L이하로 전체적으로 낮다. Cigar Lake의 지하수 조성변화는 물-암석 상호반응에 따른 산화-환원 반응을 통해 지배된 것으로 보인다. 강수(비 또는 눈)는 일라이트(illite), 카올리나이트(kaolinite)와 반응하며 상부퇴적물(overburden)에 존재하는 여러 광물들로부터 철을 용해시켜 산화성 충전수(recharge water)를 만들었으며 이는 점토광물과 평형을 이루었다. 생성된 산화성 지하수는 상부 사암층(Upper Sandstone)과의 반응을 통해 약 100 m 깊이까지 페리하이드라이트(ferrihydrite; Fe(OH)₃)를 침전시켰으며, 또한 산화성 지하수는 황화철(iron sulfide), 능철석(siderite; FeCO₃)과의 일련의 반응으로 우라니나이트의 안정 영역 내로 물의 산화-환원 전위를 감소시켰다. 이러한 황화철의 산화-환원 완충 능력은 환원상태를 유지하는 중요한 역할을 하여 우라늄의 안정성을 유지하게 하였다(Cramer, 1995).

점토덮개암에는 점토광물인 녹니석, 일라이트와 우라늄 광물인 우라니나이트, 코피나이트(coffinite; USiO₄)가 존재한다. 평균 투수율이 10^-8~10^-9 m/s인 일라이트는 지하수의 흐름을 제어하는 중요한 역할을 하며 우라늄과 같은 방사성 핵종 이동을 방해하는 장벽의 역할을 한다(Cramer, 1995). 또한, 일라이트 방벽을 통해 우라늄 광상과 pH 6~8의 지하수와 수백만 년 동안의 접촉에도 안정성을 유지하여 Th, Pu와 같은 핵반응 산물의 보존 능력을 보여준다(Cramer and Nesbitt, 1994). 우라니나이트는 저온의 환원 환경에서 최소 100 Ma 동안 거의 용해되지 않아 장기간의 안정성을 가지고 있다. 점토광물인 녹니석은 상당한 양의 우라늄을 흡착하여 그 이후 코피나이트(USiO₄·nH₂O) 형성으로 이어진다(Gauthier-Lafaye, 1986). 따라서 점토광물에 흡착 후 생성된 2차 광물인 코피나이트는 우라늄과 같은 방사성 핵종의 이동을 제어하는 방벽 역할을 한다.

가봉 오트오고웨 주(Haut Ogooue) 프랑스빌(Franceville)에는 3개의 우라늄 광상이 존재하며, Oklo는 3개 광상들 중에서 가장 먼저 발견된 우라늄 광상이다(Gauthier-Lafaye, 1986). 프랑스빌 분지의 퇴적물들은 FA, FB, C1의 세 개의 층으로 구분되는데, FA층은 역암과 사암의 혼합층이며 이 위에는 유기물이 풍부한 흑색 셰일(black shale)과 이암으로 이루어진 두꺼운 층인 FB가 있다. 모든 우라늄 광상은 FA 퇴적물 위에 형성되어 있다(Hidaka and Kikuchi, 2010). 우라늄을 함유한 지하수는 유기물이 풍부한 셰일로 인해 환원이 되며 이는 우라늄을 침전시킨다. 이러한 침전으로 인한 우라늄 광물 형성은 얇은 두께의 C1층에서 일어난다(Smellie, 2009).

Oklo에서 자연 핵분열 원자로는 약 16개가 확인되었는데 3개의 다른 우라늄 광상에 위치하며 ‘Oklo 화석 원자로(Oklo Fossil Reactors)’로 알려져 있다. 우라늄 광체가 형성되어 있는 자연 원자로 구역은 길이 10~40 m, 너비 10 m, 두께 10~50 cm의 점토질로 구성되어 있으며 깊이 450 m에 있다. 부분적으로 점토질 덮개암으로 둘러싸여 있으며, 이는 대부분 일라이트 및 Fe/Mg-녹니석으로 구성되어 있다. 우라늄 광체는 대부분 결정질의 우라니나이트로 구성되며 약 20~60%의 높은 함량으로 존재한다. 일부 자연 원자로에서는 임계온도에서 액화된 뒤 흑연(graphite)으로 고체화되어 상당한 양의 탄화수소를 가지고 있으며 대부분의 우라니나이트는 이러한 흑연 결정에 포함되어 있다(Smellie, 2009).

Oklo의 물-암석 상호반응에서 암석의 용해는 주요 양이온인 Na⁺, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺의 양을 증가시켰으며, 특히 FB층의 많은 양의 백운석(dolomite; CaMg (CO₃)₂)의 용해는 Ca²⁺, Mg²⁺ 양을 증가시켰다. 지하수 성분은 또한 pH에 따른 실리카(silica; SiO₂)의 용해와 침전 양상을 보여주었다. 지하수 내 실리카의 점진적인 증가는 비정질 실리카(amorphous silica)의 평형 상태 농도(8×10^-4 M)에 도달하는 과정이며, 낮은 온도에서 대수층 내 실리카의 침전은 옥수(chalcedony; SiO₂)의 평형 상태 농도(2×10^-4 M)에 도달하는 과정이다. 실리카의 침전은 콜로이드를 형성하고 이들이 모여서 최종적으로 옥수를 형성하였다. 이러한 콜로이드는 방사성 물질인 우라늄의 이동에 중요하다(Toulhoat et al., 1996).

Oklo 분지의 산화-환원 정도는 능철석의 Fe(Ⅱ)와 페리하이드라이트의 Fe(Ⅲ)의 평형으로 조절되며(Toulhoat et al., 1993), 이는 황화물이 없는 대수층에서의 경향성과 부합한다(Beaucaire and Toulhoat, 1987; Grenthe et al., 1992). 일반적으로 대수층에서 환원된 지하수는 제한된 환경인 매우 깊은 깊이에서 관찰되지만, Oklo 분지의 지하수는 그렇지 않다. 가장 환원된 공극수는 유기물을 함유한 이암(pelite) 대수층 내에 존재하며, 가장 깊은 깊이의 공극수는 오히려 비교적 높은 Eh 값인 +300~+400 mV를 보인다. 하부에서 용해된 우라늄은 상부로 상승하는 동안 상대적으로 낮아지는 Eh 값을 가진 유기물이 풍부한 지층을 지나면서 우라니나이트와 코피나이트로 침전되며 이는 우라늄의 이동을 제한한다.

핀란드 Nummi-Pusula에 위치한 Palmottu 부지는 우라늄과 토륨 광상으로 이루어져 있다. Palmottu 광상에서는 원생누대 편암의 가장자리에 우라늄과 토륨이 존재하며 광상의 서쪽에는 화강암이 분포하고 있다. 편암대(schist belt)에 존재하는 편마암의 종류에는 운모 편마암(mica gneiss), 석영 장석질 편마암(quartz-feldspar gneiss), 휘석(pyroxene)을 함유한 편마암 등이 있다(Suutarinen et al., 1991). Palmottu의 주요 방사성 광물인 우라니나이트 광맥은 조립질의 페그마타이트 광맥이나 석영과 흑운모가 풍부한 화강암에 의해 생성되었다. 이 우라니나이트 광맥들의 두께는 1~15 m 정도로 지하 300 m에 위치하고 있으며, 우라늄과 토륨은 각각 수천 ppm, 수백 ppm정도의 함양으로 존재한다(Suutarinen et al., 1991).

Suutarinen et al. (1991)은 Plamottu 광상의 3개의 시추공에서 깊이에 따른 지하수 특성 연구를 수행하였다. 3개의 시추공은 우라늄-토륨이 존재하는 지층을 통과하였으며 여러 깊이로 시추되었다. 시추된 부분의 위쪽에 존재하는 지하수의 전기전도도는 약 20~50 mS/m이었으며 깊어질수록 전기전도도는 높아졌는데 이는 염분 때문인 것으로 판단되었다. pH 값은 깊어질수록 증가하였는데 지표 부근은 7이고 시추의 바닥부분은 9정도였다. 이는 낮은 온도에서의 규산염 광물의 물-암석 상호반응에 의한 결과로 해석되었다. 또한, Eh 값을 통해 볼 때 깊어질수록 환원 지하수임을 지시하였고, 이는 유기물질의 분해로 인한 특성으로 판단되었다(Suutarinen et al., 1991).

시추공에서 채취 후 여과된 지하수 내 우라늄 농도(7~170 μg/L)는 깊이가 깊어질수록 낮아졌지만 암석에 함유된 우라늄 농도는 깊이가 깊어지면서 높아졌다. 반면에 입자 분율(particulate fraction)은 상부에서 0.4 ppb, 바닥 부분은 23 ppb로 반대의 경향성을 보였다. 방사능 비율 ²³⁴U/²³⁸U는 깊이에 따른 변화가 거의 없이 평형에 가까운 값으로 일정하였지만 여과된 지하수에서는 환원된 환경의 시추공 바닥부분에서 ²³⁴U/²³⁸U값이 약간 증가하였다. 이는 입자 분율과 깊이에 따른 ²³⁴U/²³⁸U 비율의 상관성이 크지 않음을 나타낸다.

Palmottu의 기반암과 산화된 부분의 지하수에서는 우라늄의 농도가 높게 나타나지만 깊이가 깊은 환원된 조건에서는 U(Ⅳ)의 불용성 특성으로 우라늄 농도가 낮았다. 따라서 이 광상에서는 암석에 높은 농도로 우라늄이 함유되어 있지만 지하수로 용해된 우라늄의 양은 매우 적음을 알 수 있다. 또한, 기반암의 깊은 부분에서는 우라늄의 용출이 환원 조건에 의해 방지되어 지하수내 우라늄 농도는 낮고, 우세한 ²³⁴U의 용해 매커니즘으로 방사능 비율 ²³⁴U/²³⁸U값은 증가함을 보여준다(Cowart, 1980; Hussain and Krishnaswami, 1980; Petit et al., 1985; Cuttell et al., 1988).

일본의 Tono 광상은 일본 중부 기후현(Gifu Prefecture)에 위치한 우라늄 광상으로 우라늄과 관련한 지질학, 수문학 그리고 지화학적인 특성에 대한 연구가 이루어졌다(Iwatsuki et al., 2004). 가장 오래된 지층은 Toki 화강암층(72 Ma)이며, 중간층의 Mizunami group의 퇴적층은 Toki 갈탄(lignite)을 함유하고 있고 27~20 Ma의 연대를 가진다. 그 위의 Akeyo 층과 Oidawara 층(16~15 Ma)은 실트암과 사암이 교대로 구성되어 있다. 우라늄 광상은 약 천만년 전에 생성되어 화강암 위에 있으며, 두께는 2~5 m, 너비는 수백 m, 길이는 2~3 km 이다(Iwatsuki et al., 2004).

Tono 광상에서의 지하수와 광물의 상호반응에 따른 산화-환원 시스템 형성은 해수면이 융기했던 5~0.7 Ma부터 시작된 것으로 보인다. 퇴적층 내 지하수의 Eh는 -350~+370 mV이고, pH는 약 9.1~9.3이다. 기반암인 Toki 화강암의 지하수는 -10~+10 mV의 Eh를 보이고, pH는 약 8.7~9.5로 두 지층은 모두 약알칼리성이다. 지하수 내 용존 황산염은 황산염 및 황화 광물의 용해에 기인하였다. 반대로 유기 물질을 포함한 황산염의 환원과 황철석으로의 침전은 Tono 우라늄 광상의 환원 조건과 약한 알칼리성을 유지할 수 있는 완충 작용을 하였다. 퇴적층 내 지하수의 주요 이온들인 Na⁺, Ca²⁺, HCO₃^-는 광범위한 농도 변화가 나타나는 특징을 보인다. Na⁺와 HCO₃^-는 깊이에 따라 증가하는 반면에 Ca²⁺는 감소하며 이는 방해석의 용해 및 점토광물과 지하수 사이의 이온교환에 따른 결과이다(Iwatsuki et al., 2004).

Toki 화강암층에는 우라늄이 약 6 ppm으로 다른 지층에 비해 우라늄의 양이 풍부한 편이며, 우라늄은 지하수에 의해 화강암에서 퇴적층으로 운반되었다. 그 이후 퇴적층에 축적된 우라늄은 층의 하부에 농축되었으며 지하수의 지화학적 조건 변화로 인해 Toki 화강암의 공극을 따라 이동하여 우라늄 광체를 형성하였다(Sakamaki, 1985). 그 다음 환원조건에서 상부층인 퇴적물에 침전 및 흡착이 되었으며 이는 풍부한 유기물질 및 황철석의 영향 때문이다. 또한, 형성된 1차의 산화되지 않은 우라늄 광석은 황철석과 관련있는 우라늄 광물인 코피나이트와 피치블렌드(pichblende)의 축적으로 구성된다. 변성받은 2차 우라늄 광물은 오투나이트(autunite), 지페이트(zippeite)로 흑운모(biotite) 또는 풍부한 유기물질을 함유한다(Smellie, 2009). 퇴적층 내 우라늄 광물은 우라늄 착물인 UO₂(CO₃)₃^4-, UO₂(SO₄)₂^2-가 우라니나이트로 환원되어 생성되었다. 지하수의 환원 환경으로 인해 우라늄은 피치블렌드((U(Ⅵ)_1-xU(Ⅳ)_x)O_2-x)로, 또는 방해석(calcite; CaCO₃)과 함께 침전되었다. 또한 대부분의 우라늄은 점토광물과 유기물에 흡착되었다(Iwatsuki et al., 2004).

Osamu Utsumi 광산은 브라질 Minas Gerais 주에 위치한 Pocos de Caldas 중앙 고원 지역에 있는 우라늄 노천 광산이며 화산암으로 구성된 큰 칼데라(caldera)의 일부분이다. 기반암의 주요 암석 유형은 알칼리 화성암인 아화산암(subvolcanic)의 포놀라이트(phonolite)로 약 8 Ma에 형성 되었다. 형성된 광상은 열수로 인해 변성되어 모암 내 존재하는 우라늄, 희토류 원소, 칼륨, 아연을 풍부하게 함유하였다. 이 노천 광산의 상부는 옥시수산화철(iron oxyhydroxide), 하부는 황철석으로 구성되어 있다. 광산 내 지하수의 흐름의 방향은 지하수 흐름 모델링 연구(Holmes et al., 1992)를 기반으로 추정하였다.

지하수 수질 유형은 K-Fe-SO₄으로 분류되며, Fe와 SO₄^2-의 높은 농도는 황철석의 산화에 따른 결과이다. 또한 지하수에는 실리카가 많이 함유되어 있으며 Na 및 2가 양이온의 농도는 낮다. 높은 용존 실리카 농도는 산성 환경에서 알루미노실리케이트(aluminosilicate) 광물의 분해에 따른 결과이며, 2가 양이온 및 Na의 낮은 농도는 풍화에 따른 결과이다. 양이온 중에서는 K의 함량이 우세하며 Ca와 Mg는 1 mg/L 미만으로 Sr, Br과 비슷한 농도를 보인다. 기반암에 존재하는 Ca와 Mg는 기계적 및 화학적 풍화로 고갈되었으며 기반암에 남은 K는 대수층에 용출되어 보다 높은 함량을 보인다(Nordstrom et al., 1992). 광산의 상부 50 m의 환원성 유출수와 표면 근처 산화수의 혼합으로 인한 황철석의 산화는 표면 근처에서 산성 광산수를 생성했으며, 더 깊은 깊이의 지하수는 이러한 특성이 감소하는 산화-환원 경향성을 보여준다(Smellie, 2009).

상부 지하수는 낮은 pH(2.4~4.4)와 낮은 알칼리도를 가지며, Fe(Ⅲ)와 우라늄의 농도가 높다. 반면에 하부 지하수는 pH와 알칼리도가 증가하며, 철과 우라늄의 농도가 감소한다. 우라늄 농도는 50 m 이하에서 약 1 μg/L 까지 감소하며, 철은 용해된 Fe(Ⅱ)로 존재하며 농도가 낮다. 깊이 12 m~50 m 구간은 산화-환원 변환 경계구간으로 상부는 산화된 지하수, 하부는 환원된 지하수임을 지시한다(Nordstrom et al., 1992).

Koongarra 광상은 오스트레일리아의 Alligator Rivers 지역에 위치한 여러 주요 우라늄 광상 중 하나이다. 단층에 인접해 편암이 깊게 위치한 곳에 두 개의 주요 광체가 있다. 첫 번째 광체는 약 16억 년 전에 지하 화강암 및 퇴적물에서 유래한 우라늄이 일련의 흡착 및 산화-환원 반응 후에 침전되어 형성되었으며, 흑연, 녹니석, 그리고 황철석이 포함되어 있다. 이 광체는 주변 풍화된 암석에서 이동한 우라늄 및 방사성 핵종을 포함하는 광체로 지하수는 방사성 핵종의 이동을 보여준다. 1차 광물화는 풍화대의 기저부(지표면으로부터 약 30 m)에서 약 100 m까지 확장되는 우라니나이트 렌즈(UO₂ lenses)에서 발생하였다. 풍화대의 하향 이동은 우라늄의 거동의 중요한 요소로 하강 속도는 백만 년당 5~30 m로 추정된다(Payne and Airey, 2006). 이후 지하수는 1차 우라니나이트를 산화 및 용해시켜 UO₂CO₃와 UO₂(CO₃)₂^2-와 같은 우라닐 탄산염의 착물 형태로 지하수에서 U(Ⅵ)를 이동시킨 것으로 보인다(Sverjensky, 1994). 우라늄과 같은 방사성 핵종의 이동 패턴은 남서쪽으로 향해 있으며 주변 암석과 지하수로부터 우라늄의 확산 및 침전으로 두 번째 광체가 형성되었다. 확산과정에서 철산화물과 점토의 U(Ⅵ) 흡착은 우라늄의 이동을 줄이는 데 중요한 역할을 하였다(Yanase et al., 1991).

Koongarra 지하수의 pH는 약산성 또는 중성이며, 상부 지하수의 경우 더 낮은 pH로 이는 풍화 지역 지하수의 전형적인 양상이다. 주요 이온은 Mg와 HCO₃^-이며, 이는 녹니석의 풍화 반응으로 설명될 수 있다(Payne and Airey, 2006). 우라늄 이동의 주요 역할은 우라닐 탄산염 착물에 기인하지만, Payne et al. (1996)에 따르면 인산염(phosphate) 또한 우라늄을 흡착시키는 중요한 요소이다. 지하수의 콜로이드는 처분장 환경에서 방사성 핵종 수송의 중요한 메커니즘이 될 수 있는데(Buddemeier and Hunt, 1988), 지하수에 대한 용해 및 콜로이드의 사이의 ²³⁸U와 ²³⁰Th분포에 대한 분석결과, 우라늄은 대부분 용해된 종으로 존재하는 반면 토륨은 어느 정도 콜로이드와 연관되어 있음을 알 수 있었다. 하지만 콜로이드성 토륨의 절대량은 평균 0.071 mBq/L로 현저히 적었다. Payne et al. (1992)는 방사성 핵종인 ²²⁷Ac와 콜로이드와의 큰 연관성을 제시하였으며, 콜로이드 형태의 3가 및 4가의 악티늄족의 이동성을 제안하였다(Payne and Airey, 2006). 즉, Koongarra 지하수에서 우라늄은 지하수 내 착물로 존재하여 콜로이드 이동과는 상관성이 적지만 우라늄 이외의 다른 방사성 원소들은 콜로이드 형태로 존재하여 이동할 수 있음을 보였다.

철 광물에 대한 우라늄의 흡착은 장기간 방사성 핵종의 이동을 억제하는 중요한 시스템이다. Payne et al. (1994)는 Koongarra에서 철 광물을 제거하면 용해된 우라늄의 흡착능력이 크게 감소한다는 것을 발견하였다. Giblin (1980)은 카올리나이트에 대한 우라늄의 흡착을 보였지만, Payne and Airey (2006)은 Koogarra에서는 카올리나이트보다 페리하이드라이트가 우라늄의 흡착에 더 큰 영향을 주는 광물임을 보였다. 옥시수산화철에 대한 우라늄의 흡착에 대한 모델링 결과, 높은 pH 값에서 감소된 우라늄 흡착은 우라닐 탄산염 착물의 존재로 인한 것임을 보였다. Payne and Airey (2006)는 페리하이드라이트에 대한 우라늄 흡착 계수 K_d가 pH에 따라 변화함을 보였으며, 중성 범위의 pH에서 K_d는 약 104 mL/g로 큰 흡착 능력을 보였다.

체코 Ruprechtov 지역에 우라늄 광상이 있는 제3기 Sokolv 분지는 복잡한 자연시스템에서의 수리지질학적 우라늄의 거동을 보기 위한 연구지역이다(Noseck et al., 2009a). Sokolv 분지는 화산 활동으로 인해 응회암으로 덮인 분지의 바닥 부분에 화강암층이 만들어지고 남서쪽에 화강암 노두가 형성되면서 화강암이 분지를 둘러싸고 있는 모습이 되었다. Sokolv 분지의 상부는 화산쇄설성 퇴적물(pyroclastic sediments)로 덮여있고 화산쇄설성 퇴적물과 고령석과의 경계에는 약 50%의 유기물로 이루어진 점토/갈탄층(clay/lignite horizon)이 있다. 점토/갈탄층 아래에 우라늄이 농축되며, 이들을 가로질러 단층대(fault zone)가 형성되어 이를 따라 지하수의 흐름이 발생한다(Noseck et al., 2009a).

이 지역에서 점토/갈탄층의 지하수의 Eh 값의 범위는 -280 mV에서 -160 mV로 환원 환경임을 보여주었고, 화강암 지하수의 Eh 값은 +48~+240 mV로 산화 환경임을 보였다. 화강암 지하수의 우라늄 농도는 1.6~11.1 μg/L이었고 점토/갈탄층 지하수의 우라늄 농도는 0.2~0.8 μg/L이었다. 이를 통해 볼 때, 점토/갈탄층 지하수의 환경이 화강암 지하수보다 환원 환경으로 우라늄이 U(IV) 형태로 존재함으로써 우라늄의 거동을 제한했음을 알 수 있다(Noseck et al., 2009b).

그림 3은 Noseck et al. (2012)에서의 우라늄 농도 등 지화학적 조건들을 토대로 Geochemist’s Workbench (GWB) (Guillaumont and Mompean, 2003)를 사용하여 우라늄 종분화를 pH-Eh 다이어그램에 도시한 그림이다. 화강암층의 지하수와 점토/갈탄층 아래 우라늄이 농축된 곳의 지하수에서 용해된 형태로 존재하는 우라늄 착물의 안정성을 제시하였으며, 화강암층에서 더 많이 산화된 지하수는 UO₂(CO₃)₂^2-과 UO₂(CO₃)(OH)₃^-에 의해 지배되는 반면, 점토/갈탄층의 지하수는 UO₂(CO₃)₂^2-, UO₂(CO₃)₃^4-에 의해 지배됨을 보여준다.

Fig. 3. 
pH-Eh diagram for Ruprechtov groundwaters (at 20℃, 1 atm, U concentration=10^-3 mg/L, CO₂ activity= 10^-3) (reproduced from the data of Noseck et al., 2012).

물-암석 상호반응에 따라 우라늄의 거동이 어떻게 변화하는지 파악하기 위해 해외 자연유사 연구들에서의 지하수의 지화학적 특성을 정리하였다. 표 2는 위에서 설명된 7개의 해외 자연유사 연구지역들에서의 우라늄 광체의 깊이, 산화-환원 전위, 지하수내 우라늄 함량, 지질 및 수리지질/지구화학적 핵심 내용, 그리고 각 연구들을 통해 얻은 의미를 정리한 것이다.

캐나다 Cigar Lake에서 우라늄 광체를 감싸고 있는 점토 덮개암은 지하수의 흐름을 제어할 뿐만 아니라 우라늄 이동을 방해하는 일라이트와 우라늄을 흡착하는 코피나이트로 이뤄져 있어 우라늄의 이동을 화학적으로 제한하였다. 또한, 지하수와 황화철의 반응은 산화-환원 완충 역할을 하고 이는 환원 환경을 유지할 수 있도록 하는 역할을 하였다. 가봉 Oklo의 지하수의 환원 환경은 Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)의 평형으로 조절되며, 지하수는 유기물을 함유한 이질암 내 공극수로 유기물로 인해 우라늄이 침전되어 이동이 제한되었다. 핀란드 Palmottu 부지는 깊이가 깊어질수록 더욱 환원된 환경의 지하수를 나타내었다. 지하수 내 우라늄의 함량이 매우 적은데 이는 환원된 환경에서 용해도가 낮은 U(Ⅳ) 형태로 존재하기 때문이다. 일본 Tono 광상의 지하수 또한 우라늄의 거동이 거의 없는 환원 환경으로 우라늄은 피치블렌드로의 침전이나 방해석과 함께 공침하여 지하수 내 낮은 농도를 유지하였다. 브라질 Osamu Utsumi 광상의 지하수는 산화-환원 경계를 기준으로 상부는 산화 환경, 하부는 환원 환경이며, 이에 따른 각기 다른 산화-환원 조건에서의 우라늄의 화학적 특성을 보여주었다. 환원 환경인 하부 지하수의 경우 pH와 알칼리도는 높은 값을 보였으며 철과 우라늄의 농도는 상부보다 감소함을 보였다. 오스트레일리아 Koongarra 광상에서는 풍화대의 하향이동이 발생하였고 이는 1차 우라니나이트를 산화 및 용해시키고 우라닐 탄산염 착물을 형성하여 U(Ⅵ)을 이동시켰다. 그 후, 철 광물인 페리하이드라이트는 착물 형태의 U(Ⅵ)을 흡착하여 우라늄의 이동을 감소시켰다. 체코의 Ruprechtov의 점토/갈탄층 지하수는 환원 환경으로서 우라늄의 용해가 잘 일어나지 않고 침전이 발생하여 우라늄이 농축되었으며 이로 인해 지하수 내 우라늄의 농도가 낮았다. 또한, 점토/갈탄층의 지하수 환경에서 우라늄은 우라니나이트와 같은 우라늄 광물로 존재함으로써 우라늄의 이동을 제한하였다.

종합하면, Osamu Utsumi와 Koongarra를 제외한 나머지 다섯 군데의 연구지역에서 지하수는 대체로 낮은 Eh 값을 보여주었으며 환원된 환경의 지하수임을 지시하였다. 이는 모암의 우라늄 함량과는 무관하게 지하수의 낮은 Eh 조건이 우라늄 농도를 낮게 하여 우라늄의 이동성이 거의 없이 안정하게 지화학적으로 제어함을 나타낸다. 또한, 캐나다 Cigar Lake의 경우에서처럼 투수성이 낮은 덮개암의 존재는 지하수의 흐름을 수리지질학적으로 제어하여 우라늄을 포함한 지하수의 유동을 억제시키는 역할을 할 수 있음을 보여 준다. 비교적 산화된 환경이면서 주변 풍화된 암석에서 유래한 우라늄 및 방사성 핵종의 이동을 보이는 반면 이와는 반대로 철산화물, 점토광물, 그리고 인산염의 우라늄 흡착을 통해 방사성 원소의 이동이 지연되는 것을 보여주는 Koongarra 광상에서의 예처럼, 물-암석 상호작용과 관련한 우라늄의 지하수내 거동은 산화-환원 환경, 모암 내 우라늄의 함량 및 풍화상태, 그리고 우라늄의 흡착에 의해 조절됨을 알 수 있다. 해외 자연유사 연구 부지의 지질은 화강암 등의 화성기원의 기반암과 주변의 퇴적층으로 이루어진 경우가 많아 국내 지질 조건과도 부합되는 측면이 많다. 따라서 해외 연구부지에서의 선행 연구로부터 얻어진 수리지질학적 및 지구화학적 특성과 이와 연관된 우라늄 등의 방사성 핵종의 거동 특성은 국내 자연유사 연구 및 고준위 방사성 폐기물 부지 선정에 있어서도 관련성이 클 것으로 생각된다.