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문제 정의
- 국내에서 폐광산의 환경오염에 대한 물리탐사 및 지구 화학 탐사의 복합연구는 1990년대 후반 한국지질자원연구원을 중심으로 주로 수행되어 왔다(이상규 등, 1997;황학 수, 1997; 정영욱, 2001).이 연구에서는 장풍 폐광산의 산성 광산 배수의 유통경로에 대한 해석방법(김지수 등, 2002>을 이용하여 광양 폐광산의 갱구와 폐광석 적치장에서 발생되는 산성 광산 배수에 의한 침출수의 특성, 유동 경로, 투기 채널 및 매립된 폐광석의 탐지를 위해 대표적인 지표지구 물리탐사 법인 전기비저항탐사, 자연 전위탐사, 지하투과 레이다 탐사, 탄성파 굴절법 탐사 등을 수행하였다.
제안 방법
- 광양 폐광산 주위에서 산성 광산 배수의 유동 경로와 매립된 폐광석을 탐지하기 위해 복합 지구물리탐사를 실시하였다.
- 광양 폐광산의 갱구와 폐광석 적치장에서 발생되는 산성 광산 배수에 의한 침출수의 물리 화학적 특성을 알아보기 위해 지표용출지점(Fig. 2c)에서 침출수의 전기전도도를 측정하였다. 측정 결과 침출수의 전기전도도는 0.
- 획득한 자료들은 역산을 위해 각 면적 셀과 이에 대한 전기비저항을 추정변수로 작성된 자료처리 소프트웨어인 Diprowin(2000)을 사용하였다. 또한 2차원적인 결과를 입체적으로 해석하기 위해 자료 구현 소프트웨어인 IDL(2000)을 사용하여 합성 단면도(fence-diagram)를 재건하였다.
- 하였다. 또한 수평 갱구로부터의 유출 통로를 확인하기 위해 갱구와 해변 사이에서 3개 측선의 지하 레이다 탐사를 추가 실시하였다 (Fig. 2e).송 .
- 산성 광산 배수에 의한 침출수의 유동 경로를 알아보기 위해 전기비저항탐사, 자연 전위탐사, 지하투과 레이다 탐사, 탄성파 굴절법 탐사를 수행하여 상관 해석하였다.
- 이를 위해 우선 두 전 극 간의 전위차를 측정하고 서로 바꾼 후 다시 측정하여 전위차가 비교적 안정한 전극을 기준 전 극으로 선택하였다. 선택된 기준 전극은 고정하고 이동 전극을 5m 간격으로 이동하면서 기준 전극-이동 전극 사이의 전위차를 반복하여 측정하였다.
- 연구지역의 기반암의 깊이를 파악하기 위해 전기비저항과 탄성파 굴절법 탐사 결과를 이용하였다. 전기비저항탐사 결과(Fig.
- 연구지역의 지하속도정보를 파악하여 지하수 유동채 널을 알아보기 위해 지하 투과 레이다 탐사 측선과 동일 하게 2개 측선의 탄성파굴절법탐사를 실시하였다(Fig.3). 자료획득에 사용된 장비는 24채널 ABEM lerra- loc Mark 6를 사용하였으며, 파원으로는 원.
- 연구지역의 지하수의 유동 현상을 파악하기 위하여 전기 비저항 측선과 동일한 측점에서 3개 측선의 자연 전위 탐사를 실시하였다(Fig. 3). 자연전위 탐사에 사용된 측정 장비는 ABEM Tetrameter SAS 300C이며 비분 극 전위 전극으로는 이온이 자유롭게 통과할 수 있는 반투막 형태의 초벌구이 도자기를 사용하였고 그 내부 는 과포화된 황산구리(CuSO4) 용액을 채웠다.
- 오염원의 유입은 땅의 전기전도도 및 유전률을 증가시키고 전자기파의 투과 심도를 감소시킨다는 사실에 착안하여 지하투과 레이다 탐사를 수행하였다. 탐사 결과 연구지역에서 레이다 파의 투과 심도는 7.
- 비분 극 전극 사이의 측정 전위는 황산동 용액의 화학적 특성으로 온도의 변화, 일교차, 용액의 소모 등에 의한 영향을 받게 되는데 이 탐사에서는 이러한 영향을 최소화하고 적절한 기준점 보정을 위해 전위 기울 기법(potential gradient method)을 이용하였다. 이를 위해 우선 두 전 극 간의 전위차를 측정하고 서로 바꾼 후 다시 측정하여 전위차가 비교적 안정한 전극을 기준 전 극으로 선택하였다. 선택된 기준 전극은 고정하고 이동 전극을 5m 간격으로 이동하면서 기준 전극-이동 전극 사이의 전위차를 반복하여 측정하였다.
- 7 kg 해머를 선택하였으며 탐사에 사용된 지 오폰 규격은 100Hz로서 모두 2 m 간격으로 설치하였다. 자료의 S/N을 높이기 위해 기록당 4회 연속 타격하여 수직 중합(stack) 하였으며, 샘플링간격은 0.05 ms, 저주파차단 필터 (low-cut Alter)는 10 Hz로 설정하였다.
- 잠재 오염원이 되는 매립된 폐광석의 분포 특성을 탐지하기 위해 전기비저항과 지하투과 레이다 탐사 결과를 이용하였다. 전기비저항탐사결과(Fig.
- 전기비저항 탐사 자료와의 상관해석을 위해 전기비저항 측선 Line 1과 Line 3에서 지하투과 레이다 탐사를 실시하였다(Fig. 3). 탐사에 사용된 장비는 가탐 심도 및 분해능을 고려하여 pulseEKKO 100시리즈 중에서 lOOMhz의 송.
- 탐사에 사용된 장비로는 ABEM Terrameter SAS 300 및 lerrameter SAS 2000 Booster를 이용하였고 전류는 신호대잡음(S/N)을 최대한 높이기 위해 250mA를 투입하였고 자료의 신뢰성을 위해 자료 중합은 4회 이상으로 하였다. 지표용출이 일어나는 지역으로 지하수면이 깊지 않아 전극 간격 5 m, 전극의 개수 21, 측선 연장 길이 100 m, n 값을 8로 하여 가탐심도(available target depth)를 25 m가 되도록 하였다.
- 지하 유동경로을 파악하여 지표면 용출의 원인을 알아보고 매립된 폐광석을 탐지하기 위해 지표용출지점을 중심으로 상부와 하부지역에 각각 한 측선씩 총 3개 측선(Line 1, 2, 3)의 전기비저항 쌍극자 탐사를 실시하였으며, Line 2에 대해서는 산성 광산 배수의 강우에 의한 영향을 알아보기 위해 건기와 우기에 각각 한 차례씩 실시하였다 (Fig. 3). 탐사에 사용된 장비로는 ABEM Terrameter SAS 300 및 lerrameter SAS 2000 Booster를 이용하였고 전류는 신호대잡음(S/N)을 최대한 높이기 위해 250mA를 투입하였고 자료의 신뢰성을 위해 자료 중합은 4회 이상으로 하였다.
- 3). 탐사에 사용된 장비로는 ABEM Terrameter SAS 300 및 lerrameter SAS 2000 Booster를 이용하였고 전류는 신호대잡음(S/N)을 최대한 높이기 위해 250mA를 투입하였고 자료의 신뢰성을 위해 자료 중합은 4회 이상으로 하였다. 지표용출이 일어나는 지역으로 지하수면이 깊지 않아 전극 간격 5 m, 전극의 개수 21, 측선 연장 길이 100 m, n 값을 8로 하여 가탐심도(available target depth)를 25 m가 되도록 하였다.
- 현장에서 취득된 자료들은 S/N을 높이기 위해 자료처리 소프트웨어인 Radpro(2001)를 사용하여 처리하였으며, 인공잡음을 최대한 억제하기 위해 자료처리 과정은 디와우잉 (dewowing), 대역 통과 필터, 이득 회수 조절 등의 기본적인 과정만을 수행하였다.
대상 데이터
- 1. Geology of study area which is situated in Kwangyang Eup, Kwangyang, Cheonnam.
- 자료획득에 사용된 장비는 24채널 ABEM lerra- loc Mark 6를 사용하였으며, 파원으로는 원. 근거리 오프셋의 경우 탄성 파 발진 장치 (SISSY: seismic impulse source systemX, 측 선내에서는 4.7 kg 해머를 선택하였으며 탐사에 사용된 지 오폰 규격은 100Hz로서 모두 2 m 간격으로 설치하였다. 자료의 S/N을 높이기 위해 기록당 4회 연속 타격하여 수직 중합(stack) 하였으며, 샘플링간격은 0.
- 연구지역은 전남 광양시 광양읍 사곡리 점동마을에 위치한 광양광산으로서, 이 광산은 금을 대상으로 1950년대 개항 후 채광 활동이 활발히 진행되었으나 경제성과 광석의 품위 저하로 채광 활동이 중단되었다.
- 연구지역의 지질은 기저암인 선캠브리아대의 지리산 편마암 복합체를 경상 누층 군의 퇴적암류와 화산암류가 부정합으로 덮고 있으며 이들을 불국사 화강암류인 섬록암이 암주 형태로 관입하고 있다 (Fig. 1). 광양광산은 심성암 체인 섬록암이 기저암을 관입하면서 주변에 발달된 열극을 따라 광화유체가 충진되면서 형성된 함금 석영맥 광상이다.
- 수신기를 사용하였다. 자료 수집 인자는 공간적 알리아싱 (spatial aliasing)을 고려하여 안테나 간격 Im, 안테나 이동 간격 0.2m로 하였고 측선 연장 길이는 Line 1에서는 100 m, Line 2는 85 m2. 하였다.
- 수신안테나는 지하매설물의 일반적인 설치 깊이를 참고하여 200Mhz를 선정하였다. 자료 수집 인자는 안테나 간격 0.5 m, 이동 간격 0.1m로 하였고 측선 연장 길이는 GPR 1에서는 7.5 m, GPR 2, 3는 20 m로 하였다.
- 3). 자연전위 탐사에 사용된 측정 장비는 ABEM Tetrameter SAS 300C이며 비분 극 전위 전극으로는 이온이 자유롭게 통과할 수 있는 반투막 형태의 초벌구이 도자기를 사용하였고 그 내부 는 과포화된 황산구리(CuSO4) 용액을 채웠다.
이론/모형
- 비분 극 전극 사이의 측정 전위는 황산동 용액의 화학적 특성으로 온도의 변화, 일교차, 용액의 소모 등에 의한 영향을 받게 되는데 이 탐사에서는 이러한 영향을 최소화하고 적절한 기준점 보정을 위해 전위 기울 기법(potential gradient method)을 이용하였다. 이를 위해 우선 두 전 극 간의 전위차를 측정하고 서로 바꾼 후 다시 측정하여 전위차가 비교적 안정한 전극을 기준 전 극으로 선택하였다.
- 현장 자료의 처리는 지형이나 지하구조가 복잡한 곳에서도 해석 결과의 오차가 안정한 탄성파 굴절법 토모 그래피 방법을 이용한 CSTOFRA(조창수, 2002)을 사용하였다.
- 획득한 자료들은 역산을 위해 각 면적 셀과 이에 대한 전기비저항을 추정변수로 작성된 자료처리 소프트웨어인 Diprowin(2000)을 사용하였다. 또한 2차원적인 결과를 입체적으로 해석하기 위해 자료 구현 소프트웨어인 IDL(2000)을 사용하여 합성 단면도(fence-diagram)를 재건하였다.
성능/효과
- 1. 산성 광산 배수에 의한 침출수의 전기전도도는 0.977-1.110 mS/cmS 나타났으며 그 비저항 값은 9.0-10.2 ohm-m이다. 이러한 침출수는 건기보다는 우기에 강우에 의한 영향으로 더 많이 발생함을 알 수 있다.
- 2. 전기비저항탐사결과 갱구 수나 폐광석에 의해 발 생된 침출수는 두 개의 채널로 흐르다가 합류되어 일부 그대로 통과하고 나머지는 지표로 용출하는 것으로 해석된다. 이러한 침출수의 유동 채널은 자연 전위탐사 결과 자연 전위의 음의 최소값, 지하 투과 레이다 탐사 결과 의 낮은 투과 심도, 굴절법탐사 결과의 저 속도 이상대로 특징된다.
- 3. 전기비저항 탐사 결과의 천부 고비 저항 이상 대는 지 하투과레이다 탐사 결과의 회절현상에 일치되는 것으로 나타나, 이는 지하에 매립된 폐광석에 의한 영향으로 해석된다.
- 4. 연구지역의 기반암의 심도는 전기비저항탐사결과 1,500ohm-m 이상의 고비 저항의 경계과 탄성파굴절법 탐사결과의 4, 000m/s의 속도 경계가 일치하는 10m 이상인 것으로 해석된다.
- 5. 산성 광산 배수가 바다로 유출되는 도수관은 1-1.25 m 깊이에 매설된 것으로 확인되었다.
- 갱구에서 유출되는 침출수를 투기하기 위해 설치한 도수관을 탐지하기 위해 실시한 지하 투과 레이다 탐사 결과 도수관은 모든 측선에서 일관적으로 잘 나타난다. 측선 GPR 1과 GPR 2에서는 수평거리 6.
- 이는 지하수나 하천에서의 전기전도도 보다 수배 낮은 값을 가진다. 이러한 산성 광산 배수에 의한 침출수는 전기비저항탐사 결과 건기에 측정한 결과(Fig. 4a)보다 우기에 측정한 결과(Fig. 4b)에서 예상 유동 채널 부근의 전기비저항값이 작게 나타나 강우가 많은 우기에 산성 광산 배수가 많이 발생됨을 알 수 있다. 우기 자료의 하부에 나타나는 고비 저항의 특성은 역산 과정에서 조절되는 셀의 크기 등에 의한 영향으로 해석된다.
- 연구지역의 기반암의 깊이를 파악하기 위해 전기비저항과 탄성파 굴절법 탐사 결과를 이용하였다. 전기비저항탐사 결과(Fig. 5) 기반암으로 해석되는 1,500 ohm-m 이상의 고비 저항 이 상대는 모든 측선에서 일관되게 지하 10 m 이상에서 나타남을 볼 수 있다. 탄성파 굴절법탐사 결과 지하의 탄성파 속도구조(Fig.
- 2c)에서 침출수의 전기전도도를 측정하였다. 측정 결과 침출수의 전기전도도는 0.977-1.110rnS/cmS-나타났으며 이는 비저항 값으로 9.0-10.2 ohm-m에 해당된다. 이는 지하수나 하천에서의 전기전도도 보다 수배 낮은 값을 가진다.
- 5) 기반암으로 해석되는 1,500 ohm-m 이상의 고비 저항 이 상대는 모든 측선에서 일관되게 지하 10 m 이상에서 나타남을 볼 수 있다. 탄성파 굴절법탐사 결과 지하의 탄성파 속도구조(Fig. 8a, 8b)는 크게 1,000 m/s, 1,000—2, OOOm/s, 2,000—3, 000 m/s, 3, 000-4, 000 m/s, 4, 000 m/s로서 5개로 구분할 수 있으며, 이 중 4, 000m/s 이상의 속도를 가지는 지층의 경계는 10m 이상으로서 전기비저항 탐사 결과의 기반암 깊이와 일치한다.
- 오염원의 유입은 땅의 전기전도도 및 유전률을 증가시키고 전자기파의 투과 심도를 감소시킨다는 사실에 착안하여 지하투과 레이다 탐사를 수행하였다. 탐사 결과 연구지역에서 레이다 파의 투과 심도는 7.5 m 이상으로 나타났으나, 측선 Line 1의 수평거리 45-58 m(Fig. 7a)와 측선 Line 2의 수평거리 33-45 m 사이 (Fig.7b)에서는 투과 심도가 2.5 m 정도로서 비교적 낮게 나타났다. 이 구간은 전기비저항탐사결과에서 나타난 Path 1의 저비저항대의 상부 경계와 일치하고 있어 지하 수유 동채 널과 관련되어 있는 것으로 생각할 수 있다.
후속연구
- 6. 전기비저항의 천부 고비저항대, 지하투과 레이다의 회절 영역 및 투과 심도, 굴절법탐사의 속도구조 등에 대한 상관해석은 폐광석의 매립 규모를 산정하는데 훌륭한 지표가 될 것으로 기대된다.
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