[논문]경기도, 강원도, 충청도 일대의 암석 열물성 특성 연구

박정민; 김형찬; 이영민; 송무영

경기도, 강원도, 충청도 일대의 암석 열물성 특성 연구
A Study on Thermal Properties of Rocks from Gyeonggi-do Gangwon-do, Chungchung-do, Korea 원문보기

자원환경지질 = Economic and environmental geology, v.40 no.6, 2007년, pp.761 - 769

박정민 (충남대학교) , 김형찬 (한국지질자원연구원 지하수지열연구부) , 이영민 (한국지질자원연구원 지하수지열연구부) , 송무영 (충남대학교)

초록
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경기도, 강원도, 충청도 일대에서 화성암, 변성암, 퇴적암의 총 712개의 암석을 채취하여 열물성을 측정하였다. 측정 결과로 화성암의 평균 열전도도는 3.58W/m-K, 변성암은 4.16W/m-K, 퇴적암은 4.53W/m-K이다. 우리나라의 경우 화강암과 편마암이 주를 이루고 있는데 이에 대한 열물성 값을 보면 화강암의 열전도도는 2.13-5.87W/m-K의 범위를 가지며, 평균 열전도도는 3.57W/m-K, 편마암은 2.26-6.67W/m-K의 범위를 가지며, 평균 열전도도는 3.945W/m-K이다. 화강암의 평균 열확산율은 $1.43mm^2/sec$, 비열은 0.914J/gK, 편마암의 평균 열확산율은 $1.55mm^2/sec$, 비열은 0.912J/gK로 나타났다. 일반적으로 같은 암석의 열전도도 값의 범위가 큰 이유는 암석의 구성광물, 이방성 등에 영향을 받기 때문이다.

Abstract ▼ AI-Helper

We made 712 thermal property measurements on igneous, metamorphic and sedimentary rock samples from Gyeonggi-do, Gangwon-do and Chungchung-do, Korea. The average thermal conductivities of igneous, metamorphic and sedimentary rocks are 3.58W/m-K, 4.16W/m-K and 4.53W/m-K, respectively. Thermal conductivity of granite and gneiss are 2.13-5.87W/m-K and 2.26-6.67W/m-K, with average values of 3.57W/m-K and 3.945W/m-K, respectively. The average of thermal diffusivities are $1.43mm^2/sec\;and\;1.55mm^2/sec$, respectively; the average of specific heat values are 0.914J/gK, 0.912J/gK for granite and gneiss samples, respectively. The thermal conductivity of a rock type generally have a wide range because it depends on various factors such as dominant mineral phase, micro-structure, anisotropy, and so on.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

1과 같이 총 712개의 암석시료를 채취하여 Parker et 미.(1961)에 의해 제안된 flash method를 사용하는 Netzsch사의 LFA 447 NanoFlash를 이용하여 암석 열물성 값을 측정하였다. 이 방식은 작은 크기의 시료(직경 1 inch, 두께 3-5 mm의 디스크)를 사용할 수 있으며 빠른 측정시간, 열확산율의 높은 정확도(±5%)와 재현성(±3%)등의 특징과 비접촉식으로 측정할 수 있는 장점이 있다.
이 방식은 작은 크기의 시료(직경 1 inch, 두께 3-5 mm의 디스크)를 사용할 수 있으며 빠른 측정시간, 열확산율의 높은 정확도(±5%)와 재현성(±3%)등의 특징과 비접촉식으로 측정할 수 있는 장점이 있다. LFA 447 NanoFlash는 열 확산율을 측정하며, 비열은 이미 값이 알려져 있는 표준시료(PAToceimn %06)를 이용하여 LFA 447의 자체 소프트웨어로 비교 분석하여 산출한다. 표준시료는 두께 3.
암석의 열전도도는 같은 암석일지라도 열전도도의 범위가 크기 때문에 특정 지역에서의 열전도도의 산출이 필요하다. 또한 열전도도 이외에 열전도도에 영향을 주는 공극율, 밀도, 열확산율, 비열을 측정하였으며, 열물성 상호간의 관련성을 고찰하였다.
밀도와 공극율을 구하기 위하여 시료를 포화시켜 포화 시료의 무게와 액상에서의 포화 시료 무게를 구하였고, 이를 다시 건조시의 무게를 확인하기 위하여 강제순환건조기에 103OC의 일정한 온도로 24시간 건조시켜 건조시료의 무게를 구하였다.

대상 데이터

LFA 447 NanoFlash는 열 확산율을 측정하며, 비열은 이미 값이 알려져 있는 표준시료(PAToceimn %06)를 이용하여 LFA 447의 자체 소프트웨어로 비교 분석하여 산출한다. 표준시료는 두께 3.017 mm, 직경 2538 mm의 디스크 모양이며, 상온에서 밀도는 2.61 g/cn?, 열확산율은 1.926 mm2/sec, 열전도도는 4.

데이터처리

나뉜다. 각각의 그룹에서 암석의 다양한 열 물성(열전도도, 열확산율, 비열, 공극율)과 암석 열전도도의 통계학적 수치(평균, 표준편차)를 구하였다. 암석의 열전도도는 구성광물, 공극율, 암석의 미세구조와기하학적인 면(이방성)등에 영향을 받으며, 추가로 압력과 온도에 영향을 받는다(Lee and Deining, 1998).
측정된 암석을 화성암, 변성암, 퇴적암의 3가지 암종별로 분류하여 그 분포 및 평균을 구하였으며, 그 결과는 Fig. 9에 도시하였다. 화성암의 열전도도는 2.

이론/모형

따라서 본 연구에서는 우선 Fig. 1과 같이 경기, 강원 및 충청지역의 총 712개의 암석 샘플에 대해 Parker et al(1961)에 의해 제안된 flash method로 열물 성을 측정하였다. 암석의 열전도도는 같은 암석일지라도 열전도도의 범위가 크기 때문에 특정 지역에서의 열전도도의 산출이 필요하다.
직접적으로 열물성을 측정하는 실험기기로는 divided bar, needle probe, half-space device,QTM, flash method 등이 있다. 본 연구에서는 flash method를 사용하였다.

성능/효과

본 연구에서 712개의 암석 시료를 이용하여 측정한 결과, 화성암의 밀도는 2.48-2.91 g/cm³, 변성암은 2.52-3.16ecm3, 퇴적암은 2.52-2.98g/crW의 범위를 가지며, 평균은 각각 2.63 g/cm³: 2.71 g/cm³ 2.72 g/cm³이다. 외국의 경우 화강암의 밀도는 2.
체적열용량은 비열과 밀도의 곱으로 표현된다. 본 연구에서 측정된 각 암종별 평균 비열 값은 화성암이 0.916J/gK, 변성암이 0.902 J/gK, 퇴적암이 0.921 J/gK로 나타났다(Fig. 5). 비열 값은 세 가지의 암종이 비슷한 평균값을 보이고 있다.
본 연구에서 측정된 화강암의 열전도도와 공극율은뚜렷한 상관관계는 보이지 않는다(Fig. 10(a)).
008 W/m-K이다. 암석시료의 측정이 전에 표준시료(Pyroceram 9606)를 이용하여 LFA 447의 정확성을 확인하였다. LFA 447의 기본원리는 Fig.
측정된 화강암의 공극율과 밀도는 공극율이 증가할수록 밀도가 감소하는 경향을 보인다(Fig. 11).
전체 암석 중에서 많은 개수를 차지하는 5개 암석을 도시하였다. 측정된 화강암의 시료는 268개로 평균 열 확산율이 1.43 mm²/sec, 편마암이 212개로 1.55 mm2/sec, 사암이 44개로 2.05 mm²/sec, 석회암이 42개로 1.46 mm2/sec, 규암이 20개로 2.50 mm²/secSl 결과를 보여준다.
이는 암석의 열전도도가 광물 조성, 이방성, 구조 등에 주로 영향을 받기 때문으로 이에 대한 분석이 필요할 것으로 판단된다. 하지만 열 확산율과 열전도도는 선형의 상관관계를 보이며 공극율과 밀도는 공극율이 증가할수록 밀도는 감소하는 경향을 보인다.

후속연구

보인다. 따라서 광물조성과 열물성과의 상관관계는 구성광물의 분석 후에 실시돼야 할 것으로 사료된다.
보이지 않는다. 이는 암석의 열전도도가 광물 조성, 이방성, 구조 등에 주로 영향을 받기 때문으로 이에 대한 분석이 필요할 것으로 판단된다. 하지만 열 확산율과 열전도도는 선형의 상관관계를 보이며 공극율과 밀도는 공극율이 증가할수록 밀도는 감소하는 경향을 보인다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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