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문제 정의
- 먼저 암추시료에 대해 자연상태에서의 중량과 오븐에서 48시간이상 건조시킨 후 건조중량을 측정하였고, 동일시료에 대해 Fig. 3(a)와 같은 포화장비를 이용해 72시간 이상 강제포화 시킨 후 전기비저항 및 습윤 중량 등을 측정하였으며 건조 및 포화시간을 충분히 두어 자료의 정밀성을 높이고자 하였다. Fig.
- 또한 탐사결과 전기비저항은 상기한 지반의 여러가지 물성의 복합체로 나타나기 때문에 어떠한 요인이 얼마만큼 전기비저항에 영향을 미치고 있는지 파악하기 어려우며 특히 광상조사에서는 전도성광체의 함유량이라는 절대적 요소가 첨가되기 때문에 탐사결과로부터 정확한 지반정보를 추출하기 위해서는 지반의 전기비저항과 물성의 관계를 정확하게 밝히는 것이 무엇보다도 중요하다. 따라서 본 연구에서는 2006년도에 시추한 06-5호공과 2007년도에 시추한 07-1, 07-2 및 07-4호공에서 취득한 65개 암추에 대해 실내에서 전기비저항, 대 자율, 비중, 밀도, 공극률 및 함수율 측정과 아울러 품위분석(59개 암추)을 통하여 전기비저항 토모그래피 탐사결과와의 연계성을 살펴보고자 하였다.
- 따라서 본 연구에서는 충북 제천시 수산면 소재 금풍광산에서 소규모로 불규칙하게 발달하는 황화광상에 대하여 시공된 시추공을 대상으로 공대공 전기비저항 토모그래피탐사를 적용하여 지표탐사(정연호 등, 2007)에 의해 드러난 이상대 원인규명 및 황화광체의 분포 특성을 파악코자 하였다. 또한 물성과 전기비저항값의 상관성을 파악코자 시추코어에 대한 전기비저항, 공극률, 대자율 및 품위분석 등의 물성시험을, 시추공 주변부의 물성을 파악코자 전기비저항 및 자연감마 등의 물리 검층을 수행하였다.
- 물성시험을 완료한 코어시료 중 전기비저항측정이 불가능한 시료 등 6개 시료를 제외한 59개 시료에 대해 물성과 품위와의 관계를 살펴보고자 한국지질자원연구원내 분석실에서 품위 분석을 실시하였다. 분석성분은 Fe, Cu, Pb 및 Zn이다.
- 지표 물리탐사 결과 이상대로 나타난 부근을 대상으로 시공한 시추공에 대해 착맥광체의 발달상 및 소규모 불규칙 황화광체에 대한 반응양상 등을 파악하기 위한 목적으로 시추공간 전기비저항 토모그래피 탐사를 수행하였다.
제안 방법
- 현장탐사는 이격거리가 44 m인 07년도 시추공 07-1호공 및 07-2호공에 대해 심도 22 m에서 240 m까지 218 m 구간에 걸쳐 단극배열법을 이용하여 시추공간(crosshole)탐사, 동일공(inline)탐사, 지표대 시추공 (surface to hole)탐사 및 지표대 지표(surface to surface)탐사를 수행하였다. 2 m 간격으로 30개의 전극을 매단 전극케이블을 이용하여 218 m 구간에 대해 총 6개 단면으로 나누어 첫 번째 단면은 240 ~ 182 m, 두 번째 단면은 220 ~ 162 m, 세 번째 단면은 200 ~ 142 m, 네 번째 단면은 180 ~ 122 m, 다섯 번째 단면은 160 ~ 102 m 그리고 마지막 여섯 번째 단면은 4조의 전극케이블을 사용하여 140 ~22 m에 대하여 총 6개의 단면을 취득하였으며, 자료의 신뢰도를 높이기 위하여 전극케이블을 각 단면마다 20 m씩 이동하면서 38 m씩 중복측정 하였다 (Fig. 7, Table 3). 한편 공보호를 위하여 심도 9 m까지 케이싱이 설치되어 있어 이에 의한 잡음을 최소화하기 위해 13 m의 이격거리를 두었다.
- 2. 품위분석 결과와 물성시험 결과를 바탕으로 본 연구지역에서 Fe 함량과 전기비저항 및 대자율 등의 물성과 상관성을 파악하였다. 한편 실내 물성측정 시 전기비저항과 대자율의 이방성에 대한 신중한 고려가 필요할 것으로 사료된다.
- 경사시추공 비저항 토모그래피 자료에 대해 공곡변화에 의한 영향을 고려하기 위하여 조사공에 대한 공곡측정을 수행하였다. 사용된 장비는 노르웨이 devico사의 deviflex로써 본 장비는 자성의 영향을 받지 않는 전자센서를 이용함으로써 시추 롯드를 제거하지 않고도 공곡측정이 가능해 공곡측정장비의 안정성을 극대화하였으며 자성체에 의한 잡음의 영향을 받지 않는 장점이 있다.
- 우선 6개 단면에 대하여 단면별로 측정된 포텐셜값에 공곡측정에 의하여 파악된 전극의 실제 좌표를 대입하여 겉보기 비저항값을 보정한 후, TomoDC의 머지(merge) 기능을 이용하여 심도 22 m에서 240 m까지를 어울러서 하나의 단면을 생성하였으며, 접지상태 등에 따라 겉보기 비저항값이 비정상적으로 튀는 값들은 편집과정에서 삭제하였다. 공곡측정 결과에서 알 수 있듯이 두 시추공은 같은 방향으로 같은 경사각을 가지며 나란히 시공되어 전극의 실제위치에 대한 겉보기 비저항값으로 보정한 후 수직공으로 간주하여 역산을 수행하였다. 총 자료수는 23,118개 였다.
- 대자율(magnetic susceptibility) κ의 측정에는 ZH instruments사의 SM30을 이용하였으며, 이는 물질의 자기적 특성을 나타내어 외부 자기장의 강도를 H라고 할 때 자화 강도와 I = kH 관계를 나타낸다.
- 2), 자연전위탐사에서 파악된 부전위이상대 “가”와 “나” 이상대는 전기비저항탐사 및 자력탐사결과와도 잘 일치하는 것으로 나타났다. 따라서 남저품위맥의 하부연장성 파악 및 “가” 이상대의 원인규명을 위하여 경사 60도로 본 이상대의 주향과 수직하게 시공된 07-1호공 및 07-2호공을 대상으로 전기비저항 토모그래피탐사를 수행하였다.
- 따라서 본 연구에서는 충북 제천시 수산면 소재 금풍광산에서 소규모로 불규칙하게 발달하는 황화광상에 대하여 시공된 시추공을 대상으로 공대공 전기비저항 토모그래피탐사를 적용하여 지표탐사(정연호 등, 2007)에 의해 드러난 이상대 원인규명 및 황화광체의 분포 특성을 파악코자 하였다. 또한 물성과 전기비저항값의 상관성을 파악코자 시추코어에 대한 전기비저항, 공극률, 대자율 및 품위분석 등의 물성시험을, 시추공 주변부의 물성을 파악코자 전기비저항 및 자연감마 등의 물리 검층을 수행하였다.
- 물리검층은 원지반 상태에 대한 조사라는 점에서 의의가 크다고 할 수 있는데, 본 연구에서는 전도성광체에 의한 심도별 전기비저항 반응을 고찰하고자 전기비저항검층을, 탄산염암내에서 석회암과 백운암간의 물성차이가 특징적임에 기인하여 독특한 물리검층 반응 특성을 나타낸다는 점(Tateishi, 1967)을 고려하여 자연감마검층을 수행하였다. 사용된 장비는 영국 RG사의 Micrologger 시스템이다.
- 예를 들어 A(3, 2)에서 3은 전체시료 개수이고, 2는 이방성에 영향을 받은 시료를 제외한 개수이다. 밀도와 대자율에 있어서는 물성시험에 의해 도출된 관계식을 이용하여 계산된 값과 오차율을 함께 표시하였다.
- 탐사자료의 처리는 전기비저항 토모그래피 역산 전용 프로그램인 TomoDC (김정호, 2003)를 이용하였다. 우선 6개 단면에 대하여 단면별로 측정된 포텐셜값에 공곡측정에 의하여 파악된 전극의 실제 좌표를 대입하여 겉보기 비저항값을 보정한 후, TomoDC의 머지(merge) 기능을 이용하여 심도 22 m에서 240 m까지를 어울러서 하나의 단면을 생성하였으며, 접지상태 등에 따라 겉보기 비저항값이 비정상적으로 튀는 값들은 편집과정에서 삭제하였다. 공곡측정 결과에서 알 수 있듯이 두 시추공은 같은 방향으로 같은 경사각을 가지며 나란히 시공되어 전극의 실제위치에 대한 겉보기 비저항값으로 보정한 후 수직공으로 간주하여 역산을 수행하였다.
- 충북 제천시 수산면 소재 금풍광산에 대하여 물성시험, 물리 검층 및 전기비저항 토모그래피탐사를 적용하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 품위분석 결과, Cu, Pb 및 Zn은 미량으로 산출되어 물성과의 상관성파악이 어려웠으며 따라서 Fe 함량과 전기비저항, 대자율 및 밀도간의 상관성에 대하여 고찰하였다. 또한 철 함량과 전기비저항과의 상관성에 대한 고찰결과, 전기비저항값이 3,300 ohm-m 이상을 보이는 시료들에 있어서는 전기비저항과 철 함량 또는 대자율과 철 함량의 상관성이 모호한 것으로 나타났는데 이는 시료의 구조적인 영향 또는 이방성을 야기하는 결정구조에 의한 것으로 추정되며 따라서 전기비저항이나 대자율과 여타 물성과의 상관성에 대해서는 전기비저항 값이 3,300 ohm-m 이하인 시료들(35개 시료)에 대해서만 상관성을 고찰하였다.
- 7, Table 3). 한편 공보호를 위하여 심도 9 m까지 케이싱이 설치되어 있어 이에 의한 잡음을 최소화하기 위해 13 m의 이격거리를 두었다. 탐사에 사용된 장비는 미국 AGI사의 다중채널 전기비저항탐사기인 SuperSting R8이다.
- 현장탐사는 이격거리가 44 m인 07년도 시추공 07-1호공 및 07-2호공에 대해 심도 22 m에서 240 m까지 218 m 구간에 걸쳐 단극배열법을 이용하여 시추공간(crosshole)탐사, 동일공(inline)탐사, 지표대 시추공 (surface to hole)탐사 및 지표대 지표(surface to surface)탐사를 수행하였다. 2 m 간격으로 30개의 전극을 매단 전극케이블을 이용하여 218 m 구간에 대해 총 6개 단면으로 나누어 첫 번째 단면은 240 ~ 182 m, 두 번째 단면은 220 ~ 162 m, 세 번째 단면은 200 ~ 142 m, 네 번째 단면은 180 ~ 122 m, 다섯 번째 단면은 160 ~ 102 m 그리고 마지막 여섯 번째 단면은 4조의 전극케이블을 사용하여 140 ~22 m에 대하여 총 6개의 단면을 취득하였으며, 자료의 신뢰도를 높이기 위하여 전극케이블을 각 단면마다 20 m씩 이동하면서 38 m씩 중복측정 하였다 (Fig.
대상 데이터
- 물성시험을 완료한 코어시료 중 전기비저항측정이 불가능한 시료 등 6개 시료를 제외한 59개 시료에 대해 물성과 품위와의 관계를 살펴보고자 한국지질자원연구원내 분석실에서 품위 분석을 실시하였다. 분석성분은 Fe, Cu, Pb 및 Zn이다.
- 물리검층은 원지반 상태에 대한 조사라는 점에서 의의가 크다고 할 수 있는데, 본 연구에서는 전도성광체에 의한 심도별 전기비저항 반응을 고찰하고자 전기비저항검층을, 탄산염암내에서 석회암과 백운암간의 물성차이가 특징적임에 기인하여 독특한 물리검층 반응 특성을 나타낸다는 점(Tateishi, 1967)을 고려하여 자연감마검층을 수행하였다. 사용된 장비는 영국 RG사의 Micrologger 시스템이다.
- 조사지역 주변의 지질은 고생대 오오도비스기의 조선계 대석회암통에 속하며 주로 조선누층군의 영월형인 삼태산층에 해당하는 석회암으로 구성되어 있고 일부 백운암, 편암, 석회규산염암이 협재되고 있다(Fig. 1). 전반적으로 습곡과 단층운동이 현저한데, 이는 주변 무암사 또는 월악산 화강암 및 후기 관입한 암맥 때문에 나타난 현상으로 이러한 구조운동에 의해 형성된 구조선과 구조선에 교차하는 층리면을 따라 변질 및 광화작용이 특징적으로 나타난다.
- 공곡측정 결과에서 알 수 있듯이 두 시추공은 같은 방향으로 같은 경사각을 가지며 나란히 시공되어 전극의 실제위치에 대한 겉보기 비저항값으로 보정한 후 수직공으로 간주하여 역산을 수행하였다. 총 자료수는 23,118개 였다.
- 탐사 대상공은 07년도에 시공한 07-1호공 및 07-2호공이며 시추방향 및 각도는 각각 S40E와 60°이며 두 공이 나란히 시공되었다. 시공결과 공내 지질은 대부분 석회암과 백운암으로 구성되어 있고 중성암맥이 07-1호공에서 2개소, 07-2호공에서 1개소가 관입되어 있는 것으로 나타났다(Fig.
- 한편 공보호를 위하여 심도 9 m까지 케이싱이 설치되어 있어 이에 의한 잡음을 최소화하기 위해 13 m의 이격거리를 두었다. 탐사에 사용된 장비는 미국 AGI사의 다중채널 전기비저항탐사기인 SuperSting R8이다.
- 본 저비저항 이상대 구간들에서 채취한 시료들에 대한 물성 시험결과를 요약하면 표 4와 같으며, C 이상대에서는 시료채취가 이루어지지 않았다. 표 4에 포함된 시료의 개수는 20개 이며 이중 전기비저항과 대자율 항목은 이방성에 영향을 받은 시료를 제외한 11개 시료에 의한 것이다. 예를 들어 A(3, 2)에서 3은 전체시료 개수이고, 2는 이방성에 영향을 받은 시료를 제외한 개수이다.
이론/모형
- 시료의 전기비저항의 측정에는 Fig. 4와 같은 전기비저항 측정 시스템(박삼규, 2004)을 이용하였다. 이 전기비저항 측정시스템은 전류를 흘려보내는 송신부(function generator), 전위차를 측정하는 신호조정부(signal conditioner), 전류 및 전위차로부터 전기비저항를 산출하는 자료처리부(data processor) 및 측정용기로 구성되어 있다.
- 탐사자료의 처리는 전기비저항 토모그래피 역산 전용 프로그램인 TomoDC (김정호, 2003)를 이용하였다. 우선 6개 단면에 대하여 단면별로 측정된 포텐셜값에 공곡측정에 의하여 파악된 전극의 실제 좌표를 대입하여 겉보기 비저항값을 보정한 후, TomoDC의 머지(merge) 기능을 이용하여 심도 22 m에서 240 m까지를 어울러서 하나의 단면을 생성하였으며, 접지상태 등에 따라 겉보기 비저항값이 비정상적으로 튀는 값들은 편집과정에서 삭제하였다.
성능/효과
- 1. 물성시험 결과 본 연구지역과 같은 전도성 황화광체지역에서는 전기비저항값이 공극률이나 함수율과 같은 매질의 구조적 물성보다는 대자율과 같은 전도성 광체와 관련이 있는 물성에 의한 영향이 압도적임을 확인하였으며, 또한 암석 내에 포함된 광물에 의한 영향을 보여주는 대자율 및 Fe 함량과 밀도의 비례관계도 확인할 수 있었다.
- 3. 전기비저항 토모그래피탐사 결과, 물리검층 결과 및 시추주상도와 일치하는 양호한 결과를 얻을 수 있었다.
- 4. 물성시험 결과와 토모그램을 통해 물성시험이 이루어지지 않은 구간에 대한 물성을 어느 정도 파악할 수 있었다.
- 9는 토모그래피탐사 자료의 역산결과와 전기비저항검층 결과를 대비시켜 놓은 것이다. 그림에서 알 수 있듯이 전도성 물질의 부존에 의한 것으로 판단되는 저비저항 이상대는 시추공 07-2호공을 기준으로 심도 30 m 부근, 75 m 부근, 100 m 부근 및 230 m 부근을 중심으로 발달하는 것으로 파악되었으며, 이들을 각각 A, B, C 및 D 이상대로 명명하였다. 본 이상대들은 수평내지는 약간의 경사를 가지며 시추공 07-1호공과 연결되는 연장성을 보이고 있다.
- 5(F)는 각각 공극률 및 함수율과 전기비저항과의 관계를 보여주는 그림으로 두 그림 모두 상관성을 보여주지 못하고 있다. 따라서 본 연구지역과 같은 광화대에서 전기비저항은 공극률이나 함수율 등과 같은 물성보다는 전도성 광물에 의한 영향이 지배적이라는 것을 알 수 있다.
- 5(B)는 대자율과 전기비저항의 관계를 보여주는 그래프로 대자율이 커짐에 따라 대체적으로 전기비저항이 작아지는 반비례관계를 나타내고 있다. 따라서 본 연구지역에 분포하는 대자율에 영향을 미치는 자류철석에 의해 전기비저항 분포가 상당히 좌우될 수 있음을 보여준다. Fig.
- 표를 참고할 때 D 이상대가 각 물성들의 최대값과 평균이 가장 큰 것으로 파악되었으며 전기비저항값은 가장 작은 것으로 나타났는데, 따라서 전절의 Fe 함량, 밀도 및 대자율과 전기비저항의 상관관계에서 반비례관계와 일치하는 결과를 보여주며 또한 토모그래램에서도 가장 낮은 전기비저항 분포를 확인할 수 있다. 또한 시료채취가 이루어지지 않은 C 이상대도 D 이상대와 유사한 전기비저항값을 보이는 것으로 판단할 때 D 이상대와 유사한 물성을 가질 것으로 추정된다. 한편 전절의 밀도 및 대자율과 Fe 함량과의 관계식에 의해서 산출된 물성값들을 살펴보면, 밀도는 최대오차율 1.
- 품위분석 결과, Cu, Pb 및 Zn은 미량으로 산출되어 물성과의 상관성파악이 어려웠으며 따라서 Fe 함량과 전기비저항, 대자율 및 밀도간의 상관성에 대하여 고찰하였다. 또한 철 함량과 전기비저항과의 상관성에 대한 고찰결과, 전기비저항값이 3,300 ohm-m 이상을 보이는 시료들에 있어서는 전기비저항과 철 함량 또는 대자율과 철 함량의 상관성이 모호한 것으로 나타났는데 이는 시료의 구조적인 영향 또는 이방성을 야기하는 결정구조에 의한 것으로 추정되며 따라서 전기비저항이나 대자율과 여타 물성과의 상관성에 대해서는 전기비저항 값이 3,300 ohm-m 이하인 시료들(35개 시료)에 대해서만 상관성을 고찰하였다. 또한 대자율이 1.
- 2 m에서 나타나는 석회암 내에 황동석이 산포상으로 부존하는 광화대의 영향을 반영하는 것으로 판단된다. 본 구간에 대한 광진공의 품위분석결과를 참고로 할 때, Ag 및 Cu가 각각 2.36 ~ 27.4 g/t, 0.05 ~ 0.73 %인 것으로 나타났다. 또한 07-1호공쪽의 천부에 대한 토모그래피자료가 없어 보여지지는 않지만 전기비저항검층 자료로부터 판단해 볼 때 본 이상대는 07-1호공의 심도 약 18 ~ 23 m부근으로 이어질 것으로 추정된다.
- C 이상대는 07-2호공의 심도 98 ~ 110 m 구간에서 나타나는데, 본 저비저항 이상대 또한 심도면에서 전기비저항검층 자료와 정확히 일치하고 있다. 본 구간은 07-2호공의 시추 주상도를 참고할 때 중성암맥이 관입한 구간으로 중성암맥내에 자류철석과 황동석의 농집부가 발달해 있는 것으로 나타났으며, 또한 토모그래피 역산결과로 판단할 때 이 중성암맥은 07-1호공 시추주상도의 심도 79.2 ~ 82 m 사이에서 나타나는 중성암맥과 연결되는 것을 알 수 있다. 한편 07-2호공의 심도 99.
- 본 연구지역에 분포하는 석회암과 백운암의 물성차이를 파악하고자 수행한 자연감마검층 결과, 시추공 07-1호공 및 07-2호공에서 석회암내에 부존하는 백운암의 자연감마값이 석회암에 비해 현격하게 작은 값을 나타내는 심도는 각각 99 ~ 178 m, 110 ~ 189 m로 파악되었으며 주상도상에서는 각각 99.8~ 181.7 m, 106.4 ~ 194 m로 파악되었는데 따라서 심도면에서 잘 일치하는 것으로 나타났다. 한편 자연감마값의 변화양상은 광화대와는 무관한 것으로 나타났다.
- 탐사 대상공은 07년도에 시공한 07-1호공 및 07-2호공이며 시추방향 및 각도는 각각 S40E와 60°이며 두 공이 나란히 시공되었다. 시공결과 공내 지질은 대부분 석회암과 백운암으로 구성되어 있고 중성암맥이 07-1호공에서 2개소, 07-2호공에서 1개소가 관입되어 있는 것으로 나타났다(Fig. 6).
- 전기비저항검층 결과, 저비저항대가 나타나는 심도는 07-1호공의 경우 ~ 42 m구간, 65 ~ 87 m 구간, 98 ~ 110 m 구간, 155 m 부근, 170 m 부근, 192 m 부근 및 220 ~ 240 m 구간이며, 07-2호공의 경우 ~ 65 m 구간, 80 m 부근, 143 m 부근, 158 ~ 168 m 구간 및 180 ~ 210 m 구간이다. 주상도를 참고할 때 본 시추공들에서 전기비저항에 영향을 줄 수 있는 단층 파쇄대 등의 함수구간이 파악되지 않은 점을 고려하면 본 저비저항 이상대들은 전도성 광화대에 의한 영향으로 추정된다.
- 표를 참고할 때 D 이상대가 각 물성들의 최대값과 평균이 가장 큰 것으로 파악되었으며 전기비저항값은 가장 작은 것으로 나타났는데, 따라서 전절의 Fe 함량, 밀도 및 대자율과 전기비저항의 상관관계에서 반비례관계와 일치하는 결과를 보여주며 또한 토모그래램에서도 가장 낮은 전기비저항 분포를 확인할 수 있다. 또한 시료채취가 이루어지지 않은 C 이상대도 D 이상대와 유사한 전기비저항값을 보이는 것으로 판단할 때 D 이상대와 유사한 물성을 가질 것으로 추정된다.
- 한편 토모그래피 자료에서 07-2호공의 심도 약 230 m 부근의 저비저항대는 07-1호공의 심도 약 200 m 부근의 저비저항대와 연결되는 것으로 나타나는데 이는 지표에서 확인된 저품위남맥의 연장성이 시추공 심부에서도 확인됨을 보여주는 결과이다.
- 황화광체에 대한 전기탐사 반응 고찰 및 광화대 농집부 파악을 위해 자연전위탐사, 전기비저항탐사, 시간영역 유도분극탐사 및 자력탐사를 복합적으로 수행한 결과(Fig. 2), 자연전위탐사에서 파악된 부전위이상대 “가”와 “나” 이상대는 전기비저항탐사 및 자력탐사결과와도 잘 일치하는 것으로 나타났다. 따라서 남저품위맥의 하부연장성 파악 및 “가” 이상대의 원인규명을 위하여 경사 60도로 본 이상대의 주향과 수직하게 시공된 07-1호공 및 07-2호공을 대상으로 전기비저항 토모그래피탐사를 수행하였다.
후속연구
- 5. 전기비저항 토모그래피탐사는 시추주상도나 물리검층 자료에서는 쉽게 파악할 수 없는 광화대의 연장성을 파악할 수 있으므로 광화대 내의 시추코어에 대한 품위분석을 통해 더욱 정확한 매장량 평가도 가능할 것으로 사료되며 따라서 전도성 황화광체에 대한 정밀한 물리탐사 방법으로써 탁월한 효과를 기대할 수 있을 것으로 판단된다.
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