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문제 정의
- 본 연구에서는 파쇄대가 노출되어 있는 곳에서 파쇄대가 자속밀도분포에 미치는 영향을 관찰하고, 지표면으로부터 지하터널이 존재하는 곳까지의 깊이 즉 터널의 심도에 따른 자속 밀도변화를 조사하여 심도가 지자기이상에 미치는 영향을 조사하였다. 지하의 빈 공간에 의한 자기이상을 확인하기 위해서 작은 규모의 지하 빈 공간을 야외의 평지에 조성하여 그 위에서 자속밀도분포를 조사하였으며, 채광중인 전남 해남의 은산광산에서 지하 심도가 서로 다른 지하터널이 있는 지표면에서 자속밀도분포를 조사하였다.
- 전남 해남에 소재한 은산광산의 금 채광용 터널로 확인된 곳에서의 자기이상이 터널의 빈 공간에 의한 자기이상과 파쇄대에 의한 자기이상의 중첩에 의한 것인가를 확인하고자 하였다. Fig.
제안 방법
- 지하에 존재하는 파쇄대와 빈 공간 및 터널이 지상에서의 자속밀도분포에 미치는 영향과 심도에 따른 자기이상의 변화를 조사하였다. 지하에 존재하는 파쇄대는 지상의 자속밀도분포에 (+)피크와 (−)피크로 이루어진 피크 쌍(peak pairs) 형태의 자기이상을 나타내는데, 이러한 자기이상은 지상으로부터 1.
- 본 연구에서는 파쇄대가 노출되어 있는 곳에서 파쇄대가 자속밀도분포에 미치는 영향을 관찰하고, 지표면으로부터 지하터널이 존재하는 곳까지의 깊이 즉 터널의 심도에 따른 자속 밀도변화를 조사하여 심도가 지자기이상에 미치는 영향을 조사하였다. 지하의 빈 공간에 의한 자기이상을 확인하기 위해서 작은 규모의 지하 빈 공간을 야외의 평지에 조성하여 그 위에서 자속밀도분포를 조사하였으며, 채광중인 전남 해남의 은산광산에서 지하 심도가 서로 다른 지하터널이 있는 지표면에서 자속밀도분포를 조사하였다. 일변화 보정을 위하여 자력이 안정된 곳에 기준 자력계를 설치하여 획득한 기준자력으로 측정 자력 값을 보정하였다[6-10].
- 지하의 빈 공간에 의한 자기이상을 확인하기 위해서 작은 규모의 지하 빈 공간을 야외의 평지에 조성하여 그 위에서 자속밀도분포를 조사하였으며, 채광중인 전남 해남의 은산광산에서 지하 심도가 서로 다른 지하터널이 있는 지표면에서 자속밀도분포를 조사하였다. 일변화 보정을 위하여 자력이 안정된 곳에 기준 자력계를 설치하여 획득한 기준자력으로 측정 자력 값을 보정하였다[6-10]. 공간분해능과 데이터 취득시간이 대단히 짧은 마그네토미터 자력계를 사용하여 자속밀도분포를 조사하였다.
- 일변화 보정을 위하여 자력이 안정된 곳에 기준 자력계를 설치하여 획득한 기준자력으로 측정 자력 값을 보정하였다[6-10]. 공간분해능과 데이터 취득시간이 대단히 짧은 마그네토미터 자력계를 사용하여 자속밀도분포를 조사하였다. 나타난 자기이상을 해석하기 위해서 맥스웰 방정식을 사용한 시뮬레이션 프로그램으로 모사실험을 행한 결과와 실제로 측정한 자기이상을 비교분석하였다[11].
- , model FGM4DTAM)와 스캐닝 마그네토미터(FTK, model GeoMag-101) 및 24채널 마그네토미터(FTK, model GeoMag-Strata)를 사용하였다[12]. 일변화 보정을 위하여 자력이 안정된 곳에 기준 자력계인 FGM-4DTAM를 설치하였는데, 이로부터 획득한 자속밀도를 기준 자력으로 설정하였다.
- 센서는 2 m/min의 속력으로 연속적으로 이동하였으며, 센서로부터 데이터를 취할 때의 공간 분해능은 1 data/mm이었다. 지표면으로부터 센서의 높이에 따른 자속밀도 분포의 변화를 확인하기 위해서 센서의 높이를 0.15 m와 1.15 m로 설정하였다. 이 때 센서의 스캔 스피드를 일정하게 유지하기 위하여 Fig.
- 이곳은 원래 저수지가 있던 곳인데, 저수지 내부를 흙으로 채워 성토하여 만든 곳으로, 흙으로 채워진 깊이는 약 10 m 정도이다. 성토지에 상기의 구덩이를 만든 후에, 이곳을 두께 2 mm의 합판으로 덮은 다음, Fig. 1에 있는 1축 플럭스게이트(fluxgate)형 마그네토미터를 사용하여 자속밀도의 변화를 측정하였다. 이 때 지표면으로부터 센서의 높이는 0.
- 지하에 있는 터널에 의해서 지상에서의 자속밀도분포에 이상이 발생하는 것을 조사하기 위해서 현재 금을 채굴하고 있는 전남 해남군 황산면에 소재한 순신개발의 은산광산의 터널 위에서 자속밀도분포를 측정하였다. 은산광산에서 토목 측량하여 조사한 결과 터널의 위치는 지하 40~80 m이며, 터널의 폭과 높이는 각각 2m이다.
- 12는 은산광산에서 작성한 지하 터널의 분포도이다. 방파제(seawall)가 북서-동남 방향으로 거의 직선 형태로 놓여 있는데, 이것이 남북 방향으로 꺾이기 시작하는 곳의 바닷가 (shore)에서 자속밀도 분포를 측정하였다. 이 부분을 확대한 왼쪽의 부분 구조도에서 1-3으로 표시한 곳 위로 측정을 시도하였다.
- 자속밀도가 터널에 의해서 감소하는 정도와 자속밀도가 감소하여 피크를 나타낼 때의 밴드폭(bandwidth)을 조사하였는데, 그 결과는 Table I과 같다. 터널의 심도가 지하 45~72 m 일 때, 터널의 빈 공간에 의한 자속밀도의 감소는 0.
대상 데이터
- 지표면에서의 자속밀도분포를 조사하기 위해서 3축 플럭스 게이트(fluxgate)형 마그네토미터(Le USA Inc., model FGM4DTAM)와 스캐닝 마그네토미터(FTK, model GeoMag-101) 및 24채널 마그네토미터(FTK, model GeoMag-Strata)를 사용하였다[12]. 일변화 보정을 위하여 자력이 안정된 곳에 기준 자력계인 FGM-4DTAM를 설치하였는데, 이로부터 획득한 자속밀도를 기준 자력으로 설정하였다.
- 지하의 빈 공간에 의해서 발생하는 자기이상을 관찰하기 위해서 일본 이바라키현 츠쿠바시 카리마 515-1에 소재한 (주)하자마(間組)의 기술연구소 야외 실험장에 Fig. 2와 같은 폭 0.5 m, 길이 1.0 m, 깊이 1.0 m의 지하의 빈 공간을 조성하였다. 이곳은 원래 저수지가 있던 곳인데, 저수지 내부를 흙으로 채워 성토하여 만든 곳으로, 흙으로 채워진 깊이는 약 10 m 정도이다.
- 자속밀도의 수직성분(Bz)의 분포는 플럭스게이트 센서가5 cm 간격으로 배열된 24채널 선형 어레이를 사용하여 조사되었는데, 센서의 높이는 0.15 m와 1.15 m로 설정하였다. 이때 센서의 스캔 스피드를 일정하게 유지하기 위하여 Fig.
- 4는 지표로부터의 측정 높이에 따른 자속밀도의 수직 성분(Bz) 변화를 관찰한 결과이다. 조사 장소는 영남대학교대운동장 북편인데, 이곳에서 15 m 동쪽에 저수지인 삼천지가 있으며, 삼천지의 둑과 평행한 방향으로 측정하였다. 여기서 총 측정 거리는 16 m이며, Bz,1150과 Bz,150는 센서의 높이가 각각 1.
데이터처리
- 공간분해능과 데이터 취득시간이 대단히 짧은 마그네토미터 자력계를 사용하여 자속밀도분포를 조사하였다. 나타난 자기이상을 해석하기 위해서 맥스웰 방정식을 사용한 시뮬레이션 프로그램으로 모사실험을 행한 결과와 실제로 측정한 자기이상을 비교분석하였다[11].
성능/효과
- 지표에 존재하는 자기이상은 대체로 규모가 작기 때문에 약간의 높이 차이에 의해서도 자기이상의 정도가 급격하게 감소하거나 소멸할 것으로 보인다. 따라서 0.15 m와 1.15 m에서 조사한 자속밀도분포로부터 심부와 천부 및 지표에서 발생한 자기이상을 구별해낼 수 있을 것으로 보인다.
- 6에서는 확인이 불가능하다. 둘째, 두 곳의 자기이상이다를 경우에는 Fig. 6에 비해 Fig. 8(b)가 훨씬 강한 자기이상을 일으킨 것에 해당한다. 높이 0.
- 맥스웰 방정식에 의하면 빈 공간에 의해서 발생한 자기이상의 자속밀도 변이 정도는 이상을 일으키는 빈 공간으로부터 떨어진 거리의 세제곱에 반비례한다. 깊이 41~85 m에 위치한 폭과 높이가 각각 2m인 터널에 의해서 자기이상이 실제로 발생하는 가를 확인하기 위해서 Fig. 12에 표시된 터널 1-3이 은산광산에서 토목측량법으로 작성한 광산의 터널임을 확인하였다.
- 이상의 결과로부터 터널 위에서의 자속밀도분포에 나타난 자기이상은 터널의 빈 공간에 의한 자기이상과 파쇄대에 의한 것으로 추측되는 자기이상들의 중첩에 의한 것으로 판단된다.
- 따라서 터널의 빈 공간에 의하여 자기이상이 발생할 때 터널의 심도는 자속밀도의 감소정도에만 영향을 미치며, 터널의 심도가 깊을수록 자속밀도의 감소정도가 줄어든다는 것을 확인할 수 있다. 이 현상을 이용하면 지하에 존재하는 터널과 같은 빈 공간의 존재와 규모에 대한 확인이 가능하며, 동일 지역에서 지질 구성성분과 구조가 같거나 유사할 때는 상대 심도를 확인할 수 있을 것으로 추측된다.
- 따라서 터널의 빈 공간에 의하여 자기이상이 발생할 때 터널의 심도는 자속밀도의 감소정도에만 영향을 미치며, 터널의 심도가 깊을수록 자속밀도의 감소정도가 줄어든다는 것을 확인할 수 있다. 이 현상을 이용하면 지하에 존재하는 터널과 같은 빈 공간의 존재와 규모에 대한 확인이 가능하며, 동일 지역에서 지질 구성성분과 구조가 같거나 유사할 때는 상대 심도를 확인할 수 있을 것으로 추측된다.
- 따라서 터널의 빈 공간에 의하여 자기이상이 발생할 때 터널의 심도는 자속밀도의 감소정도에만 영향을 미치며, 터널의 심도가 깊을수록 자속밀도의 감소정도가 줄어든다는 것을 확인할 수 있다. 이 현상을 이용하면 지하에 존재하는 터널과 같은 빈 공간의 존재와 규모에 대한 확인이 가능하며, 동일 지역에서 지질 구성성분과 구조가 같거나 유사할 때는 상대 심도를 확인할 수 있을 것으로 추측된다.
후속연구
- 0에 비하여 약간 작기 때문에, 빈 공간의 규모가 큰 지하에 위치한 터널에 의한 감자효과(demagnetization effect)는 빈 공간의 규모가 작은 것에 비하여 약간 크다. 지하에 위치한 터널에 의해 발생하는 자기이상은 터널의 규모가 클수록 그 강도가 크게 되고, 터널로 부터 멀리 떨어질수록 그 강도는 감소하게 되므로, 이를 이용하면 지하에 존재하는 터널의 확인은 물론 터널이 위치하는 개략적인 깊이도 확인할 수 있을 것으로 예상된다.
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