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문제 정의
- 본 연구는 폐광산 일대 침하지역 부근에 대한 추가 위험을 사전에 방지하기 위하여 지구물리탐사 방법인 전기비저항탐사와 시추공영상 촬영을 실시하여 갱위치를 가시화 하였고, 전기비저항탐사가 불가능한 지역에 한해서 시추공영상촬영을 통한 모니터링을 수행하여 시간에 따른 침하 작용의 변화를 규명하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.
- 이 중 석영맥을 따라 형성된 금은 광상을 따라 1910년대부터 최초 광산개발이 이루어졌고, 이후 금은 생산량이 감소하면서 간헐적인 채광 및 재개발 시도가 있었으나 현재는 광산개발이 멈춘 상태이다. 연구 지역에서 폐갱도 관련 광해방지사업이 현재 지속적으로 진행 중이기 때문에 본 논문에서는 과거 광산개발 관련 정보들을 제한적으로 공개하였다.
제안 방법
- 2. 전기비저항탐사가 불가능하였던 연구지역 2에서는 43일간 6차례에 걸쳐 시추공영상촬영을 수행하여 침하 현상을 모니터링 하였다. 각기 다른 시간에 촬영된 시추공벽 영상을 비교분석한 결과 심도에 따라 지반 침하 양상이 각각 다르게 나타남을 발견하였다.
- 12까지는 시간 간격을 두고 측정된 시추공영상자료를 깊이별로 병합한 영상자료이다. BH-2에서와 같이 BH-1 시추공영상자료의 심도에도 오차가 존재할 수 있기 때문에, 영상자료는 시추공에 설치한 아크릴관의 이음새(2 m 간격)를 기준으로 병합되었으며 최종심도는 첫 번째 시추공영상촬영의 심도와 같게 설정하였다. 각기 다른 시간에 설치되고 투입된 시추공영촬영장비의 심도는 오차가 있을 수 있지만 시추공에 설치된 아크릴관은 측정 기간 동안 고정되어 있었으므로 시추공벽 영상 간의 심도 오차는 미미한 수준이 된다.
- 1)으로 우선 선정되었다. C맥이 지나가는 연구지역 1은 전기비저항탐사가 가능한 환경(밭)으로 총 21개의 전극을 6m 간격으로 설치한 후 쌍극자배열법을 이용하여 탐사를 수행하였다(Fig. 2a). 각 측선의 총 길이는 120 m로 15 m 간격으로 설정되었으며 최대 84 m의 단면과 가탐심도 30 m의 탐사자료를 획득하였다.
- 또한 암석의 전자밀도는 체적밀도와 비례관계를 가지므로 측정된 감마선량을 바탕으로 체적밀도를 구할 수 있다. 밀도검층은 손데(sonde)를 공벽에 부착시키는 방식(sidewall)으로 진행하였고 아크릴관, 지하수위 및 자연감마에 의한 영향을 보정하였다. 자료획득과 처리에는 Micrologger와 Winlogger 프로그램이 각각 사용되었다.
- 이러한 저비저항 이상대의 원인들로 채굴 후 남아있는 잔존 전도성 광맥, 석영맥의 관입과 관련된 파쇄대, 갱도 및 채굴적 방치로 인해 발생한 주변 암반의 이완에 의해 생성된 절리들, 그리고 폐갱도(공동) 자체를 고려해볼 수 있을 것이다. 보다 정확한 원인규명을 위하여 L-1 측선 45 m 지점에서 관찰된 저비저항 지역에서 수행된 시추조사결과, 시추공영상촬영사진 및 밀도검층자료를 살펴보았다(Figs. 5 and 6).
- 시추공영상촬영 작업이 완료된 시추공을 대상으로 영국의 Robertson Geologging사의 물리검층 시스템을 사용한 밀도검층이 추가적으로 수행되었다. 밀도검층을 위해서 사용된 손데(Small-Source Density Sonde)는 소규모 방사성 신호원을 장착하고 있어 시추공 공벽으로 감마선을 방출시킨다.
- 2b). 시추공영상촬영은 2010년 3월 4일에서 4월 16일까지 총 6차례에 걸쳐실시되었다. 시추공은 33.
- 연구지역 1의 BH-2 시추공(Fig. 2a)에서는 시추공영상촬영과 밀도검층을 각각 1회씩 실시하여 전기비저항 탐사 결과 및 시추조사 자료와 함께 지하구조해석에 활용되었다. 연구지역 2의 경우 BH-1 시추위치는 D맥의 분포를 바탕으로 폐갱도의 위치를 추정하여 선정되었다(Fig.
- 연구지역 2는 묘지 및 도로로 피복되어 있어 D맥이 위치한 것으로 추정되는 지역에서 전기비저항 탐사를 수행하지 못하고 시추조사, 시추공영상촬영, 밀도검층만을 수행하였다(Fig. 2b). 시추공영상촬영은 2010년 3월 4일에서 4월 16일까지 총 6차례에 걸쳐실시되었다.
- 그러나 지반침하 초기에 나타나는 지하매질(토사 및 암편)의 소규모 이동은 지표면의 변형을 유발하지 않으므로 지상에서 지반침하 징후를 모니터링 하는 것은 매우 어렵다. 이를 보완하기 위하여 BH-1에서 시추공영상촬영을 반복적으로 수행하여 지하매질 이동에 대한 모니터링 가능성을 시험하여 보았다. Fig.
- 이러한 현상은 경암층 내부에서 뚜렷한 물성변화가 있음을 지시한다고 볼 수 있다. 이후 해석의 편이성을 위하여 시추자료손실 구간을 기준으로 상부 경암과 하부 경암으로 경암층을 나누어 분석하였다.
- 추가적인 피해발생을 예방하기 위하여 밭, 건물, 도로 등 주거시설 주변을 침하 예상지역으로 우선 선정하였다. 전기비저항탐사를 이용하여 침하지역 주변에 이상대를 찾아내었고 이상대의 원인규명을 위하여 시추, 시추공영상촬영, 밀도검층을 수행하였다. 또한 지표면이 피복되어 있어 전기비저항탐사를 수행할 수 없었던 지역에서는 시추공영상촬영을 6차례 반복적으로 실행하여 지반침하를 지시하는 지층의 수직 이동 양상을 모니터링 하였다.
- 2b). 지표면에서 지구물리탐사자료 획득이 불가능하였기 때문에 시추공영상촬영을 6회 걸쳐 실시하여 지반침하의 징후 및 변화양상을 모니터링한 후 밀도검층을 수행하였다.
대상 데이터
- 2a). 각 측선의 총 길이는 120 m로 15 m 간격으로 설정되었으며 최대 84 m의 단면과 가탐심도 30 m의 탐사자료를 획득하였다. 탐사장비는 일본 OYO사의 Mc-Ohm으로 최대입력전류 2.
- 연구지역 1은 위에서 언급한 큰 규모의 지반침하가 일어났던 민가에 인접하고 있어 지반함몰에 따른 추가 피해 가능성이 가장 높은 지역(Fig. 1)으로 우선 선정되었다. C맥이 지나가는 연구지역 1은 전기비저항탐사가 가능한 환경(밭)으로 총 21개의 전극을 6m 간격으로 설치한 후 쌍극자배열법을 이용하여 탐사를 수행하였다(Fig.
- 2a)에서는 시추공영상촬영과 밀도검층을 각각 1회씩 실시하여 전기비저항 탐사 결과 및 시추조사 자료와 함께 지하구조해석에 활용되었다. 연구지역 2의 경우 BH-1 시추위치는 D맥의 분포를 바탕으로 폐갱도의 위치를 추정하여 선정되었다(Fig. 2b). 지표면에서 지구물리탐사자료 획득이 불가능하였기 때문에 시추공영상촬영을 6회 걸쳐 실시하여 지반침하의 징후 및 변화양상을 모니터링한 후 밀도검층을 수행하였다.
- 그러므로 영상에서 관찰된 지하매질 수직이동의 원인은 지반침하와 높은 개연성을 가진다고 사료된다. 이것을 뒷받침 하는 증거는 폐갱도가 위치한 26.0-29.0 m에서 획득한 영상이다(Fig. 12). 앞서 설명한 바와 같이 폐갱도가 지하수로 채워져 있기 때문에 1차 영상에서는 빛의 반사가 일어나지 않아 이미지가 어둡다.
- 이번 연구에서는 2008년 5월 지반침하가 발생한 충청북도 일부 지역에 물리탐사 및 시추조사를 적용하였다. 추가적인 피해발생을 예방하기 위하여 밭, 건물, 도로 등 주거시설 주변을 침하 예상지역으로 우선 선정하였다.
- 11). 주요 양상은 17.40 m, 17.76 m 그리고 18.34 m에서 관찰되었고 수직 변위 측정의 기준이 되는 특징들은 적색 점으로 표시하였다. 또한 토층 및 암편의 수직 이동으로 파생된 공벽 구조선의 변화는 백색 실선으로 표시하였다.
- 이번 연구에서는 2008년 5월 지반침하가 발생한 충청북도 일부 지역에 물리탐사 및 시추조사를 적용하였다. 추가적인 피해발생을 예방하기 위하여 밭, 건물, 도로 등 주거시설 주변을 침하 예상지역으로 우선 선정하였다. 전기비저항탐사를 이용하여 침하지역 주변에 이상대를 찾아내었고 이상대의 원인규명을 위하여 시추, 시추공영상촬영, 밀도검층을 수행하였다.
- 각 측선의 총 길이는 120 m로 15 m 간격으로 설정되었으며 최대 84 m의 단면과 가탐심도 30 m의 탐사자료를 획득하였다. 탐사장비는 일본 OYO사의 Mc-Ohm으로 최대입력전류 2.5 A와 최대출력 250 W를 가지며 측정 시 주입된 전류량은 50 mA이었다. 획득된 자료는 Dipro 프로그램을 활용해 후처리 및 역산(Kim, 1987)되었다.
- 5 A와 최대출력 250 W를 가지며 측정 시 주입된 전류량은 50 mA이었다. 획득된 자료는 Dipro 프로그램을 활용해 후처리 및 역산(Kim, 1987)되었다. 그러나 D맥이 지나는 연구지역 2는 시멘트로 표면이 피복되어 전기비저항탐사가 불가능하였기 때문에 시추조사만을 수행할 수 있었다(Fig.
이론/모형
- 9). 현장에서 얻은 영상자료는 GeoMechanics International(GMI) 프로그램을 통하여 이미지로 출력하였다. 시추공영상촬영 완료 후 이루어진 밀도검층에서는 시추공 하부의 손실이 더욱 심화되어 심도 27.
성능/효과
- 1. 연구지역 1에서 실시된 전기비저항탐사, 시추조사, 시추공영상촬영, 그리고 밀도검층자료를 비교 분석한 결과 조사지역에 폐갱도가 지하 11.0-12.8 m 지점에 존재하는 것으로 나타났다. 조사 당시 폐갱도의상부는 빈공동으로 존재하였으며 하부는 충진물로 채워져 있는 것으로 시추공영상에서 관찰되었다.
- 23 mm h-1 의 속도로 수직 이동한 것으로 볼 수 있다. 17.76 m 깊이에서 관찰된 이동양상은 최초 39 mm의 수직 이동이 2차 영상에서 관찰되었고, 3차 영상에서는 195 mm, 4차 영상에서는 12 mm, 그리고 5차 영상에서는 22 mm 각각 추가적으로 수직 이동한 것으로 보인다. 6차 영상은 추가적인 수직 이동의 증거를 보이고 있지 않다.
- 3. 단일 시추가 아닌 시추공영상촬영을 통해 모니터링을 수행할 경우 지반침하의 시간적 변화 양상을 규명할 수 있음을 알 수 있었다. 시추공벽의 영상이 불분명하게 나타날 때도 있으나 시추자료 및 물리검층 자료를 함께 수행하면 이러한 제한요소는 극복이 가능한 것으로 사료된다.
- 30 mm h-1 속도로 총 268 mm 수직이동 한 것으로 보인다. BH-1에서 관찰된 수직 이동 현상 중 그 심도가 가장 깊은 18.34 m 지점에서는 2차 영상에서 최초 66 mm의 수직 이동이 관찰되었고, 3차 영상에서 58 mm, 4차 영상에서 10 mm, 5차 영상에서 12 mm의 수직이동이 각각 추가적으로 나타났다. 그러므로 18.
- 전기비저항탐사가 불가능하였던 연구지역 2에서는 43일간 6차례에 걸쳐 시추공영상촬영을 수행하여 침하 현상을 모니터링 하였다. 각기 다른 시간에 촬영된 시추공벽 영상을 비교분석한 결과 심도에 따라 지반 침하 양상이 각각 다르게 나타남을 발견하였다. 하부에서 일어난 침하의 규모가 상부보다 3배 이상 큰 규모로 관측되었으며 침하 현상도 4배 이상 오랜기간 동안 지속적으로 일어났다.
- 그 이후 촬영된 시추공영상자료에서는 소규모의 토사 이동만(약 6 mm)이 관찰되었다. 그러므로 4.0-6.0 m 구간의 시추공영상은 2차와 3차 조사 기간 동안(9일 간격)에 토층이 약 0.14 mm h-1 속도로 30 mm 수직이동하였고 전체 모니터링 기간 동안에서는 약 36 mm 정도 토사가 수직 이동하였음을 지시한다.
- BH-1의 경우 상부에서는 2차와 3차 관측 시기에만 소규모의 침하가 관측되었지만 그 하부에서는 침하 작용이 상부보다 선행되어 일어났고 이후 5차 촬영 시기까지 지속되었기 때문이다. 그러므로 본 연구지역의 경우 심부에서 토사의 이동을수반한 침하 작용이 우선적으로 그리고 오랜 시간동안 지속적으로 일어날 수 있으며 어느 한계점을 넘어갈 경우 지표면의 붕괴로 갑작스럽게 이어질 수 있음을 알 수 있다. 실제 BH-1에 인접해있는 도로(Fig.
후속연구
- 시추공벽의 영상이 불분명하게 나타날 때도 있으나 시추자료 및 물리검층 자료를 함께 수행하면 이러한 제한요소는 극복이 가능한 것으로 사료된다. 시추공영상촬영을 이용한 모니터링을 활용하면 지반 침하를 정량화할 수 있는 중요한 자료를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.
- 그러므로 심도 10 m 주변에서 관찰된 저비저항 지역들의 연결성은 이 지역에 위치한 C맥과 그 방향성이 일치함을 보인다. 이러한 저비저항 이상대의 원인들로 채굴 후 남아있는 잔존 전도성 광맥, 석영맥의 관입과 관련된 파쇄대, 갱도 및 채굴적 방치로 인해 발생한 주변 암반의 이완에 의해 생성된 절리들, 그리고 폐갱도(공동) 자체를 고려해볼 수 있을 것이다. 보다 정확한 원인규명을 위하여 L-1 측선 45 m 지점에서 관찰된 저비저항 지역에서 수행된 시추조사결과, 시추공영상촬영사진 및 밀도검층자료를 살펴보았다(Figs.
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