철광산 지역의 매장량 평가를 위해 전기 및 전자탐사 방식의 물리탐사를 수행하였다. 철광산 조사에 적합한 물리탐사 기법을 결정하고 연구지역의 지질정보에 대해 파악하기 위해, 대상 지역의 시추 코어와 노두 파편으로부터 획득한 암석 코어를 분석하였다. 획득한 코어에 대해 비중, 밀도, 공극률, 비저항, P파 속도 등 5가지 물성을 측정한 결과, 자철광체가 전기적 특성에 민감하게 반응한다는 것을 확인하고 전기 탐사를 수행하기로 결정하였다. 전기비저항 탐사는 기존의 연구들을 통해서 적용 기법들이 다양하고 해상도 또한 높은 편이 알려져 있어 철광산의 조사에 적합할 것으로 판단되었으나, 심부에서는 해상도가 낮으며 탐사의 수행도 어렵다는 한계를 가지고 있다. 이에 전기비저항 탐사를 보완하기 위해 물리탐사법 중 비교적 깊은 탐사심도를 가지는 MT (MagnetoTelluric) 탐사를 추가적으로 수행하였다. 또한 MT 탐사의 천부 정보에 대한 취약성을 보완하기 위해 인공송신원을 사용하는 CSMT (Controlled Source MT) 탐사를 추가적으로 실시하였다. 전기 및 전자탐사를 통해 채광이 이루어진 광산 하부에 저비저항체가 있음을 발견하였으며, 향후 추가적인 이용 가치를 확인하였다.
철광산 지역의 매장량 평가를 위해 전기 및 전자탐사 방식의 물리탐사를 수행하였다. 철광산 조사에 적합한 물리탐사 기법을 결정하고 연구지역의 지질정보에 대해 파악하기 위해, 대상 지역의 시추 코어와 노두 파편으로부터 획득한 암석 코어를 분석하였다. 획득한 코어에 대해 비중, 밀도, 공극률, 비저항, P파 속도 등 5가지 물성을 측정한 결과, 자철광체가 전기적 특성에 민감하게 반응한다는 것을 확인하고 전기 탐사를 수행하기로 결정하였다. 전기비저항 탐사는 기존의 연구들을 통해서 적용 기법들이 다양하고 해상도 또한 높은 편이 알려져 있어 철광산의 조사에 적합할 것으로 판단되었으나, 심부에서는 해상도가 낮으며 탐사의 수행도 어렵다는 한계를 가지고 있다. 이에 전기비저항 탐사를 보완하기 위해 물리탐사법 중 비교적 깊은 탐사심도를 가지는 MT (MagnetoTelluric) 탐사를 추가적으로 수행하였다. 또한 MT 탐사의 천부 정보에 대한 취약성을 보완하기 위해 인공송신원을 사용하는 CSMT (Controlled Source MT) 탐사를 추가적으로 실시하였다. 전기 및 전자탐사를 통해 채광이 이루어진 광산 하부에 저비저항체가 있음을 발견하였으며, 향후 추가적인 이용 가치를 확인하였다.
DC electrical and electromagnetic survey was applied to evaluate the reserve of an iron mine site. We analyzed the borehole cores and the cores sampled from outcrops in order to decide which geophysical method was efficient for the evaluation of iron mine site and to understand the geological settin...
DC electrical and electromagnetic survey was applied to evaluate the reserve of an iron mine site. We analyzed the borehole cores and the cores sampled from outcrops in order to decide which geophysical method was efficient for the evaluation of iron mine site and to understand the geological setting around the target area. Based on the core tests for specific weight, density, porosity, resistivity and P-wave velocity, showing that the magnetite could be distinguishable by the electrical property, we decided to conduct the electrical survey to investigate the irone mine site. According to previous studies, the DC electrical survey was known to have various arrays with high resolutions effective to the survey of the iron mine site. However it was also known that the skin depth is too shallow to grasp the deep structure of iron mine. To compensate the weakness of the DC electrical method, we applied the MagnetoTelluric (MT) survey. In addition, a Controlled Source MT (CSMT) method was also applied to make up the shortcoming of MT method which is weak for shallow targets. From the DC electrical and MT survey, we found a new low resistivity zone, which is believed to be a magnetite reserve beneath the old abandoned mine. Therefore, this study was confirmed for additional utility value.
DC electrical and electromagnetic survey was applied to evaluate the reserve of an iron mine site. We analyzed the borehole cores and the cores sampled from outcrops in order to decide which geophysical method was efficient for the evaluation of iron mine site and to understand the geological setting around the target area. Based on the core tests for specific weight, density, porosity, resistivity and P-wave velocity, showing that the magnetite could be distinguishable by the electrical property, we decided to conduct the electrical survey to investigate the irone mine site. According to previous studies, the DC electrical survey was known to have various arrays with high resolutions effective to the survey of the iron mine site. However it was also known that the skin depth is too shallow to grasp the deep structure of iron mine. To compensate the weakness of the DC electrical method, we applied the MagnetoTelluric (MT) survey. In addition, a Controlled Source MT (CSMT) method was also applied to make up the shortcoming of MT method which is weak for shallow targets. From the DC electrical and MT survey, we found a new low resistivity zone, which is believed to be a magnetite reserve beneath the old abandoned mine. Therefore, this study was confirmed for additional utility value.
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문제 정의
본 연구에서는 자철광체의 탐사에 앞서 연구지역에 알맞은 탐사법을 결정하기 위해 연구지역에서 채집한 노두 파편을 코어로 제작하고, 추가적으로 가장 최근에 시추했던 시추코어들을 이용하여 물성 시험을 실시하였다. 물성 시험을 통해서 결정한 물리탐사 기법은 전기비저항탐사와 자기지전류(MagnetoTelluric) 탐사이다.
연구지역은 기존의 광산 개발을 통해서 얕은 심도에 위치한 광체들은 이미 생산이 되었다고 판단하고 있으며, 이로 인해 새로운 광체의 부존 위치에 대해 파악하는 것이 시급하다고 할 수 있다. 따라서 이 연구에서는 MT 탐사를 적극 활용함으로써 현재 생산 중인 광체보다 깊은 심도에 위치해 있는 새로운 광체의 부존 위치 및 가능성을 확인하는 것이 주목적이라고 할 수 있다.
이유는 과거 70-80년대에는 116광구에서도 많은 시추가 이루어졌으며 이곳으로 갱도 굴착이 이루어졌다. 따라서 이곳의 현재 잔존 광체가 남아있는지 확인하기 위한 측선 설계이다. f-f', h-h', i-i' 측선은 과거부터 현재까지 시추공이 존재하지 않는 곳으로써, 지질탐사를 통해서 노두의 위치는 확인된 상태이다.
MT (MagnetoTelluric) 탐사는 광대역에 걸친 지하 구조의 주파수영역 전자반응을 얻을 수 있는 지구물리탐사법의 일종으로 자연 전자기장의 변동을 송신원으로하여, 지열, 석유 등 심부자원 탐사 및 지각구조 연구 등에 이용되는 방법이다(Vozoff, 1991). MT 탐사 수행에 앞서 전기비저항탐사를 실시하였지만, 전기비저항탐사만으로는 얻을 수 있는 심부자료에 한계가 있기 때문에 이러한 단점을 보완하기위해 MT 탐사를 수행하였다.
본 연구에서는 재개발중인 철광산에서 현재 잔존하는 광체의 위치 및 부존량에 대한 정보를 얻기 위해 물리탐사를 수행하였다.
연구지역에 적합한 물리탐사법을 알아내기 위해 시추 코어 및 노두 코어를 제작하여 물성 시험을 실시하였으며 그 결과로 자철광체가 전기적 성질에 잘 반응한다는 결론을 내었다. 이러한 결론을 토대로 연구지역에서 전기비저항탐사와 MT 탐사를 수행하도록 하였다.
또한, 물리탐사 수행 결과는 지하 물성들의 특성을 복합적으로 반영하기 때문에 연구지역 암석들에 대한 물성 연구는 현지 암반의 일반적인 상관관계를 파악하고 현지에서 실시할 물리탐사 기법 적용성에 타당성을 부여할 수 있다. 이러한 물성 시험을 위하여 본 연구에서는 연구지역에 위치한 노두에서 암석을 채취하고 코어 시료를 제작하였다. 코어 시료의 개수는 총 22개로써 각각의 위치에서 채취한 암석 중에서 연구지역의 대표 암석인 섬장암과 편마암, 광체 등을 적절히 분배하였다.
제안 방법
물성 시험을 통해서 결정한 물리탐사 기법은 전기비저항탐사와 자기지전류(MagnetoTelluric) 탐사이다. 따라서 본 연구에서는 이 두 종류의 탐사를 수행하고 복합해석하였다. 기본적으로 자철석 광체는 강한 자성을 가지고 있으며 전기가 잘 흐르는 특성을 보여준다.
하지만 반대로 천부에서의 탐사결과는 비교적 신뢰도가 떨어진다. 이유는 MT 탐사의 에너지원인 지전류가 매우 약하기 때문으로 이러한 한계을 극복하기 위해서 CSMT 탐사를 병행하였다. CSMT (Controlled Source MT) 탐사는 인공적인 전자기장을 이용하기 때문에 보다 고주파수를 이용, 천부 탐사에도 효과를 나타낸다.
CSMT (Controlled Source MT) 탐사는 인공적인 전자기장을 이용하기 때문에 보다 고주파수를 이용, 천부 탐사에도 효과를 나타낸다. 이 연구에서는 MT 탐사와 CSMT 탐사의 측정 결과를 모두 사용하기 위해 두 탐사 결과의 신뢰도 높은 부분만을 결합하여 하나의 주파수로 가공하였으며 이 자료를 이용해 역산을 수행하였다.
가장 먼저, a-a', b-b' 측선은 과거의 채굴적으로 인해 지반 붕락이 발생한 곳으로써 10 m 간격의 두 측선을 교차시킴으로써 천부의 전기비저항 양상을 파악하고자 하였으며, 특이사항으로는 지표에 광미가 얇게 깔려있어 천부의 전기비저항은 다소 낮을 것으로 예상된다.
코어 시료의 개수는 총 22개로써 각각의 위치에서 채취한 암석 중에서 연구지역의 대표 암석인 섬장암과 편마암, 광체 등을 적절히 분배하였다. 이와 함께 재개발 준비를 위해 2010년과 2011년 시공한 시추 코어를 추가적으로 획득하여 5가지 물성(밀도, 공극률, 함수율, 전기비저항, P파 속도)을 측정하였다.
이러한 탐사기법에는 전기, 전자탐사 기법과 중력 탐사 기법이 있다. 이 연구에서는 국내에서 가장 활발히 연구가 진행되고 있는 전기, 전자탐사 기법을 적용토록 하였으며, 그중에서도 전기비저항 반응을 이용하는 전기비저항탐사와 MT 탐사를 수행하였다.
c-c' 측선은 a-a' 측선의 끝에서 연장되어 10-3공과 10-4공, 11-4공의 진행방향과 동일선상으로 진행함으로써 전기비저항탐사 결과를 시추 결과와 비교할 수 있도록 하였다.
d-d' 측선은 사실상 a-a' 측선과 c-c' 측선을 합친 것으로써 단일 측선으로는 얕은 심도의 자료만을 얻기 때문에, 그 이상의 심도 구조를 파악하기 위해서 400 m의 장거리 측선을 설정하였다.
MT 탐사에는 0.1 Hz-100 kHz의 주파수대역을 측정할 수 있는 한국 Sekogeo사의 CONEM 장비를 사용하였으며, 가청주파수(audio-frequency) 대역에서 측정이 이루어졌다. 일반적인 MT 탐사의 주파수 대역은 0.
이 방법은 전기양극자 대신에 루프 송신원을 사용하기때문에 송신원이 평면파라는 가정을 만족하므로, 완벽하지는 않지만 근거리장 효과(near field effect)가 완화된다는 장점이 있다. 이번 연구에서는 루프 송신원을 이용한 CSMT와 MT 모두 측정한 후 이 두 자료를 복합 사용하였다.
이러한 이유로 실제 광화대 및 광체가 발견된 지점은 시추공 시작 지점과의 수평거리로 최소 25 m, 최대 195 m에 이른다. 따라서 경사시추 부분에서는 측점이 아닌 측선을 설정하여 공 시작 지점과 광화대나 광체가 발견된 부분의 수직 상부 부분에서 MT 탐사를 수행하였다. 측선 진행방향에 사용된 시추공은 모두 경사시추공으로써 2010년 이후 시공된 10-3공, 10-4공, 10-6공, 11-1공, 11-2공, 11-3공, 11-4공 등 총 7개의 측선을 설정하였으며, 나머지는 모두 각 측점 자료이다.
측선 진행방향에 사용된 시추공은 모두 경사시추공으로써 2010년 이후 시공된 10-3공, 10-4공, 10-6공, 11-1공, 11-2공, 11-3공, 11-4공 등 총 7개의 측선을 설정하였으며, 나머지는 모두 각 측점 자료이다. 각 측점 자료는 인근의 시추 자료를 고려함은 물론 과거 광산 운용시 작성된 채광기록을 참고 하였다.
연구지역에서 총 9개의 탐사 자료를 획득하였으며, 지질자원연구원에서 개발된 전기비저항탐사 해석 프로그램인 DIPRO 프로그램을 이용하여 역산을 수행하였다. 기존에 사용되던 역산법은 평활화 제한을 가한 최소자승 비선형 역산(Nonlinear least-square inversion with smoothness constraint)에 기초하였으나, 기존 역산법보다 더 높은 분해능을 보여주는 새로운 최소자승 역산법인 ACB(Active Constraint Balancing Method) 기법(Yi and Kim, 1998)이 사용되었다.
4)을 제외하고는 모두가 광체의 영향이라고 판단하기에는 무리가 있으며 대체로 고비저항대역이 나타난다. 따라서 추가적인 광체 탐사를 위해서는 보다 깊은 심도의 탐사가 요구되기 때문에 전기비저항탐사와 마찬가지로 전기비 저항을 측정하며 보다 깊은 탐사 심도를 가지는 MT 탐사를 수행하기로 하였다.
(2006)은 연구에서 주파수 대역대가 다른 MT 탐사와 AMT 탐사의 측정 결과를 결합하여 보다 넓은 주파수 대역 및 자연스러운 전기비저항·위상의 수직탐사 곡선을 타내었다. 본 연구에서는 Lee et al (2006)의 방법을 응용하여 MT 탐사와 CSMT 탐사의 측정 결과 중 신뢰도 높은 부분만을 이용하여 하나의 곡선으로 결합하였다. 이는 기본적으로 측점, 전극간격 등의 측정조건이 동일하기 때문에 가능하다.
좌측 외곽의 갈색 부분은 편마암을 나타낸다. 탐사 측점은 각 구역별 특성에 맞추어 Zone A, Zone B, Zone C 의 3 구역으로 나누었다.
MT 탐사의 자료처리는 각 측점에서의 깊이에 따른 전기비저항 양상을 파악하기 위하여 기본적으로 1차원 역산을 수행하였다. 이에 적용된 역산 방법은 평활화 제한을 가한 Occam 역산 방법(Constable et al.
하지만 얕은 심도에 위치한 철광체가 점점 줄어들고 있으므로, 지속적인 개발을 위해서는 보다 깊은 심도에 위치하는 철광체를 개발해야만 한다. 따라서 Zone B에서는 과거 광체가 가장 많이 발견된 4개의 시추공을 중심으로 하여 고심도에서의 광체탐사를 목표로 측점을 설계하였다.
본 연구에서 수행한 탐사의 측선 및 측점 설정은 시추공을 기준으로 하여 설정하였으며, 전기비저항탐사의 측선과 MT 탐사의 측점이 일치되는 부분도 상당수 존재하여 두 자료의 비교를 통한 해석이 가능하게끔 하였다(Fig. 3). Zone A에는 11년도 시추공이 4공 존재하고 있으며 그중 11-1공과 11-2, 11-3공의 진행방향을 기준으로 MT 탐사를 수행하였다.
3). Zone A에는 11년도 시추공이 4공 존재하고 있으며 그중 11-1공과 11-2, 11-3공의 진행방향을 기준으로 MT 탐사를 수행하였다. 근방의 전기비저항탐사 측선으로는 h-h' 측선과 i-i' 측선이 있으며, 골짜기 쪽에 위치한 MT 탐사 측점과 비교를 해 볼 수 있다.
대상 데이터
최근 세계적으로 자원 확보가 큰 화두로 떠오르면서 국내에서도 기존 광산들의 재평가 및 재개발이 속속들이 이루어지고 있다. 본 연구의 연구지역은 과거 국내 최대의 철광산이었으나, 폐광 이후 현재 재개발을 진행하고 있다.
연구지역은 양양 115 광구와 양양 116 광구의 경계에 위치해 있다. 양양 지역의 지질은 선캠브리아 이언 편마암류와 변성퇴적암류/변성화산암류, 변성염기성암류, 시대미상의 섬장암(반정질 엽리상, 반정질 괴상, 엽리상, 괴상), 그리고 쥐라기 흑운모 화강암과 반화강암질/페그마타이트질 화성암이 관입하고 있다.
본 연구에서 목표로 하고 있는 광물은 자철광체로서 일반적으로 전자기적인 반응에 민감하다고 알려져 있다. 또한, 물리탐사 수행 결과는 지하 물성들의 특성을 복합적으로 반영하기 때문에 연구지역 암석들에 대한 물성 연구는 현지 암반의 일반적인 상관관계를 파악하고 현지에서 실시할 물리탐사 기법 적용성에 타당성을 부여할 수 있다.
연구지역에서의 MT 탐사의 측점은 총 37 측점이며, 기본적으로 시추공 자료가 있는 곳으로 선정하였으며 시추공 진행방향에 맞추어서 설정하였다(Fig. 3). 이 연구지역은 과거에 생산을 하다 폐광 후 다시 재개발에 들어가는 곳이기 때문에 기존의 시추공과 최근 다시 재개발을 위해 시공한 시추공이 상당히 많이 존재한다.
따라서 경사시추 부분에서는 측점이 아닌 측선을 설정하여 공 시작 지점과 광화대나 광체가 발견된 부분의 수직 상부 부분에서 MT 탐사를 수행하였다. 측선 진행방향에 사용된 시추공은 모두 경사시추공으로써 2010년 이후 시공된 10-3공, 10-4공, 10-6공, 11-1공, 11-2공, 11-3공, 11-4공 등 총 7개의 측선을 설정하였으며, 나머지는 모두 각 측점 자료이다. 각 측점 자료는 인근의 시추 자료를 고려함은 물론 과거 광산 운용시 작성된 채광기록을 참고 하였다.
탐사의 측선 및 측점은 70-80년대 시공된 시추공과 2010년, 2011년 시공된 시추공을 기준으로 하여 설계하였다. 탐사 결과, 일부 지역에서만 천부의 전기비저항이 낮게 나왔을 뿐, 광산 개발이 가장 활발히 이루어졌던 변성퇴적암/변성화산암류 지질과 주변의 섬장암 지질에서는 거의 대부분 고심도 부분에서 저비저항대가 나타났다.
이론/모형
전기비저항탐사에는 스웨덴 ABEM사의 Terrameter LS 장비를 사용하였으며, 쌍극자 배열(Dipole-Dipole Array)을 적용하였다. 국내에서의 전기비저항탐사는 지하 매질의 전기비저항이 외국에 비해 매우 높기 때문에 전기비저항 측정 시 전위차가 매우 크게 나타난다.
연구지역에서 총 9개의 탐사 자료를 획득하였으며, 지질자원연구원에서 개발된 전기비저항탐사 해석 프로그램인 DIPRO 프로그램을 이용하여 역산을 수행하였다. 기존에 사용되던 역산법은 평활화 제한을 가한 최소자승 비선형 역산(Nonlinear least-square inversion with smoothness constraint)에 기초하였으나, 기존 역산법보다 더 높은 분해능을 보여주는 새로운 최소자승 역산법인 ACB(Active Constraint Balancing Method) 기법(Yi and Kim, 1998)이 사용되었다. 이와 함께 지형적 요소를 고려 할 수 있는 유한요소법을 함께 적용하였다.
기존에 사용되던 역산법은 평활화 제한을 가한 최소자승 비선형 역산(Nonlinear least-square inversion with smoothness constraint)에 기초하였으나, 기존 역산법보다 더 높은 분해능을 보여주는 새로운 최소자승 역산법인 ACB(Active Constraint Balancing Method) 기법(Yi and Kim, 1998)이 사용되었다. 이와 함께 지형적 요소를 고려 할 수 있는 유한요소법을 함께 적용하였다.
MT 탐사의 자료처리는 각 측점에서의 깊이에 따른 전기비저항 양상을 파악하기 위하여 기본적으로 1차원 역산을 수행하였다. 이에 적용된 역산 방법은 평활화 제한을 가한 Occam 역산 방법(Constable et al., 1987; deGroot-Hedlin and Constable, 1990)이다. Occam 역산은 지하의 물성변화가 매우 부드럽게 변한다는 가정을 토대로 하고 있으며, 가장 부드러운 모델을 사용하여 관측 자료를 해석하는 방법이다.
하지만 이런 일반적인 역산 알고리듬은 수행 과정에서 매우 큰 행렬의 계산을 필요로 하기 때문에 많은 시간이 소요된다(Kwon et al, 2003). 이 연구에서는 Occam 역산 방법 중에서도 creeping 기법을 적용하였으며, iteration 횟수는 15회로 모두 동일하게 설정하였다.
성능/효과
기본적으로 자철석 광체는 강한 자성을 가지고 있으며 전기가 잘 흐르는 특성을 보여준다. 따라서 전기비저항탐사를 수행할 경우 자철 광체와 비자철 광체의 구분이 비교적 명확할 것으로 판단된다. 하지만 전기비저항탐사는 천부에서는 자료의 해상도가 높은 편이지만, 심부에서는 해상도가 낮아 자료의 신뢰도가 떨어진다.
이러한 물성 시험을 위하여 본 연구에서는 연구지역에 위치한 노두에서 암석을 채취하고 코어 시료를 제작하였다. 코어 시료의 개수는 총 22개로써 각각의 위치에서 채취한 암석 중에서 연구지역의 대표 암석인 섬장암과 편마암, 광체 등을 적절히 분배하였다. 이와 함께 재개발 준비를 위해 2010년과 2011년 시공한 시추 코어를 추가적으로 획득하여 5가지 물성(밀도, 공극률, 함수율, 전기비저항, P파 속도)을 측정하였다.
연구지역의 코어 물성 시험 결과, 자철광체는 비자철광체와 비교하였을 시에 전기비저항 특성에 대해서 매우 민감한 반응을 보여주는 것을 확인 할 수 있었다. 또한, 전기비저항과 밀도가 반비례하는 성향을 보여주고 있다.
하지만 P파 속도 분석에서는 자철광체와 비자철광체의 구분 없이 각기 다른 양상을 보여주었다. 물성 시험 결과들을 종합해 볼 때, 연구지역에서는 전기적, 자기적 반응과 밀도에 대해 고려할 수 있는 기법을 적용하는 것이 적합한 것으로 판단할 수 있다. 이러한 탐사기법에는 전기, 전자탐사 기법과 중력 탐사 기법이 있다.
전기비저항탐사 결과를 살펴보면 각 측선이 교차되도록 설계된 부분에서는 비저항 분포가 거의 일치하는 것으로 나타나며, 이러한 결과를 통해 정상적인 탐사결과를 얻었다고 할 수 있다. 양양 115광구와 116광구의 경계면에서 측정된 a-a', b-b', c-c', d-d' 측선들을 비롯하여 나머지 모든 측선들에서 저비저항대역이 나타나지만, g-g' 측선(Fig.
지질정보와 역산 결과를 종합해보면 Zone A 지역은 아직까지 직접적인 개발이 이루어진 적이 없는 곳으로써 대부분의 측점에서 지하 300 m 이내의 심도에서 저비저항대가 나타났다. 또한, YA_07, YA_10, YA_11 측점에서는 천부뿐만이 아니라 심부에서도 저비저항대가 나타나는 것을 확인하였다.
종합해보면 Zone B에서는 거의 모든 측점에서 저 비저항대역이 나타났지만 대부분이 해발고도 기준 지하 300 m 이상의 심부에서 나타났다. 이러한 결과를 볼 때, 현재 얕은 심도에 위치한 광체는 거의 남아있지 않으며 탐사 결과로 보아 깊은 심도에는 광체가 존재할 가능성이 충분히 높다고 할 수 있다.
Zone B에서는 과거 철광산을 폐광 시까지 생산 중이던 지역으로써 현재 재개광 이후에도 이곳에서 남은 잔광체를 생산하고 있다. 따라서 얕은 심도에는 철광이 이미 존재하지 않을 것으로 판단하였으며, 실제로 대부분의 측점에서도 깊은 심도에서 전기비저항 반응이 나타났다. 다만, YA_26과 YA_28 측점에서는 심부뿐만이 아니라 천부에서도 저비저항대 반응이 나타났는데 이는 가까이 있는 전기비저항탐사 g-g' 측선(Fig.
4)을 확인해도 동일한 반응이 나타난다. 이러한 결과를 토대로 하여 Zone B 에서는 해발고도 기준 300 m 이상의 고심도에는 철광체가 부존할 가능성이 높으며 얕은 심도에는 잔광체가 일부 남아 있는 것으로 판단할 수 있다. Zone C에서 전기비저항탐사 d-d' 측선에서는 과거 붕락이 일어난 지점에서 천부의 일부에서 저비저항대역이 나타나기도 하지만 대부분이 고비저항대역을 보여주었다.
결과들을 통합해보면 연구지역에서는 극히 일부 지역에서만 얕은 심도에서 저비저항대가 나타날 뿐 거의 대부분의 결과가 심부에서 저비저항대역이 나타났다. 이러한 결과는 연구지역의 심부에 철광체가 부존할 가능성이 매우 높다고 할 수 있다.
연구지역에 적합한 물리탐사법을 알아내기 위해 시추 코어 및 노두 코어를 제작하여 물성 시험을 실시하였으며 그 결과로 자철광체가 전기적 성질에 잘 반응한다는 결론을 내었다. 이러한 결론을 토대로 연구지역에서 전기비저항탐사와 MT 탐사를 수행하도록 하였다.
탐사의 측선 및 측점은 70-80년대 시공된 시추공과 2010년, 2011년 시공된 시추공을 기준으로 하여 설계하였다. 탐사 결과, 일부 지역에서만 천부의 전기비저항이 낮게 나왔을 뿐, 광산 개발이 가장 활발히 이루어졌던 변성퇴적암/변성화산암류 지질과 주변의 섬장암 지질에서는 거의 대부분 고심도 부분에서 저비저항대가 나타났다. 이러한 탐사 결과는 얕은 심도에 일부 잔광체가 남아 있지만 거의 대부분의 광체는 이미 생산되었다고 할 수 있으며, 깊은 심도 부분의 저비저항 반응으로 보아 깊은 심도에서의 광체의 부존 가능성이 높은 것으로 판단 할 수 있다.
종합해보면 Zone B에서는 거의 모든 측점에서 저 비저항대역이 나타났지만 대부분이 해발고도 기준 지하 300 m 이상의 심부에서 나타났다. 이러한 결과를 볼 때, 현재 얕은 심도에 위치한 광체는 거의 남아있지 않으며 탐사 결과로 보아 깊은 심도에는 광체가 존재할 가능성이 충분히 높다고 할 수 있다.
후속연구
재개발을 준비하면서 광산지역의 노두가 있는 곳을 중심으로 추가적인 시추를 진행하고 있지만 고가의 비용과 한정된 지역의 자료만을 가지는 시추공의 특성상 앞으로의 광산개발을 계획하기에는 무리가 따르게 된다. 따라서 이러한 한계를 극복하기 위해서 물리탐사를 실시하여 시추공간의 지질정보를 추가적으로 획득함으로써 광산의 개발계획 수립에 많은 도움이 될 것이다.
f-f', h-h', i-i' 측선은 과거부터 현재까지 시추공이 존재하지 않는 곳으로써, 지질탐사를 통해서 노두의 위치는 확인된 상태이다. 따라서 이곳에서 탐사를 수행하여 지하구조에 대한 정보를 획득하고 향후, 시추 시 물리탐사 자료와 실제 시추 자료와 비교 분석이 가능할 것으로 판단된다. g-g' 측선은 f-f' 측선을 가로지르는 측선으로써 진행방향 하부에는 과거 생성된 갱도가 연장되어 있어, 잔존 광체에 대한 정보를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
다만, 시추 결과와 탐사 결과에 어느 정도 차이가 발생하는데이는 2011년도에 시공한 시추공은 모두 경사 시추이며 그 심도가 MT 탐사에 비해 낮기 때문이라고 판단해볼 수 있다. 따라서 정확한 부존여부를 판단하기 위해서는 추가적인 조사가 필요하다.
재개발중인 현재에도 이 지역에서는 남아 있는 잔광체를 생산하고 있다. 하지만 얕은 심도에 위치한 철광체가 점점 줄어들고 있으므로, 지속적인 개발을 위해서는 보다 깊은 심도에 위치하는 철광체를 개발해야만 한다. 따라서 Zone B에서는 과거 광체가 가장 많이 발견된 4개의 시추공을 중심으로 하여 고심도에서의 광체탐사를 목표로 측점을 설계하였다.
이러한 탐사 결과는 얕은 심도에 일부 잔광체가 남아 있지만 거의 대부분의 광체는 이미 생산되었다고 할 수 있으며, 깊은 심도 부분의 저비저항 반응으로 보아 깊은 심도에서의 광체의 부존 가능성이 높은 것으로 판단 할 수 있다. 하지만 물리탐사 자료의 특성상 보다 정확한 결과를 얻기 위해서는 추가적인 조사가 필요할 것으로 생각된다.
반면, MT 탐사의 경우 지질학적, 지구물리학적인 연구를 목적으로 수행한 사례는 있지만 철광 등의 광물자원탐사를 목적으로 연구가 이루어진 사례는 전무한 실정이다. 따라서 이 연구에서 MT 탐사를 광산 지역에서 수행함으로써 차후 MT 탐사를 이용한 광물자원탐사에 유용한 참고자료로 활용될 것으로 기대한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
MT 탐사는 무엇인가?
MT (MagnetoTelluric) 탐사는 광대역에 걸친 지하 구조의 주파수영역 전자반응을 얻을 수 있는 지구물리탐사법의 일종으로 자연 전자기장의 변동을 송신원으로하여, 지열, 석유 등 심부자원 탐사 및 지각구조 연구 등에 이용되는 방법이다(Vozoff, 1991). MT 탐사 수행에 앞서 전기비저항탐사를 실시하였지만, 전기비저항탐사만으로는 얻을 수 있는 심부자료에 한계가 있기 때문에 이러한 단점을 보완하기위해 MT 탐사를 수행하였다.
본 연구에서 전기비저항탐사에는 어떤 장비를 사용하였는가?
전기비저항탐사에는 스웨덴 ABEM사의 Terrameter LS 장비를 사용하였으며, 쌍극자 배열(Dipole-Dipole Array)을 적용하였다. 국내에서의 전기비저항탐사는 지하 매질의 전기비저항이 외국에 비해 매우 높기 때문에 전기비저항 측정 시 전위차가 매우 크게 나타난다.
루프 송신원을 적용한 CSMT법의 장점은 무엇인가?
일반적으로 인공송신원은 전기양극자가 사용되지만 최근에는 루프 송신원을 적용한 CSMT법이 사용되고 있다. 이 방법은 전기양극자 대신에 루프 송신원을 사용하기때문에 송신원이 평면파라는 가정을 만족하므로, 완벽하지는 않지만 근거리장 효과(near field effect)가 완화된다는 장점이 있다. 이번 연구에서는 루프 송신원을 이용한 CSMT와 MT 모두 측정한 후 이 두 자료를 복합 사용하였다.
참고문헌 (12)
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