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[국내논문] 철광산 지역에서의 물리탐사 기술 적용 연구
A Geophysical Survey of an Iron Mine Site 원문보기

한국지구과학회지 = Journal of the Korean Earth Science Society, v.34 no.6, 2013년, pp.575 - 587  

김기연 (기상청 국립기상연구소) ,  오석훈 (강원대학교 에너지.자원공학과)

초록
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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.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

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...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
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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.
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참고문헌 (12)

  1. Choi, S.G. et al., 2010, Genesis study report of Daehan iron mine, KORES. 

  2. Constable, S.C., Parker, R.L., and Constable, C.G., 1987, Occam's inversion: A practical algorithm for generating smooth models from electromagnetic sounding data. Geophysics, 52, 289-300. 

  3. deGroot-Hedlin, C., Constable, S., 1990, Occam's inversion to generate smooth, two-dimensional models from magnetotelluric data. Geophysics, 55, 1613-1624. 

  4. Kwon, B.D., Lee, H.S., Lee, C.K., Park, G.S., and Oh, S.H., 2003, Electric and electromagnetic surveys of the Hongseong fault Zone. Jour. Korean Earth Science Society, 24, 361-368. 

  5. Lee, S.H., 1979, Ore Petrological Studies on the Genesis of the Metamorphic Iron Deposits in Southern Korea. The Journal of the Geological Society. Korea, 15, 210-229. 

  6. Lee, T.J., Lee, S.K., Song, Y.H., and Uchida, T., 2006, Use of audio-band on the interpretation of magnetotelluric data, Mulli-Tamsa, 9, 261-270. 

  7. Song, S.H., Yong, H.H., Kim, J.H., Song, S.Y., and Chung, H.J., 2002, Hydrogeologic structure derived from electrical and CSMT surveys in the Chojung area. Mulli-Tamsa, 5, 118-125. 

  8. Song, Y.H., Cho, I.K., Kim, J.H., Chung, S.H., and Jeon, J.S., 1992, A magnetotelluric survey in Jeju island-Electrical and electromagnetic exploration method, Korea Institue of Geology, Mining&Materials, KR-92-1G-5, 33-69. 

  9. Telford, W.M., Geldart, L.P., Sheriff, R.E. and Keys, D.A., 1990, Applied Geophysics, 2nd edn. Cambridge University Press, Cambridge, UK. 

  10. Vozoff, K., 1991, The magnetotelluric method, in Nbighian, M,N., (Ed), Electromagnetic method in applied geophysicsapplications, Society of Exploration Geophysics, 2, 641-711. 

  11. Yi, M.J., Kim, J.H., 1998, Enhancing resolving power of the least-squares inversion with active constraint balancing: 68th SEG Annual meeting (USA) 

  12. Zonge, K, L., Hughes, L. J., 1991, Controlled source audio-frequency magnetotellurics. In Nabighian, M. N., (ed), Electromagnetic methods in applied geophysicsapplications, Society of Exploration Geophysics, 2, 713-809. 

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