[논문]폐광 부지의 재해 및 오염대 조사관련 물리탐사자료의 고찰

심민섭; 주현태; 김관수; 김지수

doi:10.9720/kseg.2014.4.525

초록
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폐광 부지에서 발생하는 대표적인 환경 문제는 산성으로 오염된 지표수와 지하수, 적재된 폐광석 및 광미, 채굴 활동으로 야기된 지반침하 현상을 들 수 있다. 이 논문은 광해 유형에 따라 재해 및 오염영역을 효율적으로 탐지했던 지구물리탐사방법들을 고찰하는데 있다. 시험 자료로서 토양오염, 산성광산배수, 지반침하, 인공차수막 파손 및 광미/폐광석 적치장을 각각 대표하는 네 개의 폐광 부지를 선택하였다. 자료 검증을 위해 물리탐사자료는 자료의 유형에 따라 시추자료(코어 샘플, 물리검층, 토모그래피 등)와 물 자료(수소이온농도, 전기전도도, 중금속원소 등)와 비교하였다. 토양오염 탐지에 있어서 낮은 전기비저항 이상대는 특히 구리, 납, 아연의 중금속 농도가 높은 지역과 부합된다. 산성광산배수의 유동 경로는 자연전위 곡선에서 음의 전위 이상대, 전기비저항자료에서의 저비저항 이상대, 지하레이더 자료에서의 얕은 투과깊이 영역으로 탐지되었다. 채굴적은 전기비저항 단면에서의 저비저항 이상대, 탄성파토모그래피에서 낮은 속도 영역, 물리검층곡선의 복합해석으로 특징되며, 정확한 위치는 코어자료와 시추공영상자료에서 잘 확인되었다. 침출수 유동을 차단하기 위해 설치된 인공차수막의 파손 구간은 전기비저항 자료에서의 국부적인 이상대로 정확히 탐지되며 매립된 폐석더미는 고비저항 이상대와 저속도 이상대로 특징된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Environmental problems typically occurring in abandoned mine lands (AML) include: contaminated and acidic surface water and groundwater; stockpiled waste rock and mill tailings; and ground subsidences due to mining operations. This study examines the effectiveness of various geophysical techniques f...

Environmental problems typically occurring in abandoned mine lands (AML) include: contaminated and acidic surface water and groundwater; stockpiled waste rock and mill tailings; and ground subsidences due to mining operations. This study examines the effectiveness of various geophysical techniques for mapping potential hazard and contaminated zones. Four AML sites with sedimentation contamination problems, acid mine drainage (AMD) channels, ground subsidence, manmade liner leakage, and buried mine tailings, were selected to examine the applicability of various geophysical methods to the identification of the different types of mine hazards. Geophysical results were correlated to borehole data (core samples, well logs, tomographic profiles, etc.) and water sample data (pH, electrical conductivity (EC), and heavy metal contents). Zones of low electrical resistivity (ER) corresponded to areas contaminated by heavy metals, especially contamination by Cu, Pb, and Zn. The main pathways of AMD leachate were successfully mapped using ER methods (low anomaly peaks), self-potential (SP) curves (negative peaks), and ground penetrating radar (GPR) at shallow penetration depths. Mine cavities were well located based on composite interpretations of ER, seismic tomography, and well-log records; mine cavity locations were also observed in drill core data and using borehole image processing systems (BIPS). Damaged zones in buried manmade liners (used to block descending leachate) were precisely detected by ER mapping, and buried rock waste and tailings piles were characterized by low-velocity zones in seismic refraction data and high-resistivity zones in the ER data.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이 연구에서는 광해환경에 따라 저자에 의해 수행되었던 기존의 해석자료(침출수 유로, 인공차수막 탐지) (Kim et al., 2003a; 2003b)와 새로이 조사된 토양오염(중금속 원소) 지역과 채굴적(지반침하) 탐지에 대한 사례(Sim, 2012)들을 함께 실어 대부분의 항목들이 망라된 전반적인 광산재해 및 오염대 조사에 대한 지구물리학적 자료의 특성들을 지질공학 및 지화학 자료와 함께 해석하고자 한다.

제안 방법

1). 광해 유형에 따라 선택한 탐사자료들을 물리검층, 지질공학 및 지화학 자료가 있을 경우 이들과 상관해석하였다.
광해 유형에 따른 적용가능 한 물리탐사를 알아보고 각각의 폐광산 주변을 광해 유형에 따라 분류한 후 유형에 맞는 물리탐사 방법을 선정하고 토양오염범위, 산성광산배수 유출경로 및 지반안정성 연구를 수행, 여러 보조 자료들과 상관해석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.

대상 데이터

이 논문에서는 앞서 설명한 광해 유형(Table 1) 중에서 토양오염범위, 산성광산배수(AMD) 유출경로, 채굴적(지반침하) 탐지, 차수막 효과 및 폐석더미분포 조사를 목적으로 4개의 휴폐광 부지(A, B, C, D)들을 대상으로한 자료를 검토 정리하였다(Fig. 1). 광해 유형에 따라 선택한 탐사자료들을 물리검층, 지질공학 및 지화학 자료가 있을 경우 이들과 상관해석하였다.

데이터처리

이 지역의 지하구조를 파악하여 침출수의 유동환경을 파악하기 위해 전기비저항 쌍극자탐사 측선에서 굴절법 탄성파탐사를 실시하였다. 굴절법 토모그래피 방법을 이용하여 자료처리한 결과 탄성파 속도에 의한 지하구조 (Fig. 7b)는 크게 1,300 m/s 이하(광미매립지), 1,300~2,500 m/s(풍화대), 2,000 m/s 이상(기반암)의 3개로 구분할 수 있는데, 이 양상은 쌍극자배열 전기비저항탐사 결과(Fig. 7a)와 대체로 일치한다. 특히 측선거리 30~45 m에서의 깊이는 5m로 얕게 나타나 지하로 유입된 산성광산배수가 지하구조의 특성상 오목한 부분인 방향으로 집중되는 것으로 보인다.

성능/효과

토양오염의 분포 범위 및 인공차수막의 경계 및 파손 구간을 파악하기 위해서는 오염원의 물리적인 성질과 인공차수막의 전기적인 성질을 이용하는 전기비저항 탐사가 효과적이다. 또한 중금속 오염도를 작성하여 전기비저항 이상대와 상관분석하는 것은 전기비저항 결과에서 지질학적 이상대에 의한 영향과 토양오염에 의한 영향을 구분할 수 있는 효과적인 해석 방법이 된다.
산성광산배수의 유동경로를 알아보기 위해서는 산성 광산배수의 물성을 이용하는 자연전위 탐사 및 전기비저항 탐사가 효과적이며 오염원의 유동 환경은 GPR탐사 및 굴절법탐사를 통해 파악할 수 있었다. 또한 더욱 정밀한 분석 및 향후 유동경로를 파악하기 위해서는 오염원의 또 다른 물리적인 성질을 이용하는 지구물리탐사 및 지구화학 탐사가 병행되어야 한다.
토양오염의 분포 범위 및 인공차수막의 경계 및 파손 구간을 파악하기 위해서는 오염원의 물리적인 성질과 인공차수막의 전기적인 성질을 이용하는 전기비저항 탐사가 효과적이다. 또한 중금속 오염도를 작성하여 전기비저항 이상대와 상관분석하는 것은 전기비저항 결과에서 지질학적 이상대에 의한 영향과 토양오염에 의한 영향을 구분할 수 있는 효과적인 해석 방법이 된다.

후속연구

광해 유형에 따른 적절한 조사방법을 선정하여 지구물리탐사를 수행하고, 지반 조사 자료 및 지구화학 탐사 자료와 상관분석할 때 보다 각종 재해 및 오염대가 정확히 해석될 것으로 기대된다.
산성광산배수의 유동경로를 알아보기 위해서는 산성 광산배수의 물성을 이용하는 자연전위 탐사 및 전기비저항 탐사가 효과적이며 오염원의 유동 환경은 GPR탐사 및 굴절법탐사를 통해 파악할 수 있었다. 또한 더욱 정밀한 분석 및 향후 유동경로를 파악하기 위해서는 오염원의 또 다른 물리적인 성질을 이용하는 지구물리탐사 및 지구화학 탐사가 병행되어야 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	광해 유형에 따른 물리탐사 기법을 그 적용 사례와 정리한 예로는 어떤 것들이 있는가?	(2005)이 잘 정리한 바 있다. 즉 탄광지역의 지반침하 지역에서는 탄성파반사법과 토모그래피, 광미나 폐석의 공간분포는 탄성파굴절법 및 전기비저항법, 적치장 또는 갱내수에 의한 산성광산배수의 분포 및 유동경로는 전기비저항, 자연전위법, 보조적으로 지하레이더탐사법이 주로 사용되었다. 또한 Kim and Jo (2006)는 폐광산의 광해 및 오염대 조사를 위한 지구물리탐사의 적용사레들을 모니터링을 포함시켜 국내외 관련문헌을 중심으로 해설한 바 있다.
	고밀도폴리에틸렌 (HDPE) 재질의 인공차수막의 특징은 무엇인가?	고밀도폴리에틸렌 (HDPE) 재질의 인공차수막은 이것을 통과하는 구멍이 없는 한 높은 저항성 벽으로서의 역할을 하며 전기적 성질 또한 10만 ohm-m 이상의 고비저항 값을 보여준다(Kim et al., 2014).
	폐광 부지에서 발생하는 대표적인 환경 문제에는 어떤 것들이 있는가?	폐광 부지에서 발생하는 대표적인 환경 문제는 산성으로 오염된 지표수와 지하수, 적재된 폐광석 및 광미, 채굴 활동으로 야기된 지반침하 현상을 들 수 있다. 이 논문은 광해 유형에 따라 재해 및 오염영역을 효율적으로 탐지했던 지구물리탐사방법들을 고찰하는데 있다.

참고문헌 (16)

Atekwana, E. A., Sauck, W. A., and Werkema, D. D. Jr., 2000, Investigation of geoelectrical signatures at a hydrocarbon contaminated site, Journal. Applied Geophysics, 44, 167-180.

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Choi, J. R., Kim, S. S., Park, S. K., Shin, K. S., and Kang, B. C., 2013, A case study of electrical resistivity and borehole imaging methods for detecting underground cavities and monitoring ground subsidence at abandoned underground mines, Journal of the Korean Earth Science Society, 34(3), 195-208 (in Korean with English abstract).

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Gajdos, V. and Karl, Y., 1995, Influence of Hydrocarbon pollution to soil conductivity, Symposium on the Application of Geophysics to Engineering and Environmental Problems, 785-789.
Hwang, S. H., 1997, Application of geophysical methods to detection of a preferred groundwater flow channel at a pyrite tailings dam, Economic and Environmental Geology, 30(2), 137-142 (in Korean with English abstract).

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Hwang, S. H., Park, K. G., and Shin, J. H., 2005, A review on the geophysical application to mine hazard problems in Korea, Geosystem Engineering, 42(1), 61-67 (in Korean with English abstract).
Kim, J. S. and Jo, I. K., 2006, Investigation of application of geophysical techniques to mapping of potential hazard and contaminated zones and the suggested reading articles for abandoned mines, Geosystem Engineering, 43(6), 657-663 (in Korean with English abstract).
Kim, J. S., Han, S. H., Yoon, W. J., Kim, D. H., Lee, K. J., Choi, S. H., and Lee, P. K., 2003a, Geophysical surveys for delineation of leachate flows from AMD and buried rock wastes in Kwangyang Abandoned Mine, Economic and Environmental Geology, 36(2), 123-131 (in Korean with English abstract).
Kim, J. S., Han, S. H., Lee, K. J., and Choi, S. H., 2003b, Geophysical surveys for the detection of gallery and geomembrane at the imcheon abandoned mine, Economic and Environmental Geology, 36(6), 501-510 (in Korean with English abstract).
Kim, J. S., Song, Y. S., Yoon, W. J., Jo, I. K., Kim, H. S., and Nam, M. J., 2014, Application of geophysics method 2th ed., Sigma Press, 770p (in Korean).
Ko, K. B. and Lee, D. S., 2001, 3D Near-surface reflection imagine in an area of ground subsidence, ITRL KSEG Proced, 53-61 (in Korean).
Lee, S. K., Hwang, S. H., and Lee, T. S., 1997, Geophysical applications on the soil-contamination mapping and detection of buried mine tailings in the abandoned mine area, Economic and Environmental Geology, 30(4), 371-377 (in Korean with English abstract).
Shin, J. H. and Byun, J. M., 2010, Geotechnical evaluation using geophysical well logging in the limestone area, Gaeun-eup, Mungyeong-si, Gyeongbuk, Korea, Geosystem Engineering, 47(5), 771-783 (in Korean with English abstract).
Sim, M. S., 2012, Application of geophysical techniques for mapping of hazard and contaminated zones in abandoned mines, MSc Thesis, Chungbuk National University, 82p (in Korean with English abstract).
Song, S. H., Lee, G. S., Um, J. Y., and Suh, J. J., 2011, Resistivity imaging of using borehole electrical resistivity tomography, Journal of the Korean Earth Science Society, 32(6), 537-547 (in Korean with English abstract).

원문보기 상세보기
Park, S. K., Son, J. S., Lee, M. J., Kim, J. H., and Kim, J. G., 2006, Application of geophysical exploration for environmental site assessments in the abandoned mine, Geosystem Engineering, 43(5), 395-403 (in Korean with English abstract).
William, J., 2003, Applications of the electrical resistivity method for detection of underground mine workings, Geophysical Technologies for Detecting Underground Coal Mine Voids, 28-30.

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