금산지역 항공 자력자료에 대하여 2차원 수치모델링 및 역산조합으로 구한 사전정보를 이용하는 3차원 자력역산을 수행하고 지질정보와 대비하여 함우라늄 층과 여타 옥천누층군 단위 암상에 대응하는 자기감수율의 공간적 분포특성을 고찰하였다. 체적당 자기감수율 분포 및 수평 슬라이스 시각화를 통해 흑색셰일형 함우라늄층인 흑색 점판암과 대응하는 자력이상 값은 우라늄 광화대와 전체적으로 양호한 상관관계를 보여주었다. 회색 혼펠스층 우라늄 광화대의 간접 지시자인 마전리층 및 암회색 점판암층 역시 석영반암 경계에서부터 동남쪽으로 발달하는 자력선구조 특성을 잘 보여주었다. 인접한 강한 자기감수율 이상을 보여주는 암회색 점판암과 분리하여 인지 가능한 함우라늄 흑색 점판암층의 최대 깊이는 고도 306m 기준으로 약 150m 안팎으로 판단하였다. 한편, 흑색 점판암층 남쪽의 마전리층은 다소 높은 자기감수율 분포를 보여주나 자기감수율의 공간적 변동이 심한 특징을 보이며 관입암인 주라기 화강암은 낮은 자기감수율 특성을 보여주는 반면, 백악기 화강암은 상대적으로 높은 자기감수율 특성을 나타내었다.
금산지역 항공 자력자료에 대하여 2차원 수치모델링 및 역산조합으로 구한 사전정보를 이용하는 3차원 자력역산을 수행하고 지질정보와 대비하여 함우라늄 층과 여타 옥천누층군 단위 암상에 대응하는 자기감수율의 공간적 분포특성을 고찰하였다. 체적당 자기감수율 분포 및 수평 슬라이스 시각화를 통해 흑색셰일형 함우라늄층인 흑색 점판암과 대응하는 자력이상 값은 우라늄 광화대와 전체적으로 양호한 상관관계를 보여주었다. 회색 혼펠스층 우라늄 광화대의 간접 지시자인 마전리층 및 암회색 점판암층 역시 석영반암 경계에서부터 동남쪽으로 발달하는 자력선구조 특성을 잘 보여주었다. 인접한 강한 자기감수율 이상을 보여주는 암회색 점판암과 분리하여 인지 가능한 함우라늄 흑색 점판암층의 최대 깊이는 고도 306m 기준으로 약 150m 안팎으로 판단하였다. 한편, 흑색 점판암층 남쪽의 마전리층은 다소 높은 자기감수율 분포를 보여주나 자기감수율의 공간적 변동이 심한 특징을 보이며 관입암인 주라기 화강암은 낮은 자기감수율 특성을 보여주는 반면, 백악기 화강암은 상대적으로 높은 자기감수율 특성을 나타내었다.
3D magnetic inversion, based on the assemblage of 2D forward modeling and inversion as a practical technique to reflect the a priori information, was conducted to investigate the spatial distribution features of black-shale related and pyrometamorphic uranium deposit and several lithological units o...
3D magnetic inversion, based on the assemblage of 2D forward modeling and inversion as a practical technique to reflect the a priori information, was conducted to investigate the spatial distribution features of black-shale related and pyrometamorphic uranium deposit and several lithological units of Ogcheon Super Group in an area of Geumsan. By using the 3D visualization technique with suitable susceptibility interval and horizontal slice map, the spatial distribution of magnetic susceptibility corresponded to the black shale related uranium bearing lithological units, Black Slate member was well coincided with a information of uranium deposit. Also, even though it is indirect indicator for the detetction of uranium deposits interbedded in Gray Hornfels member, spatial susceptibility distribution which shows the south-east magnetic linearment corresponding to the Majeon-ri formation and Dark Gray Slate were matched well. From this investigation, we inferred that maximum depth extension which Black Slate member can be separately recognized with respect to adjacent Dark Gray Slate with strong magnetic susceptibility anomaly is about 150m with reference elevation level of 306m. In addition, Majeon-ri formation located south of Black Slate member revels relatively high magnetic susceptibility range but shows high spatial susceptibility fluctation. And, as an intrusive rocks, Jurassic Biotite Granite shows relatively low magnetic susceptibility characteristics. On the contrary, Cretaceous granite distributed in soutthern part of the study area shows the relatively high susceptibility distribution.
3D magnetic inversion, based on the assemblage of 2D forward modeling and inversion as a practical technique to reflect the a priori information, was conducted to investigate the spatial distribution features of black-shale related and pyrometamorphic uranium deposit and several lithological units of Ogcheon Super Group in an area of Geumsan. By using the 3D visualization technique with suitable susceptibility interval and horizontal slice map, the spatial distribution of magnetic susceptibility corresponded to the black shale related uranium bearing lithological units, Black Slate member was well coincided with a information of uranium deposit. Also, even though it is indirect indicator for the detetction of uranium deposits interbedded in Gray Hornfels member, spatial susceptibility distribution which shows the south-east magnetic linearment corresponding to the Majeon-ri formation and Dark Gray Slate were matched well. From this investigation, we inferred that maximum depth extension which Black Slate member can be separately recognized with respect to adjacent Dark Gray Slate with strong magnetic susceptibility anomaly is about 150m with reference elevation level of 306m. In addition, Majeon-ri formation located south of Black Slate member revels relatively high magnetic susceptibility range but shows high spatial susceptibility fluctation. And, as an intrusive rocks, Jurassic Biotite Granite shows relatively low magnetic susceptibility characteristics. On the contrary, Cretaceous granite distributed in soutthern part of the study area shows the relatively high susceptibility distribution.
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문제 정의
수행한 항공물리탐사는 방사능 및 자력탐사이다. 3차원 자력 역산을 통해 금산지구 옥천누층군의 함우라늄 층 및 여타 단위 암상들의 자기감수율 공간적 분포특성의 고찰을 통하여 3차원 자력역산의 현장 적용성을 확인하는 것이 본 연구의 주요 목적의 하나이다.
본 연구는 2차원 수치모델링 및 역산의 조합으로 사전정보를 반영하는 방법과 대수적 재구성법에 기반한 3차원 역산기법을 금산지구 항공자력탐사 현장자료에 적용하고 그 결과를 고찰한 사례연구이다. 3차원 역산으로부터 도출한 자기감수율 입방체와 알려진 지질정보를 이용하여 함우라늄 층 및 인접한 단위 암상들의 공간적 분포 특성을 고찰하여 다음의 결론을 얻었다.
본 연구는 Ko et al. (2013)이 제시한 방법을 국내 항공자력 탐사 현장자료에 적용하고 그 결과를 고찰한 사례연구이다. 본 연구에서 이용한 현장자료는 금산지구 항공 방사능 및 자력탐사의 일부로 옥천누층군 내에 배태하고 있는 흑색 셰일형 우라늄 광상의 공간적 분포특성을 파악하기 위해 수행되었다.
(2013)이 제시한 방법을 국내 항공자력 탐사 현장자료에 적용하고 그 결과를 고찰한 사례연구이다. 본 연구에서 이용한 현장자료는 금산지구 항공 방사능 및 자력탐사의 일부로 옥천누층군 내에 배태하고 있는 흑색 셰일형 우라늄 광상의 공간적 분포특성을 파악하기 위해 수행되었다. 사전정보를 반영하는 방법으로 2차원 수치모델링 및 역산 조합을 사용하였고 이를 3차원 가중값 행렬형태로 표현되는 3차원 사전정보 모형을 구성하는 과정을 구체적 사례를 들어 설명하였다.
가설 설정
사전정보로서 지질단면은 3차원 역산영역 내에서 모두 8개이며 각각의 지질단면에 대응하는 최적 2차원 사전정보 단면을 구성할 수 있다. 각 단면 간 영역은 구조지질적 특성이 부드럽게 변화한다고 가정하고 선형 사이채움을 통하여 3차원 사정정보 모형을 구성한다. 이는 3차원 자력역산의 입력으로서 역산영역 내의 모든 사전정보를 담고 있으며 자체가 지질 정보에 근거한 하나의 해석결과로 볼 수 있다.
0231, SI unit]의 정보만을 3차원 시각화한 것이다. 이때 잔류자기는 없는 것으로 가정하였다.
제안 방법
본 연구는 2차원 수치모델링 및 역산의 조합으로 사전정보를 반영하는 방법과 대수적 재구성법에 기반한 3차원 역산기법을 금산지구 항공자력탐사 현장자료에 적용하고 그 결과를 고찰한 사례연구이다. 3차원 역산으로부터 도출한 자기감수율 입방체와 알려진 지질정보를 이용하여 함우라늄 층 및 인접한 단위 암상들의 공간적 분포 특성을 고찰하여 다음의 결론을 얻었다.
③ 함우라늄 층과 여타 단위 암상에 대응하는 자기감수율의 공간적 분포특성을 여러 고도의 수평 슬라이스 단면을 지질정보와 대비하여 해석하였다. 함우라늄층인 흑색 점판암에 대응하는 자기감수율은 일부 구간을 제외하고는 우라늄 광화대 사전정보와 양호한 상관관계를 보여주었다.
2의 G) 상단까지 두 층의 깊이연장이 거의 같다는 점으로부터 우라늄광의 간접 지시자로 사료된다. 따라서 본 연구에서는 향후 논의하는 회색 혼펠스층의 공간적 분포특징의 고찰부문에 상기 세 개 층을 하나로 묶어 우라늄 지시자로 간주하는 접근법을 택한다.
또한, 역산기법으로서 대수적 재구성법을 이용하는 알고리즘으로부터 체적당 자기감수율을 도출하고 알고 있는 지질정보와 비교하는 방식의 해석을 수행하였다. 자기감수율 입방체의 3차원 시각화 및 다양한 깊이 별 수평 슬라이스 단면을 지질정보와 직접 대비, 분석함으로써 함우라늄 층 및 인접한 단위 암상들의 공간적 분포 특성을 검토하고 이로부터 함우라늄 층서의 깊이에 따른 자력역산의 깊이 분해능을 고찰하였다.
따라서 이의 적용에는 상당히 신중한 접근이 필요하다. 본 연구에서는 충분한 횟수의 2차원 수치모델링 및 역산을 수행하고 매 단계마다 그 결과를 검토하는 반복적 시행착오를 통해 최적이라 판단되는 2차원 사전정보 단면을 도출하는 과정을 거쳤다.
시각화를 위한 절단좌표는 주향좌표 800m, 측선좌표 600m 및 고도 25m이다. 사전정보 모형을 구성하는 가중값의 범위는 0.8 ~ 1.5 사이로 자기감수율이 높은 암상영역은 가중값을 1보다 크게, 낮은 영역은 1보다 작게 할당함으로써 높은 자력이상을 보여주는 층서를 강조하는 방식을 적용하였다.
본 연구에서 이용한 현장자료는 금산지구 항공 방사능 및 자력탐사의 일부로 옥천누층군 내에 배태하고 있는 흑색 셰일형 우라늄 광상의 공간적 분포특성을 파악하기 위해 수행되었다. 사전정보를 반영하는 방법으로 2차원 수치모델링 및 역산 조합을 사용하였고 이를 3차원 가중값 행렬형태로 표현되는 3차원 사전정보 모형을 구성하는 과정을 구체적 사례를 들어 설명하였다.
5의 8개의 지질단면에 대응하는 자력이상 측선에 대한 2차원 모델링 및 역산을 최적이라고 판단될 때까지 반복적 시행착오를 통해 2차원 사전정보 단면을 구성한다. 이로부터 구한 총 8개의 사전정보 단면을 하나의 집합으로 간주하고 주향방향의 사이채움을 통하여 최종적으로 3차원 사전정보 모형을 구성하는 방식을 취한다. Fig.
이상의 검토결과는 자력이상이 옥천누층군의 단위 암상을 구분하는 데 효과적으로 이용될 수 있음을 의미하며 한걸음 나아가, 3차원 자력역산에 의한 자기감수율 정보 역시 동일한 정보를 제공할 수 있음을 시사한다. 이를 바탕으로 금산지구의 우라늄 광화대를 포함하여 금산지구의 전체적인 구조지질적 특성을 효과적으로 규명할 수 있는 유력한 방법으로서 3차원자력역산을 적용하기로 한다.
함우라늄층인 흑색 점판암과 회색 혼펠스는 물론 다른 여러 단위 암상에 대응하는 자기감수율의 공간적 분포특성을 보다 자세히 살펴보기 위해서는 지질정보와의 대비가 필수적이다. 이를 위해 자기감수율 입방체로부터 여러 고도의 수평 슬라이스 단면을 도출하고 이를 Fig. 2의 지질정보와 직접 대비하는 방식으로 해석을 시도하였다(Fig. 9).
또한, 역산기법으로서 대수적 재구성법을 이용하는 알고리즘으로부터 체적당 자기감수율을 도출하고 알고 있는 지질정보와 비교하는 방식의 해석을 수행하였다. 자기감수율 입방체의 3차원 시각화 및 다양한 깊이 별 수평 슬라이스 단면을 지질정보와 직접 대비, 분석함으로써 함우라늄 층 및 인접한 단위 암상들의 공간적 분포 특성을 검토하고 이로부터 함우라늄 층서의 깊이에 따른 자력역산의 깊이 분해능을 고찰하였다.
대상 데이터
3차원 역산영역을 구성하는 이산화 블록의 크기는 측선방향과 주향방향 공통적으로 50m, 깊이방향으로는 25m로 설정하였다. 3차원 역산영역의 깊이연장은 위치 별 고도차로 인해 [−294m ~ 543m] 범위이며 가장 높은 고도를 기준으로 최대 깊이연장은 837m이다.
7은 이상의 과정으로부터 구성한 최종 3차원 사전정보 모형으로서 절단 시각화 기법으로 도시한 것이다. 시각화를 위한 절단좌표는 주향좌표 800m, 측선좌표 600m 및 고도 25m이다. 사전정보 모형을 구성하는 가중값의 범위는 0.
항공탐사의 주 측선(survey-line)은 남북방향으로 100 m 간격이며 tie-line 측선은동서방향으로 500 m 간격으로 측선을 설계하고 현장자료를 획득하였다. 조사영역의 총 측선수는 135측선이며 측선 총길이는 770 line-km이다(Shin et al., 2013).
조사지역은 행정구역 상 대전광역시 동구와 충청남도 금산군, 충청북도 옥천군에 걸치며 편의상 금산지구라고 부르기로 한다(Fig. 1). 조사지역은 Fig.
조사지역의 지질은 크게 시대미상의 변성 사질암층, 석탄기의 마전리층, 페름기의 창리층과 이들을 관입하는 주라기 흑운모 화강암, 백악기 석영반암 화강암류 및 암맥류, 그리고 제4기 충적층으로 구성된다. 뒤에서 논의할 3차원 자력역산 결과와 대비, 해석에 인용되는 7개의 주요 층서를 선택하였으며 편의상 다음과 같이 구분하기로 한다.
함우라늄 층인 회색 혼펠스층(Fig. 2의 Gr. Hf)을 A, 흑색 점 판암(Fi.g 2의 Bl. Sl)을 B, 흑색 점판암과 인접한 암회색 점판암(Fig. 2의 Dgr. Sl)를 C, 옥천누층군의 하부지층인 향사구조의 마전리층(Fig. 2의 Ocma)의 남쪽영역을 D, 북쪽을 D', 그리고 관입암으로서 주라기 흑운모 화강암(Fig. 2의 Jgr)을 E, 백악기 화강암(Fig. 2의 Kgr)을 F, 석영반암(Fig. 2의 Kqp)를 G로 나타내었다.
항공 자력탐사는 2012년 6월 중순에 3일 간 수행되었으며 탐사에 이용한 장비는 cesium vapor형 자력센서가 탑재된 Geometrics 사의 G823A 시스템이다. 항공탐사의 주 측선(survey-line)은 남북방향으로 100 m 간격이며 tie-line 측선은동서방향으로 500 m 간격으로 측선을 설계하고 현장자료를 획득하였다.
항공 자력탐사는 2012년 6월 중순에 3일 간 수행되었으며 탐사에 이용한 장비는 cesium vapor형 자력센서가 탑재된 Geometrics 사의 G823A 시스템이다. 항공탐사의 주 측선(survey-line)은 남북방향으로 100 m 간격이며 tie-line 측선은동서방향으로 500 m 간격으로 측선을 설계하고 현장자료를 획득하였다. 조사영역의 총 측선수는 135측선이며 측선 총길이는 770 line-km이다(Shin et al.
이론/모형
이상의 사전정보를 토대로 3차원 사전정보 모형을 구성하는 도구로서 본 연구에서는 3차원 자력역산 S/W인 KMag3D (Ko et al., 2013)를 이용하였다. KMag3D는 3차원 사전정보 모형을 구성하는 방법으로 Fig.
성능/효과
또한 Fig. 9-(b)의 다른 단위 암상경계 정보와 대비하면, 영역 중앙부의 가장 큰 자기감수율 이상의 암회색 점판암(C), 북쪽 영역의 낮은 자기감수율을 나타내는 회색 혼펠스(A) 및 인접한 백악기 석영반암(G) 층들 역시 암상정보와 자기감수율 분포가 비교적 잘 일치함을 확인할 수 있다.
① 자극변환 및 하향연속도를 지질정보와 비교한 결과 함우라늄 층 및 주요 단위 암상과 대응하는 자력이상은 서로 양호한 상관성을 나타내었다. 이는 3차원 자력역산이 조사지역의 구조지질적 특성을 효과적으로 규명할 수 있는 방법이 됨을 의미한다.
④ 또한 함우라늄층 이외의 여타 옥천누층군 및 관입암 등 단위 암상정보와 자기감수율 분포 역시 비교적 잘 일치함을 확인하였다. 다만, 흑색 점판암대 남쪽에 분포하는 마전리층은 주향방향에 따른 자기감수율의 공간적 변동이 심한 양상을 보여주는 것으로 미루어 복잡한 지질이력을 겪었을 것으로 짐작된다.
또 다른 함우라늄층인 회색 혼펠스층은 간접 지시자인 마전리층 및 암회색 점판암층과 함께 낮은 감수율의 인근 층서와 대비되어 뚜렷한 선구조 양상의 자기감수율 이상을 잘 보여주었다. 이를 통해 흑색 점판암이 인접한 자기감수율 이상과 분리, 인지가 가능한 최대 깊이는 약 150m로 판단하였다.
이상의 검토결과는 자력이상이 옥천누층군의 단위 암상을 구분하는 데 효과적으로 이용될 수 있음을 의미하며 한걸음 나아가, 3차원 자력역산에 의한 자기감수율 정보 역시 동일한 정보를 제공할 수 있음을 시사한다. 이를 바탕으로 금산지구의 우라늄 광화대를 포함하여 금산지구의 전체적인 구조지질적 특성을 효과적으로 규명할 수 있는 유력한 방법으로서 3차원자력역산을 적용하기로 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
흑색 점판암의 특징은?
일반적으로 자력이상은 우라늄 광화대의 직접적 탐광 지시자는 아니다. 그러나 우라늄을 배태하고 있는 괴산지역의 흑색 점판암의 경우, 부 구성광물로서 황철석 및 자류철석을 함유하고 있으며 함유량은 최대 16.03 wt.%에 달한다고 보고된 바 있다(Shin and Kim, 2011). 이는 곧, 자력이상이 우라늄 광화대 부존을 확인하는 지시자 역할을 할 수 있음을 의미한다.
퍼텐셜 필드자료의 역산의 특징은?
일반적으로 중력이나 자력자료로 대표되는 퍼텐셜 필드자료의 역산은 깊이에 따른 분해능이 낮다. 이는 깊이의 제곱에 비례하여 감쇠하는 근본적인 자력이상 거동과 역해의 비유일성에 기인하며 결과적으로 자력자료만의 역산에 의한 자기감수율 정보는 실제 지질구조를 효과적으로 대변하지 못한다.
2차원 수치모델링 및 역산의 조합을 통해 사전정보를 반영하는 3차원 자력역산의 특징은?
(2013)은 2차원 수치모델링 및 역산의 조합을 통해 사전정보를 반영하는 3차원 자력역산을 소개하고 이는 역해의 비유일성을 효과적으로 완화시킨다고 보고한 바 있다. 이 방법은 전체 자력자료를 주향에 수직한 방향의 2차원 측선자료의 집합으로 간주하고 이중 사전정보를 포함하는 측선에 대해 2차원 수치모델링 및 역산의 조합 해석과 주향방향의 적절한 사이채움을 통해 3차원 사전정보 모형을 구성, 역산에 이용한다.
참고문헌 (12)
Kim, H. J., Song, Y. H., and Lee, K. H., 1999, Inequality constraint in least-squares solution of geophysical data, Earth Planets Space, 51, 255-259.
Kim, I. S., 2012, Personal communication.
Ko, K. B., Jung, S. W., and Han, K. S., 2013, A 3D magnetic inversion software based on algebraic reconstruction technique and assemblage of the 2D forward modeling and inversion, Jigu-Mulli-wa-Mulli-Tamsa, 16, 27-35.
Korea Resources Corporation, 2009, Detailed Survey Report (Uranium: Daejeon).
Lelievre, P. G., 2003, Integrating geologic and geophysical data through advanced constrained inversions, Ph.D's Thesis, University of British Columbia, Canada.
Li, Y., and Oldenburg, D. W., 1996, 3-D inversion of magnetic data, Geophysics, 61, 394-408.
Li, Y., and Oldenburg, D. W., 2003, Fast inversion of large-scale magnetic data using wavelet transforms and logarithmic barrier method, Geophysical Journal International, 152, 251-265.
Shin, D. B., and Kim, S. J., 2011, Geochemical Characteristics of Black Slate and Coaly Slate from the Uranium Deposit in Deokpyeong Area, Economic and Environmental Geology, 44, 373-386.
Shin, E. J., Ko, K. B., and Han, K. S., 2013, Interpretation of Airborne Magnetic and Radioactive Data for the Uranium Deposit in Geumsan Area, Jigu-Mulli-wa-Mulli-Tamsa, 16, 36-44.
Van der Sluis, A., and Van der Vorst, H. A., 1987, Numerical solutions of large, sparse linear algebraic systems arising from tomographic problems, in Norlet, G., Ed. Seismic Tomography, 49-83.
Williams, N. C., 1999, Geologically-constrained UBC-GIF gravity and magnetic inversions with examples from the Agnew-Wiluna Greenstone Belt, Western Australia, Ph D's Thesis, University of British Columbia, Canada.
Yoo, I. K., 2010, Uranium Resources and Geophysical Review for the Uranium Deposits, Journal of Korean Society for Geosystem Engineering, 47, 99-118.
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