[논문]온도검층과 수압시험을 통한 파쇄암반의 단열분포와 지하수 흐름 상관성 고찰

박승혁; 정일문

doi:10.9720/kseg.2016.4.505

온도검층과 수압시험을 통한 파쇄암반의 단열분포와 지하수 흐름 상관성 고찰
Correlation between the Distribution of Discontinuities and Groundwater Flow in Fractured Rock 원문보기

지질공학 = The journal of engineering geology, v.26 no.4, 2016년, pp.505 - 513

박승혁 (한국건설기술연구원 수자원하천연구소) , 정일문 (한국건설기술연구원 수자원하천연구소)

초록
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장성군 지하수 기초조사 사업의 일환으로 전기비저항탐사를 수행하여 암반대수층의 정성적인 분포를 판별하고 이를 기반으로 관측정을 설치하였다. 온도검층, BIPS 영상자료, 공내 구간별 수압시험 해석을 통하여 지하수가 유동하는 투수성 단열구간의 위치를 파악하고 단열과 절리틈새의 분포특성과 위의 3가지 시험결과값의 상관성을 고찰해 본 결과 수압시험 결과로 나타난 루전값은 단열의 크기에 상관성을 갖고 온도검층 결과, 온도변화는 절리틈새의 크기에 상관성을 갖는 것으로 나타나 투수성 단열 분류시 온도검층이 효율적인 방법임을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The qualitative distribution of a fractured aquifer was characterized by electrical resistivity surveying as a part of basic groundwater investigation in Jangseong. The results were then used to choose sites for observation wells. The locations and distributions of permeable discontinuities were studied by analyses of temperature logs, a borehole image-processing system (BIPS), and hydraulic pressure testing using a double packer. The pressure test showed that the size of the discontinuities correlated with the Lugeon value and the results of the temperature log. The results show that temperature measurement is an effective method to identify permeable discontinuities, with the temperature difference correlating with the size of the aperture of the discontinuity.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 선행연구를 따라 현장에서 암반대수층의 특성을 규명하기 위한 예비조사로서 지구물리 탐사를 실시하고, 예비조사를 기초로 예상되는 부지에 표준관입시험과 더블 패커를 이용한 수압시험을 수행하여 심도별 시추공내루전(Lugeon)값을 파악하였다. 하지만 비다공성 매질에서 주로 지하수가 유동하는 구간은 제한적이고 불균질하므로 상기 시험으로 파악하기 어려운 투수성 단열의 특성분석을 위해 공내 온도변화 분석과 시추공영상촬영시스템(Borehole image processing system; BIPS)의 영상자료분석을 수행하였다.

제안 방법

하지만 비다공성 매질에서 주로 지하수가 유동하는 구간은 제한적이고 불균질하므로 상기 시험으로 파악하기 어려운 투수성 단열의 특성분석을 위해 공내 온도변화 분석과 시추공영상촬영시스템(Borehole image processing system; BIPS)의 영상자료분석을 수행하였다. 이를 통해 투수성 단열을 규명하고 수압시험결과와 비교하여 지하수 유동구간의 위치와 투수성 단열에 영향을 주는 절리틈새의 특성을 비교하여 온도변화와의 상관성을 고찰하였다.
지구물리검층은 공내영상촬영(BIPS)와 더불어 대수층 조사를 위해 전기비저항 검층(RES), 자연전위 검층(SP), 자연 감마검층(NGAM), 온도검층(TEMP)을 수행하였다(Fig. 2).
본 연구에서는 선행연구를 따라 현장에서 암반대수층의 특성을 규명하기 위한 예비조사로서 지구물리 탐사를 실시하고, 예비조사를 기초로 예상되는 부지에 표준관입시험과 더블 패커를 이용한 수압시험을 수행하여 심도별 시추공내루전(Lugeon)값을 파악하였다. 하지만 비다공성 매질에서 주로 지하수가 유동하는 구간은 제한적이고 불균질하므로 상기 시험으로 파악하기 어려운 투수성 단열의 특성분석을 위해 공내 온도변화 분석과 시추공영상촬영시스템(Borehole image processing system; BIPS)의 영상자료분석을 수행하였다. 이를 통해 투수성 단열을 규명하고 수압시험결과와 비교하여 지하수 유동구간의 위치와 투수성 단열에 영향을 주는 절리틈새의 특성을 비교하여 온도변화와의 상관성을 고찰하였다.

대상 데이터

이중 측선에서 400~420 m 부근은 주변 골짜기의 계곡의 영향으로 판단되고 나머지 지점에서 지표하 심도 30~40 m 부근부터 300 Ω-m 이하의 겉보기 전기비저항값이 지하수가 부존할 가능성이 높은 파쇄대로 판단된다. 따라서 상대적으로 하류부에 위치하여 지하수 부존 가능성이 높게 예상되는 320~340 m 지점을 Fig. 1(b)과 같이 암반조사를 위한 시추와 착정 지점으로 선정하게 되었다.
본 연구지역은 전라남도 장성군 삼계면 부성리에 위치한 지역으로 장성군과 영광군의 경계인 월랑산 우측 골짜기 부근이다. 지질도상 쥬라기 화강암에 위치한 지역으로 주변지형을 토대로 선구조상 지하수 부존이 유력한 지점을 선정하여 수직단면상 암반의 상태를 확인하기 위해 지구물리탐사 방법 중의 하나인 쌍극자 전기비저항 탐사를 수행하였다(Fig.

이론/모형

상기 선정된 지점에 대해 시추 조사를 실시하여 표준관입시험을 수행하며 채취한 시료에 대해서 입도분석과 시추주상도를 작성하였고 더블 패커를 이용한 수압시험을 병행하였다.

성능/효과

1. 시추조사를 바탕으로 암반층 상부매질의 입도분석을 수행한 결과 자갈을 포함한 모래로 구성되어 있어 강우가 침투하여 직접적으로 암반층 상부 풍화대층에 도달하는 확률이 높을 것이라 판단된다.
2. 전기비저항, 자연전위, 자연감마, 온도에 대한 물리검층과 BIPS결과를 종합해 보면, 온도변화 분포와 절리분포의 상관성분석결과 지하수 유동에 따른 온도변화는 심도별 절리틈새의 크기변화와 상관성을 나타낸다.
따라서 암반대수층에서는 물리검층을 통하여 정확한 지하수 유입구간 파악을 통해 지하수 유동특성을 파악하는 것이 중요하다고 판단된다. 본 연구를 통해 투수성단열과 밀접한 절리틈새의 분포특성을 각각 시험구간별 절리틈새 총 합의 비율(Fig. 5(a))과 시험구간별 최대 절리틈새의 비율(Fig. 5(b))로 나타낸 결과 암반대수층에서 많이 수행하는 패커를 이용한 수압시험결과는 시험구간별 절리틈새의 합과 비슷한 경향으로 분포하여 단열의 크기와 상관성이 있는 것으로 확인된다. 한편, 심도별 온도변화는 절리틈새의 총 길이 보다는 최대길이의 분포에 상관성이 나타나 단열의 크기 보다는 절리틈새의 특성이 더 온도변화에 영향을 주는 것으로 파악된다.

후속연구

따라서 온도검층을 수행하여 심도별 온도변화 분석으로 공내 지하수 유입구간을 찾는 것이 효율적인 것으로 확인되었다. 향후 이를 적절히 수행하기 위해서는 기존문헌에서 제안한 대로 물리검층장비의 교정과 측정값의 환경영향보정 등으로 신뢰성을 확보하고 심도에 따른 공내 지온경사보다 민감한 온도측정값(3order 이하)이 획득되어야 한다. 또한 BIPS결과를 통해 확인된 단열구간에서 대해 공경검층과 전기전도도 검층, 유향유속 검층을 통한 비교연구를 통해 균열암반의 수리특성 평가가 이루어 져야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	암반대수층의 특성을 규명하기 위한 연구 중 가장 획기적인 방법은?	국외에서는 일찍부터 암반대수층의 특성을 규명하기 위한 많은 연구가 이루어 졌다. 가장 획기적인 방법이 물리검층이며 이중 연속적인 온도경사검층을 통해 암반에서 지하수가 유입되고 유출되는 위치를 찾는데 많은 기여를 하였다. 그 외에도 온도검층에 대한 많은 아이디어로 시추공내 흔히 생길 수 있는 대류현상을 막는 방법도 개발되었고, 온도감지 센서의 민감도 개선은 지온경사에 의한 영향을 고려할 만큼 측정기기 발전으로 연계되었다.
	대수층이란?	대수층은 물을 저장하고 우물에 물을 충분히 공급할 정도의 속도로 이동시킬 수 있는 지질단위로 그 구성물질로는 미고결 모래나 자갈층, 사암, 석회암, 대리암 또는 파쇄된 화산암이나 변성암이 있다(Fetter, 1994). 미고결 모래나 자갈층 등은 다공성 매질로 물이 흐를 수 있는 유효공극을 따라 중력배수로 인해 물이 산출되지만, 이암, 셰일 같은 고결된 지층은 저투수성 혹은 불투수성 매질로 주변 습곡이나 단층작용을 받아 생긴 2차공극(단열, 절리, 파쇄, 단층)을 따라 물이 산출된다(한정상, 1998).
	대수층의 구성물질은 무엇이 있는가?	대수층은 물을 저장하고 우물에 물을 충분히 공급할 정도의 속도로 이동시킬 수 있는 지질단위로 그 구성물질로는 미고결 모래나 자갈층, 사암, 석회암, 대리암 또는 파쇄된 화산암이나 변성암이 있다(Fetter, 1994). 미고결 모래나 자갈층 등은 다공성 매질로 물이 흐를 수 있는 유효공극을 따라 중력배수로 인해 물이 산출되지만, 이암, 셰일 같은 고결된 지층은 저투수성 혹은 불투수성 매질로 주변 습곡이나 단층작용을 받아 생긴 2차공극(단열, 절리, 파쇄, 단층)을 따라 물이 산출된다(한정상, 1998).

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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