다양한 화학산업에서 사용되는 고품위 석회석은 국내 태백산 분지 일대 상부 풍촌층에 분포하고 있다. 물리탐사는 광범위한 지표면 아래의 지질구조를 조사하는데 가장 효율적인 방법이다. 고품위 석회석 조사와 관련된 물리탐사 연구사례가 거의 선행되지 않았으므로 석회석 조사에 적절한 탐사전략이 아직 마련되지 않았다. 따라서 이 연구에서 암상별 물성연구를 바탕으로 최적의 고품위 석회석 탐사방법을 제안하고, 탐사결과 해석에서 필요한 데이터베이스를 축적하는데 초점을 두었다. 연구를 위한 암석시료는 정선 일대 하부 화절층, 풍촌층, 암맥류를 대상으로 현장 시추 코어에서 채취했고, 실내 물성 측정과 암석 기재를 수행했다. 풍촌층 암석의 대자율은 하부 화절층과 암맥보다 확연히 낮으므로 이러한 암상 경계는 자력 탐사로 구분할 수 있을 것으로 보인다. 또한, 중부 풍촌층 암석의 전기적 물성, 특히 충전성은 상부/하부 풍촌층과 비교하면 차이가 나므로 상부 풍촌층의 고품위 석회석은 유도분극 탐사로 찾을 수 있을 것으로 판단했다.
다양한 화학산업에서 사용되는 고품위 석회석은 국내 태백산 분지 일대 상부 풍촌층에 분포하고 있다. 물리탐사는 광범위한 지표면 아래의 지질구조를 조사하는데 가장 효율적인 방법이다. 고품위 석회석 조사와 관련된 물리탐사 연구사례가 거의 선행되지 않았으므로 석회석 조사에 적절한 탐사전략이 아직 마련되지 않았다. 따라서 이 연구에서 암상별 물성연구를 바탕으로 최적의 고품위 석회석 탐사방법을 제안하고, 탐사결과 해석에서 필요한 데이터베이스를 축적하는데 초점을 두었다. 연구를 위한 암석시료는 정선 일대 하부 화절층, 풍촌층, 암맥류를 대상으로 현장 시추 코어에서 채취했고, 실내 물성 측정과 암석 기재를 수행했다. 풍촌층 암석의 대자율은 하부 화절층과 암맥보다 확연히 낮으므로 이러한 암상 경계는 자력 탐사로 구분할 수 있을 것으로 보인다. 또한, 중부 풍촌층 암석의 전기적 물성, 특히 충전성은 상부/하부 풍촌층과 비교하면 차이가 나므로 상부 풍촌층의 고품위 석회석은 유도분극 탐사로 찾을 수 있을 것으로 판단했다.
High-grade limestone applied to various chemical industries is abundant within upper Pungchon formation in Taebaeksan basin, South Korea. Geophysical exploration is one of the most efficient methods to investigate subsurface geological structure in an extensive area. Since the geophysical exploratio...
High-grade limestone applied to various chemical industries is abundant within upper Pungchon formation in Taebaeksan basin, South Korea. Geophysical exploration is one of the most efficient methods to investigate subsurface geological structure in an extensive area. Since the geophysical exploration for the high-grade limestone has rarely been conducted in Korea, its appropriate strategy has not been set up yet. In this study, we focused on to suggest the reasonable strategy and accumulate geophysical databases which are essential for interpreting geophysical images by characterizing laboratory physical properties of in-situ rocks. Hence, rocks were obtained from drilled cores consisting of lower Hwajeol formation, Pungchon formation, and dykes in Jeongseon area, Gangwon province. Geophysical laboratory experiments and petrography of the rocks were conducted. Since susceptibility values of the rocks in Pungchon Formation were obviously lower than those of upper Hwajeol and dykes, it is considered that the lithological boundaries could be distinguished by magnetic survey. In addition, electrical properties of the rocks in middle Pungchon formation were relatively different compared with those of upper/lower Pungchon formations. Thus, induced polarization is shown to be able to detect the high-grade limestone in upper Pungchon formation.
High-grade limestone applied to various chemical industries is abundant within upper Pungchon formation in Taebaeksan basin, South Korea. Geophysical exploration is one of the most efficient methods to investigate subsurface geological structure in an extensive area. Since the geophysical exploration for the high-grade limestone has rarely been conducted in Korea, its appropriate strategy has not been set up yet. In this study, we focused on to suggest the reasonable strategy and accumulate geophysical databases which are essential for interpreting geophysical images by characterizing laboratory physical properties of in-situ rocks. Hence, rocks were obtained from drilled cores consisting of lower Hwajeol formation, Pungchon formation, and dykes in Jeongseon area, Gangwon province. Geophysical laboratory experiments and petrography of the rocks were conducted. Since susceptibility values of the rocks in Pungchon Formation were obviously lower than those of upper Hwajeol and dykes, it is considered that the lithological boundaries could be distinguished by magnetic survey. In addition, electrical properties of the rocks in middle Pungchon formation were relatively different compared with those of upper/lower Pungchon formations. Thus, induced polarization is shown to be able to detect the high-grade limestone in upper Pungchon formation.
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문제 정의
노두 관찰을 통한 현장 지질조사는 야외에 드러난 지질특성을 조사한다. 지표면 아래 노출되지 않는 지질특성은 단지 시추조사와 물리탐사에 의해서만 가능하다.
본 연구는 고품위 석회석의 조사에 효과적인 물리탐사 방법을 파악하고, 암석의 물성 자료를 축척하기 위한 목적으로 수행됐다. 또한, 암상별 광물 조성 차이에 따른 물성 변화를 해석하고자 했다. 현장에서 채취한 암석 시료의 물성은 기존 측정시스템을 이용하여 얻었고, 육안 관찰 및 현미경 관찰을 통해 암석 기재를 함께 수행했다.
본 암석 물성 연구는 국내 풍촌층에 분포하는 고품위 석회석을 탐사하는 데 효과적인 탐사방법을 제시하고, 탐사자료 해석에서 참고할 수 있는 기초적 데이터베이스를 마련하기 위한 목적으로 수행됐다. 고품위 석회석은 열수변질에 의해 형성되거나 특정한 퇴적학적 환경에 의해 형성되므로 두 가지 특성이 나타나는 각각의 시추 코어를 대상으로 연구를 수행했다.
하지만 국내 고품위 석회석의 물리탐사 사례는 거의 보고되지 않았고, 연구가 현재까지 미진하다. 본 연구는 고품위 석회석의 조사에 효과적인 물리탐사 방법을 파악하고, 암석의 물성 자료를 축척하기 위한 목적으로 수행됐다. 또한, 암상별 광물 조성 차이에 따른 물성 변화를 해석하고자 했다.
(2000)에 따르면 고생대 해성 환경에서 퇴적된 지층으로 덮여 있고, 태백형 조선누층군의 층서를 따른다. 태백형 조선누층군의 캠브리아기 지층은 퇴적학적으로 퇴적환경에 따라 새롭게 분류했지만, 기존 연구와 혼선을 피하고자 본 연구에서는 층서명을 이전 분류방법을 사용하기로 한다. 이 지역 하부 지질은 캄브리아기의 풍촌층과 화절층이고, 이를 오르도비스기의 동점층, 두무동층, 막동층이 정합의 관계로 덮고 있다.
제안 방법
, 2015b). 또한, 이를 바탕으로 현장 탐사자료를 해석하는 연구를 수행했다(Park et al., 2016).
KORES (2004, 2005)의 정밀조사보고서에 의하면 이 지역 지층의 최하부 풍촌층은 괴상 석회암, 세립질 석회암, 결정질 백운암, 세립질 백운암으로 구성됐고, 평균 지층의 두께는 320m였다. 석회암과 백운암 사이의 경계를 기준으로 하부 석회암, 중부 백운암, 상부 석회암으로 세분했다. 하부 석회암은 회색-유백색을 띠며, 부분적으로 백운암을 협재 하는 세립질 석회암이었다.
이때 물성실험 결과를 암석학적 기재 특성과 함께 해석하는데 스케일링을 고려하여 실험에 사용한 암석의 길이를 3 cm로 만들었다. 앞서 언급한 바와 같이 본 연구의 목적은 석회석 조사에서 효과적인 현장 탐사방법을 결정하는 것이기 때문에 물리탐사에서 기초가 되는 물성인 밀도(중력 탐사), 공극률(전기/전자 탐사), 대자율(자력 탐사), 전기비저항/유도분극(전기/전자 탐사)의 물성을 획득했다.
현장에서 채취한 시료는 전기적 물성실험을 위해 윗면과 아랫면을 평평하게 잘라 원통형으로 만들었다. 이때 물성실험 결과를 암석학적 기재 특성과 함께 해석하는데 스케일링을 고려하여 실험에 사용한 암석의 길이를 3 cm로 만들었다. 앞서 언급한 바와 같이 본 연구의 목적은 석회석 조사에서 효과적인 현장 탐사방법을 결정하는 것이기 때문에 물리탐사에서 기초가 되는 물성인 밀도(중력 탐사), 공극률(전기/전자 탐사), 대자율(자력 탐사), 전기비저항/유도분극(전기/전자 탐사)의 물성을 획득했다.
현장에서 채취한 시료는 전기적 물성실험을 위해 윗면과 아랫면을 평평하게 잘라 원통형으로 만들었다. 이때 물성실험 결과를 암석학적 기재 특성과 함께 해석하는데 스케일링을 고려하여 실험에 사용한 암석의 길이를 3 cm로 만들었다.
또한, 암상별 광물 조성 차이에 따른 물성 변화를 해석하고자 했다. 현장에서 채취한 암석 시료의 물성은 기존 측정시스템을 이용하여 얻었고, 육안 관찰 및 현미경 관찰을 통해 암석 기재를 함께 수행했다.
대상 데이터
고품위 석회석이 관찰되는 상부 석회암은 유백색의 세립질 석회암이고, 중부 백운암과 인접한 구간에는 렌즈상의 백운암이 관찰됐다. 결정질 석회암은 중생대 중성 암맥이 관입한 주변부에서 관찰됐다. 생교란된 와케스톤 내지 팩스톤 퇴적상은 천해 조간대 환경에서 지층이 형성됨을 시사했고, 화절층과의 경계에서 석회암이 셰일과 혼재하는 것은 천해에서 심해로 퇴적환경이 변하는 특성을 나타냈다(Kwon et al.
본 암석 물성 연구는 국내 풍촌층에 분포하는 고품위 석회석을 탐사하는 데 효과적인 탐사방법을 제시하고, 탐사자료 해석에서 참고할 수 있는 기초적 데이터베이스를 마련하기 위한 목적으로 수행됐다. 고품위 석회석은 열수변질에 의해 형성되거나 특정한 퇴적학적 환경에 의해 형성되므로 두 가지 특성이 나타나는 각각의 시추 코어를 대상으로 연구를 수행했다. 열수변질을 받은 경우에는 자력 탐사를 통해 관입암과 풍촌층을 구분할 수 있을 것으로 보이며, 유도분극 탐사는 광화작용을 받은 구간을 구분할 수 있을 것으로 보인다.
7 m에서 사암이 우세하게 발달한 시료를 채취했다. 또한 11 m에서 사암과 세립질 석회암이 교호하는 시료와 25.0 m에서 리본암을 함께 채취했다.
백색 석회암이 우세한 상부 풍촌층 시료와 회색의 돌로마이트가 우세한 중부 풍촌층 시료를 채취했고, 백색-암회색의 하부 풍촌층 시료를 채취했다. 상부 풍촌층 석회암은 백색도가 높고, 부분적으로 이질이 협재되어 있다.
본 연구는 강원도 정선군 임계면 덕암리에 위치한 강원머티리얼(GMI) 광산 일대에서 수행했다(Fig. 1). 연구지역의 지질은 Chough et al.
상부 풍촌층 고품위 석회석의 성인은 퇴적학적인 속성작용 때문에 형성됐다는 견해와 마그마로부터 유도된 열수변질과 관련되었다는 견해가 양립하고 있다(Noh and Oh, 2005; Ryu, 2003). 본 연구에서는 고품위 석회석 성인에 대해 두 가능성을 모두 열어두었기 때문에 속성작용 또는 열수변질 작용이 각각 우세하게 확인된 두 시추공을 대상으로 암석 시료를 채취했다.
2(a)는 15-1호공에서 채취한 암석시료의 단면사진과 각 시료의 채취 위치를 나타내는 주상도를 함께 나타낸 것이다. 시료 채취는 상부 풍촌층, 중부 풍촌층, 암맥을 대상으로 수행했고, 암맥은 중성 암맥과 염기성 암맥으로 이루어졌다. 상부 풍촌층 암석은 회색이나 암회색을 띠며, 부분적으로 방해석 맥이 형성됐다.
암석시료는 열수변질을 받은 특성이 나타나는 15-1호공과 열수변질을 많이 받지 않은 16-3호공의 코어를 대상으로 채취했다(Fig. 1). 15-1호공은 광산 갱도 내부에서 개발을 위한 시추공이고, 광산과 약 2 km 떨어진 16-3호공은 산의 능선에서 풍촌층의 연장특성을 파악하기 위한 시추공이다.
하부 화절층은 현장 시추 코어에서 얇은 사암층이 천부에 나타났고, 심부로 갈수록 셰일과 석회암 호층을 이루는 리본암으로 점이적으로 변하는 특성을 보였다. 이러한 암상 특성을 고려하여 3.7 m에서 사암이 우세하게 발달한 시료를 채취했다. 또한 11 m에서 사암과 세립질 석회암이 교호하는 시료와 25.
2(b)는 16-3호공에서 채취한 암석 시료들의 주상도와 단면사진을 나타낸 것이다. 주상도에 나타낸 바와 같이 하부화절층, 상부 풍촌층, 중부 풍촌층, 하부 풍촌층을 대상으로 암석 시료를 획득했다. 하부 화절층은 현장 시추 코어에서 얇은 사암층이 천부에 나타났고, 심부로 갈수록 셰일과 석회암 호층을 이루는 리본암으로 점이적으로 변하는 특성을 보였다.
각 지층의 평균 두께는 화절층이 100 m, 동점 층이 50 m, 두무동층이 120 m이었고, 막동층의 지층 두께는 아직 확인되지 않았다. 화절층은 점판암, 석회암, 판상 이질 석회암, 사암, 사질 점판암, 이회암으로 이루어졌다. 하부에 리본암 중부에 사암이 각각 우세했고, 상부는 석회암과 점판암이 호층을 이루는 암상 특성이 나타났다.
이론/모형
3은 현장에서 채취한 암석 시료로부터 실험실에서 물성을 측정하기 위한 시스템을 나타냈다. 이 시스템을 이용하여 밀도, 공극률, 대자율의 물성을 측정하고 산정하는 방법은 Shin et al. (2013)와 같은 방법을 이용했다. 전기비저항/유도분극 물성은 Shin et al.
(2013)와 같은 방법을 이용했다. 전기비저항/유도분극 물성은 Shin et al. (2015a)에 제시된 방법으로 자료를 획득하고, 두 물성을 산출했다.
성능/효과
18.0 m 암석의 충전률은 다른 암석과 비교하면 확연하게 높았다. Fig.
3.7 ~ 11.0 m 암석의 같은 박편을 반사 현미경으로 관찰한 결과 산점상으로 분포하는 노란색의 황철석이 확인됐다(Fig. 5(c)).
풍촌층 위에 화절층, 동점층, 두무동층, 막동층은 정합의 관계로 덮여있다. 각 지층의 평균 두께는 화절층이 100 m, 동점 층이 50 m, 두무동층이 120 m이었고, 막동층의 지층 두께는 아직 확인되지 않았다. 화절층은 점판암, 석회암, 판상 이질 석회암, 사암, 사질 점판암, 이회암으로 이루어졌다.
제지 산업의 원료로써 국내 고품위 석회석의 적합성을 평가하는 연구가 수행됐고(Lee and Noh, 2007), 산출상태에 따라 생석회 소성 특성을 파악하려는 연구가 수행됐다(Noh and Lee, 2008). 연구결과 국내 석회암은 적합한 석회석 품질을 갖춘 것으로 평가됐다. 지속적인 석회석 광산을 개발하기 위해서는 지질조사를 통해 지층 경계와 고품위대의 연장특성을 파악하는 것이 중요하다.
0 m 암석은 다른 풍촌층암석과 비교하면 물성 차이가 다소 발생한다. 이 암석들을 제외한 상부 풍촌층 암석은 하부 화절층 암석과 비교하면 저밀도, 저대자율, 저충전률을 보였고, 중부 풍촌층 암석과 비교하면 저공극률, 고비저항, 저충전률, 짧은 이완 시간을 보였다. 상부 풍촌층 암석은 중부와 하부 풍촌층의 이완 시간보다 짧은 것은 Fig.
주상도에 나타낸 바와 같이 하부화절층, 상부 풍촌층, 중부 풍촌층, 하부 풍촌층을 대상으로 암석 시료를 획득했다. 하부 화절층은 현장 시추 코어에서 얇은 사암층이 천부에 나타났고, 심부로 갈수록 셰일과 석회암 호층을 이루는 리본암으로 점이적으로 변하는 특성을 보였다. 이러한 암상 특성을 고려하여 3.
후속연구
5(a)의 그래프를 함께 도시했다. 3.7 ~ 25.0 m 하부 화절층 암석의 대자율은 풍촌층 암석과 비교하여 확연하게 높아서 자력 탐사를 통해 화절층과 풍촌층의 경계를 결정할 수 있을 것으로 판단된다. 이러한 높은 대자율은 Fig.
5(b)에서 확인되는 입도 차이에 의한 영향으로 판단된다. 따라서 유도분극 탐사를 통해 얻을 수 있는 전기비저항, 충전률, 이완 시간의 물성 정보는 상부 풍촌층의 상하부의 경계를 파악하는 데 효과적으로 이용될 수 있을 것으로 판단된다. 앞서 언급한 바와 같이 표성 변질을 받은 구간의 암석에서 물성 이상 반응이 나타날 수 있어서 이러한 물성 특성을 탐사자료 해석에서 고려해야 할 것으로 보인다.
암맥은 풍촌층 암석과 비교하면 대자율이 확연하게 높고, 염기성 암맥과 중성 암맥 사이의 대자율 차이가 상당하다. 따라서 자력 탐사는 화성암이 관입한 구간을 파악할 뿐만 아니라 화성암의 종류를 구분하는 데 이용할 수 있을 것으로 보인다.
따라서 유도분극 탐사를 통해 얻을 수 있는 전기비저항, 충전률, 이완 시간의 물성 정보는 상부 풍촌층의 상하부의 경계를 파악하는 데 효과적으로 이용될 수 있을 것으로 판단된다. 앞서 언급한 바와 같이 표성 변질을 받은 구간의 암석에서 물성 이상 반응이 나타날 수 있어서 이러한 물성 특성을 탐사자료 해석에서 고려해야 할 것으로 보인다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
고품위 석회석 적합성을 평가하는 연구에서 국내 석회암은 어떻게 평가 되었는가?
제지 산업의 원료로써 국내 고품위 석회석의 적합성을 평가하는 연구가 수행됐고(Lee and Noh, 2007), 산출상태에 따라 생석회 소성 특성을 파악하려는 연구가 수행됐다(Noh and Lee, 2008). 연구결과 국내 석회암은 적합한 석회석 품질을 갖춘 것으로 평가됐다. 지속적인 석회석 광산을 개발하기 위해서는 지질조사를 통해 지층 경계와 고품위대의 연장특성을 파악하는 것이 중요하다.
태백산 분지에 존재하는 고생대 탄산염암은 무엇으로 구성되어 있는가?
태백산 분지에는 석회암과 백운암으로 구성된 고생대 탄산염암이 널리 분포하고 있다. 백운암은 내화재, 유리, 제철 제강, 비료, 충전재 등의 산업에서 사용되고 있으며, 석회암은 시멘트 산업에서 사용되고 있다(Hwang et al.
백운암은 어디에 쓰이는가?
태백산 분지에는 석회암과 백운암으로 구성된 고생대 탄산염암이 널리 분포하고 있다. 백운암은 내화재, 유리, 제철 제강, 비료, 충전재 등의 산업에서 사용되고 있으며, 석회암은 시멘트 산업에서 사용되고 있다(Hwang et al., 2013).
참고문헌 (18)
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