[논문]백운석 및 방해석의 분광특성 분석 연구: 강원도 강릉시 옥계면 지역

엄진아; 고보균; 박성재; 선승대; 이창욱

doi:10.7780/kjrs.2019.35.6.3.9

백운석 및 방해석의 분광특성 분석 연구: 강원도 강릉시 옥계면 지역
Analysis on the Spectral Characteristics of Dolomite and Calcite: Okgye-myeon, Gangneung-si, Gangwon-do 원문보기

대한원격탐사학회지 = Korean journal of remote sensing, v.35 no.6 pt.3, 2019년, pp.1261 - 1271

엄진아 (강원대학교 지구자원연구소) , 고보균 (강원대학교 과학교육학부) , 박성재 (강원대학교 과학교육학부) , 선승대 (한국광물자원공사 탐사2팀) , 이창욱 (강원대학교 과학교육학부)

초록
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국내 강원도에서 많이 산출되는 석회암은 다양한 분야에서 활용도가 매우 높다. 이러한 석회암 광상 개발을 위해서는 석회암에 대한 특징 파악이 중요하다. 따라서 이 연구에서는 대표적 탄산염암인 석회암 성분 중 방해석과 백운석의 분광 특성을 측정하여 두 광물을 구분하고자 한다. 연구지역은 강원도 강릉시 옥계면은 옥천변성대 지역으로 석회암, 백운암, 고품위 석회암이 많이 산출되는 지역이다. 분광 특성 측정은 ASD사(Analytical Spectral Device Inc.)의 FieldSpec® 3 스펙트로미터 장비를 사용하였으며 현장 및 실내에서 분광 특성을 측정하였다. 현장에서는 암석 표면을 측정하였으며 실내에서는 암석 표면, 연마면 및 파우더 상태에서 반사도를 측정하였다. 그 결과 2,330 nm를 전후로 방해석과 백운석의 흡수대 위치가 확연히 차이가 나는 것을 확인하였다. 특히 방해석에 비하여 백운석의 흡수 파장대 위치가 2,330 nm 파장 이전에 나타나는 것을 알 수 있었다. 이 연구는 향후 고품위의 방해석 산출에 기초 자료로 활용이 가능할 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

In case of Korea, limestone is very useful in various industries. These limestones are mainly produced in Gangwon-do. The study area, which is located in Okgye-myeon, Gangneung-si, Gangwon-do, is Okcheon metamorphic belt where abundant limestone, dolomite stone, and high-grade limestone are produced. The purpose of this study is to distinguish between calcite and dolomite among the limestone which is one of the representative carbonate rocks using the spectral characteristics. For this study,spectral characteristics were measured in the field and laboratory using FieldSpec® 3 spectrometer equipment from Analytical Spectral Device Inc. (ASD). In the field, the reflectance was measured below 50 cm from rock surface, and in the laboratory, the reflectance was measured in the rock surface, the polished surface, and the rock powder. As a result, absorption wavelengths of calcite and dolomite were significantly different around 2,330 nm. In particular, the absorption wavelength band position of dolomite appeared before 2,330 nm wavelength compared to calcite. The study could be used as a basis data for analysis of high-grade calcite limestone.

주제어

표/그림 (11)

그림 Fig. 1. (a) Sentinel-2 image of study area acquired on 30 September 2019, (b) detailed map of red box in (a).
그림 Fig. 2. (a) Geologic map of the study area (modified from Oh et al., 2008; Seon et al., 2018), outcrops of (b) limestone showing light gray, (c) high quality limestone.
그림 Fig. 3. Flow chart of this study.
그림 Fig. 4. (a) ASD spectrometer, (b) measurement of reflectance of the outcrops.
그림 Fig. 5. (a) Laboratory ASD measuring equipment, (b) rock surface, (c) polished surface, (d) powder.
표 Table 1. Meteorological conditions during field investigation
그림 Fig. 6. Reflectance of calcite and dolomite measured by USGS.
그림 Fig. 7. (a) Reflectance of point HLOG-5 acquired on 29 August 2019, (b) outcrop of point HLOG-5, reflectance of (c) point HLOG-18, (e) point HLOG-21 acquired on 11 October 2019, (d) outcrop of point HLOG-18, (f) rock sample of point HLOG-21.
그림 Fig. 8. Reflectance of (a) rock surface, (b) polished surface, (c) powder acquired on 29 August 2019.
그림 Fig. 9. Rock powder reflectance of (a) point HLOG-5 acquired on 29 August 2019, (b) point HLOG-18, (e) point HLOG-21 acquired on 11 October 2019.
그림 Fig. 10. Graph shows the classification of calcite and dolomite using the reflectance values.

AI 본문요약
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문제 정의

, 2008). 따라서 암석 표면 및 연마면의 반사도보다 상대적으로 반사도 특성이 잘 나타나는 암석 파우더의 실내 측정 자료를 분석하였다.
그러나 대부분 실내에서의 실험이 주를 이루고 있으며 현장에서의 직접적인 연구는 미비한 실정이다. 따라서 이 연구에서는 국내 고품위 석회암의 광물탐사를 위하여 강원도 강릉시 옥계면 한라시멘트 광상에서 산출되는 방해석과 백운석의 분광학적 특성을 분석하고자 한다. 특히 실내에서 획득한 분광학적 특징뿐만 아니라 현장에서 직접 획득한 분광학적 특징의 분석을 통하여 두 광물을 구분하고자 한다.
따라서 이 연구에서도 연구 지역 석회암 중 방해석과 백운석의 분광특성을 분석하기 위하여 350 - 2,500 nm 의 분광 측정 결과 중에서 2,300 nm 부근 전후에서의 흡수대 특성을 분석하였다.
이 연구에서는 강원도 강릉시 옥계면 한라시멘트 광상에서의 백운석과 방해석의 분광 특성을 분석하였다. 총 2번의 현장 조사를 통하여 21개의 정점에서 현장 반사도를 측정하였으며 실내에서도 21개 암석의 반사도를 측정하였다.
따라서 이 연구에서는 국내 고품위 석회암의 광물탐사를 위하여 강원도 강릉시 옥계면 한라시멘트 광상에서 산출되는 방해석과 백운석의 분광학적 특성을 분석하고자 한다. 특히 실내에서 획득한 분광학적 특징뿐만 아니라 현장에서 직접 획득한 분광학적 특징의 분석을 통하여 두 광물을 구분하고자 한다. 이러한 연구는 향후 실내 분석을 통한 암상 구분이 아닌 현장에서의 직접적 암상 분석에 활용하고자 한다.

제안 방법

분광 측정은 각 정점에서 총 3번씩 측정하여 평균값으로 분석하였다. 또한 채취한 암석은 실내 실험실에서도 분광 측정을 실시하여 분석하였다. 실내 측정을 위하여 Fig.
4(b)). 분광 측정은 각 정점에서 총 3번씩 측정하여 평균값으로 분석하였다. 또한 채취한 암석은 실내 실험실에서도 분광 측정을 실시하여 분석하였다.
이 연구에서는 방해석 (CaCO 3 ) 및 백운석 (CaMg(CO 3 ) 2)의 분광 분석을 위하여 현장 및 실내에서 ASD사(Analytical Spectral Device Inc.)의 FieldSpec® 3 스펙트로미터 장비를 사용하여 분광 측정을 실시하였다(Fig.
이 연구에서는 강원도 강릉시 옥계면 한라시멘트 광상에서의 백운석과 방해석의 분광 특성을 분석하였다. 총 2번의 현장 조사를 통하여 21개의 정점에서 현장 반사도를 측정하였으며 실내에서도 21개 암석의 반사도를 측정하였다. 그 결과, 현장 조사 자료에서는 방해석(HLOG-18)과 백운석(HLOG-21)의 흡수대가 각각 2,342nm 및 2,320 nm에서 나타났다.
현장 조사와 동일하게 실내에서도 각 암석마다 3번씩 분광 측정하여 평균값을 분석하였다. 특히 측정된 현장 및 실내 분광 자료로부터 백운석과 방해석의 특징이 잘 나타나는 2,000 - 2,500 nm 에서의 흡수대 위치를 산출하여 분석하였다.
또한 2019년 8월 29일에는 구름으로 인하여 광량이 매우 적었으며 2019년 10월 10일 ~ 11일에는 광량이 매우 좋았다. 현장 조사 시 각 정점에서 암석을 채취하였으며, 암석 표면 약 50 cm 이내에서 반도를 측정하였다(Fig. 4(b)).
5(d))를 만들어 분광 측정을 수행하였다. 현장 조사와 동일하게 실내에서도 각 암석마다 3번씩 분광 측정하여 평균값을 분석하였다. 특히 측정된 현장 및 실내 분광 자료로부터 백운석과 방해석의 특징이 잘 나타나는 2,000 - 2,500 nm 에서의 흡수대 위치를 산출하여 분석하였다.
현장에서 획득한 분광 특성뿐만 아니라 실내에서 측정한 분광 특성도 분석을 실시하였다. Fig.

대상 데이터

1). 2019년 8월 29일은 온도 및 습도를 측정하지 않아 기상청 관측 자료 (측정 관측소명 : 동해)를 활용하였으며, 2019년 10월 10일 ~ 11일에는 온도 및 습도를 각 정점에서 측정하였다. 2019년 8월 29일의 평균 온도는 약 25.
연구 지역은 강원도 강릉시 옥계면 한라시멘트 광상(Fig. 1)으로 주로 석회암이 채광되는 지역으로(Fig. 2(a)), 옥천변성대 태백산분지의 북동부에 위치하며 서쪽에 고생대 하부의 조선누층군(묘봉층, 풍촌층, 원평층) 이북동-남서 방향으로 대상 분포하고 남동쪽에 중생대 백악기의 우백질 화강암이 분포한다(Oh et al.
연구의 주요 대상 암층은 풍촌층으로 하부에서 상부로 갈수록 석회암(Fig. 2(b)), 백운암, 고품위 석회암(Fig.
현장 조사의 경우 2019년 8월 29일에는 총 5개 정점, 2019년 10월 10일 ~ 11일에는 총 16개 정점에서 분광 측정을 실시하였다(Fig. 1). 2019년 8월 29일은 온도 및 습도를 측정하지 않아 기상청 관측 자료 (측정 관측소명 : 동해)를 활용하였으며, 2019년 10월 10일 ~ 11일에는 온도 및 습도를 각 정점에서 측정하였다.

성능/효과

9(b)는 2019년 10월 11일에 획득한 방해석 (HLOG-18)의 분광 특성이며, Fig 9(c)는 백운석 (HLOG-21)의 분광 특성이다. 3개 샘플의 분광 특성을 분석한 결과 강한 흡수대가 나타나는 파장대는 각각 2,313 nm, 2,341 nm, 2,318 nm에 위치한다. 또한 현장 조사 시 획득한 분광 특성 비교한 결과 현장 조사 결과와 동일하게 방해석은 2,330 nm 이후에서 강한 흡수대가 나타나며, 백운석은 2,330 nm 이전의 파장에서 강한 흡수대가 나타난다.
총 2번의 현장 조사를 통하여 21개의 정점에서 현장 반사도를 측정하였으며 실내에서도 21개 암석의 반사도를 측정하였다. 그 결과, 현장 조사 자료에서는 방해석(HLOG-18)과 백운석(HLOG-21)의 흡수대가 각각 2,342nm 및 2,320 nm에서 나타났다. 또한 실내 반사도 측정 분석 결과, 암석 표면, 연마면, 파우더 자료 중에서 암석 파우더의 반사도가 가장 높게 나타났으며, 2019년 8월 29일에 획득한 백운석(HLOG-5)과 2019년 10월 11일에 획득한 방해석(HLOG-18) 및 백운석(HLOG-21)의 흡수대는 각각 2,313 nm, 2,341 nm, 2,318 nm에서 나타났다.
반면에 2019년 10월 11일에 측정한 분광 특성은 매우 잘 나타났다. 따라서 2019년 10월 11일에 획득한 두 자료를 분석한 결과 방해석의 경우 강한 흡수대가 2,342 nm 부근에서 나타났으며 백운석은 2,320 nm 부근에서 강한 흡수대가 나타났다.
그 결과, 현장 조사 자료에서는 방해석(HLOG-18)과 백운석(HLOG-21)의 흡수대가 각각 2,342nm 및 2,320 nm에서 나타났다. 또한 실내 반사도 측정 분석 결과, 암석 표면, 연마면, 파우더 자료 중에서 암석 파우더의 반사도가 가장 높게 나타났으며, 2019년 8월 29일에 획득한 백운석(HLOG-5)과 2019년 10월 11일에 획득한 방해석(HLOG-18) 및 백운석(HLOG-21)의 흡수대는 각각 2,313 nm, 2,341 nm, 2,318 nm에서 나타났다. 뿐만 아니라 21개 정점의 모든 자료가 2,330 nm 기준으로 방해석과 백운석이 구분이 되는 것을 알 수 있었다.
3개 샘플의 분광 특성을 분석한 결과 강한 흡수대가 나타나는 파장대는 각각 2,313 nm, 2,341 nm, 2,318 nm에 위치한다. 또한 현장 조사 시 획득한 분광 특성 비교한 결과 현장 조사 결과와 동일하게 방해석은 2,330 nm 이후에서 강한 흡수대가 나타나며, 백운석은 2,330 nm 이전의 파장에서 강한 흡수대가 나타난다.
이와 동일하게 나머지 18개 정점의 모든 자료 (현장 자료, 실내 측정 자료 : 암석 표면, 연마면, 파우더)를 분석한 결과, 백운석은 2,310 nm - 2,330 nm 사이에 흡수대가 분포하며, 방해석은 2,330 nm - 2,350 nm에 흡수대가 분포한다(Fig. 10). 즉 분광 측정으로 백운석과 방해석의 구분이 가능하며 이는 2,330 nm 전후로 분광 특성이 나타난다.
일반적으로 탄산염암은 단파장 적외선 영역에서 광물상을 구분할 수 있는 2,300 - 2,370 nm 영역에서 흡수 파장을 보이며, 이러한 흡수파장의 영역 차이는 탄산염 광물의 CO₃^-2성분과 결합하고 있는 Ca와 Mg 성분 차이에 기인한다(Gaffey, 1986). 즉 21개 정점의 모든 자료가 Mg 성분이 많은 백운석은 2,310 - 2,330 nm에서 강한 흡수대를 가지며, Ca 성분이 많은 방해석의 경우 2,330 - 2,350 nm 영역에서 흡수 파장을 가지는 것을 알 수 있었다. 그러나 현장 조사 자료의 경우 광량이 적거나 기상 상황이 좋지 않은 경우에는 자료 획득이 어렵거나 획득하여도 많은 오류가 포함되어 방해석과 백운석 구분의 정확도가 낮아질 수 있다.

후속연구

반면에 실내 측정은 기상 상황에 대한 제약이 적어 정확한 결과 획득이 가능하지만 결과 산출 시까지 시간이 길어진다는 단점이 있다. 그러나 향후 정확한 현장 및 실내 자료를 획득한다면 향후 고품위 석회암의 매장량 확보에 활용이 가능할 것이다. 또한 현장 및 실내 측정 자료는 광학 위성 영상을 활용한 광물 탐사 시 영상 분류의 훈련 자료(training data)로 활용이 가능하다.
그러나 이 연구에서는 X선 회절 분석 등과 같은 암석 성분의 정밀한 분석이 이루어 지지 않아 Ca와 Mg의 정확한 성분 비율에 따른 상관성 분석이 불가능하였다. 따라서 향후 정밀한 성분 분석 연구가 필요하며 이를 통하여 성분 비율에 따른 파장 위치 정량화가 가능 할 수 있을 것이다.
또한 현장 및 실내 측정 자료는 광학 위성 영상을 활용한 광물 탐사 시 영상 분류의 훈련 자료(training data)로 활용이 가능하다. 뿐만 아니라 광학 위성 영상 분류 결과의 검증 자료로도 활용이 가능할 것이다. 그러나 이 연구에서는 X선 회절 분석 등과 같은 암석 성분의 정밀한 분석이 이루어 지지 않아 Ca와 Mg의 정확한 성분 비율에 따른 상관성 분석이 불가능하였다.
이러한 연구는 향후 석회암 광상 개발 시에 비파괴 공법으로 경제적으로 빠르게 판단할 수 있는 원격탐사적 기법의 기초 자료로 활용될 수 있다.
특히 실내에서 획득한 분광학적 특징뿐만 아니라 현장에서 직접 획득한 분광학적 특징의 분석을 통하여 두 광물을 구분하고자 한다. 이러한 연구는 향후 실내 분석을 통한 암상 구분이 아닌 현장에서의 직접적 암상 분석에 활용하고자 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	탄산염암이란 무엇인가?	탄산염암은 지구 표면에 있는 물질 중에서 풍부한 성분 중 하나로서, 화석 연료 및 가치 있는 광물 등과 같은 천연자원을 보유하고 과거의 지표면 환경 지시자로서 중요한 광물 중 하나이다(Blatt et al., 1972; Pettijohn, 1975).
	방해석과 백운석 구분의 정확도가 낮아지는 경우는?	즉 21개 정점의 모든 자료가 Mg 성분이 많은 백운석은 2,310 – 2,330 nm에서 강한 흡수대를 가지며, Ca 성분이 많은 방해석의 경우 2,330 –2,350 nm 영역에서 흡수 파장을 가지는 것을 알수있었다. 그러나 현장 조사 자료의 경우 광량이 적거나 기상 상황이 좋지 않은 경우에는 자료 획득이 어렵거나 획득하여도 많은 오류가 포함되어 방해석과 백운석 구분의 정확도가 낮아질 수 있다. 반면에 실내 측정은 기상 상황에 대한 제약이 적어 정확한 결과 획득이 가능하지만 결과 산출 시까지 시간이 길어진다는 단점이 있다.
	방해석과 백운석의 분광특성을 분석하기 위해, 2,300 nm 부근 전후의 흡수대 특성을 분석하는 이유는?	또한 1,900 nm 부근에서 매우 약한 흡수대가 나타난다. 일반적으로 탄산염광물은 주로 1,900 nm 부근과 2,300 nm 부근에서 반사도 흡수 피크가 나타난다. 그러나 1,900 nm의 흡수대보다 2,300 nm흡수대가 더 강하게 나타나기 때문에 탄산염광물의 존재를 확인하기 위해서는 2,300 nm 부근의 반사도 흡수피크를 주로 사용한다(Kim et al., 2017).

저자의 다른 논문 :

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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