풍촌층 상부 층준의 고품위 석회석 동정을 위한 단파장적외선 분광분석 적용

김용휘(Yong-Hwi Kim),김규보(Gyoo-Bo Kim),최선규(Seon-Gyu Choi),김창성(Chang Seong Kim),김학수(Hagsoo Kim) 대한지질학회 2016 대한지질학회 학술대회 Vol.2016 No.10

정선-삼척 일대 대기층 상부 고품위 석회석의 생성환경

김창성(Chang Seong Kim),최선규(Seon-Gyu Cho),김규보(Gyu-Bo Kim),강정극(Jeonggeuk Kang),김경배(Kyeong Bae Kim),김학수(Hagsoo Kim),이정상(Jeongsang Lee),유인창(In-Chang Ryu) 대한자원환경지질학회 2017 자원환경지질 Vol.50 No.4

대기층의 고품위 석회석 생성기작은 고품위로 퇴적되었다는 견해와 퇴적 이후 열수의 작용에 의해 상부 영역에 국한되어 백색화와 함께 고품위화 하였다는 두 가지 견해로 나뉘어 있으며, 광물-암석화학적 연구를 통해 이들 견해를 검토하였다. 대기층의 암색은 크게 백색, 담갈색, 담회색, 회색, 암회색의 다섯 단계로 구분할 수 있다. 이 중 백색~ 담회색 암석은 53.15 ~ 55.64 wt. % CaO의 고품위 석회석이며, 담갈색은 20.71 ~ 21.67 wt. % MgO로 거의 순수한 백운석이다. 대기층은 상부와 하부의 석회암대와 그 사이에 중부 백운암대로 구성되어 있으며, 상부가 하부에 비해 전반적으로 높은 CaO 함량을 보인다. 다만, 대기층 상부와 하부에서 전반적으로 백색화 현상이 관찰되며, 하부 에서 백색에 비해 담회색 암석의 CaO 함량이 높은 경향이 나타나고 있어, 백색화와 CaO 함량은 상관관계가 없는 것으로 확인된다. 또한, 고품위 석회석과 중-저품위 석회석의 구분은 CaO 성분과 함께 Al 2 O 3 , K 2 O 등 이질성분의 함유 정도에 따라 구분되는데, 백색도가 높은 영역에서 이질성분의 함량이 증가하는 양상을 보이기도 한다. 특히, Al 2 O 3 는열수에 의해 쉽게 제거될 수 없는 성분이므로, 열수 작용에 의해 백색화와 함께 이질 성분이 제거되었다는 이론은 증거가 미약한 것으로 판단된다. 산소-탄소 안정동위원소 분포는 대기층 상부와 하부의 석회암대 모두에서 탄소 안정동 위원소의 변화 폭은 2 ‰ 이내인 반면, 산소 안정동위원소는 16 ‰ 이상의 큰 폭의 변화가 인지되어, 대기층 전반 적으로 열수의 영향을 받은 것으로 확인된다. 열수작용의 시기는 85.1 ± 1.7 Ma로 주변 동원광산의 광화시기와 일치한다. 회색-담회색-백색으로 백색화가 진행될수록 산소 안정동위원소 비는 낮아지는 경향이 확인되며, 이는 이 지역 탄산염암의 백색화는 열수에 의한 현상임을 지시한다. 따라서, 대기층은 전반적으로 열수의 영향을 받았으며, 열수에 의해 백색화가 진행되었으나, 고품위 석회석화는 백색화와 관련이 없으며, 열수에 의한 현상이 아닌 것으로 판단된다 . 대기층 상부에서의 고품위화는 이질물 특히, Al 2 O 3 성분이 효과적으로 제거될 수 있는 퇴적환경을 고려하여야 하며 , 중부 백운암대를 중심으로 상-하부 주변에서 CaO 함량이 증가하는 양상으로부터 순차층서적으로 퇴적 당시 이질물의 퇴적작용이 배제된 탄산염 천해환경이 조성된 결과로 보는 것이 타당할 것이다. The carbonate rocks of the Daegi Formation are composed of the limestone at the upper and lower zones, and the dolomite at the middle zone, in which the upper zone has higher CaO content than others. The colors of carbonate rock in the Daegi Formation can be divided into five types; white, light brown, light grey, grey, and dark grey. The white to light grey colored rocks correspond to the high purity limestone with 53.15 ~ 55.64 wt. % CaO, and the light brown colored rocks contain 20.71 ~ 21.67 wt. % MgO. The bleaching of carbonate rocks are not related to CaO composition of the rocks, as light grey rocks tend to be higher in CaO content than those of the white rocks at the lower zone. The pelitic components are also occasionally increased in white limestone than light grey one. Al 2 O 3 is one of the most difficult content to remove during hydrothermal processes, so the interpretation that the limestone is purified together with hydrothemral bleaching, has little merit. The wide range (over 16 ‰) of δ 18 O SMOW , smaller variation (within 2 ‰) of δ 13 C PDB are apparent in both the upper and lower zones, which indicate the Daegi Formation had been affected overall by hydrothermal fluids. The K-Ar isotopic age of hydrothermal alteration in the GMI limestone mine is 85.1 ± 1.7 Ma. Gradual change from grey through light grey to white limestone is accompanied by lower oxygen stable isotope values, which is major evidence that the hydrothermal effect is the main process of the bleaching. Although the Daegi Formation has suffered from hydrothermal activity and increase in whiteness, there is no clear evidence demonstrating the relationship between bleaching and high purity of limestone. The purification of limestone has nothing to do with the hydrothermal activity in this area. Instead, it should be considered that the change of sedimentary environment related to see-level fluctuation which can prevent deposition of pelitic components especially Al 2 O 3 contrbuted to the formation of the high purity limestone in the upper zone of the Daegi Formation. Considering the evidences such as increase in CaO content of limestone by depth, gradual change from calcite to dolomite at the lower zones, and occurring the high purity limestone at the upper zone, the interpretation of sequence stratigraphic aspect to the formation of the high purity Daegi limestone appears to be more suitable than that of hydrothermal alteration origin.

고정밀도 정압 주입시험에 의한 경주 지역 대심도 저투수성 암반 수리특성 연구

배성호(SeongHo Bae),김학수(Hagsoo Kim),김장순(Jangsoon Kim),박의섭(Eui Seob Park),조영욱(Yeonguk Jo),지태구(Taegu Ji),원경식(Kyung-Sik Won) 한국암반공학회 2021 터널과지하공간 Vol.31 No.4

2010년대 이후 고준위 방사성폐기물 심층처분, 지하 CO₂ 저장과 시추공 조사 기반 심지층 특성화를 대상으로 한 연구 및 실용화 프로젝트의 사회적 중요성이 점차 높아지고 있다. 이와 관련하여, 대심도 암반의 수리 특성에 대한 정량적이고 신뢰성있는 정보를 얻을 수 있는 현장 시험 기술의 필요성도 크게 증가하고 있다. 수년간의 연구 개발을 통해 자체 기술력으로 설계, 제작된 핵심 장치들을 기반으로 대심도 시추공 수리특성 조사 시스템(DHTS)을 독자적으로 구축하였다. 이 시스템을 사용하여 경주시 중생대 화강암과 퇴적암 지역에 위치한 심도 1 km 급 시추공 2개소에서 고정밀도 정압 주입시험을 성공적으로 수행하였다. 현장 시험에서 미세 유량 주입/조절 모듈을 사용하여 0.01 l/min 미만의 매우 낮은 유량 측정이 가능하였다. 본 논문에서는 DHTS의 주요 특성을 소개하고 대심도 저투수성 암반 환경 하에서 수행된 고정밀도 시험 결과에 대해 간단히 논의하였다. Since the early 2010s, the social importance of research and practical projects targeting deep geological disposal of high-level nuclear waste, underground CO₂ storage and characterization of deep subsurface by borehole investigation has been increasing. In this regard, there is also a significant increase in the need for in situ test technology to obtain quantitative and reliable information on the hydraulic characteristics of deep rock mass. Through years of research and development, we have independently set up Deep borehole Hydraulic Test System (DHTS) based on the key apparatuses designed and made with our own technology. Using this system, high precision constant pressure injection tests were successfully completed at the two 1 km boreholes located in Mesozoic granite and sedimentary rock regions, Gyeongju. During the field tests, it was possible to measure very low flow rate below 0.01 l/min with micro flow rate injection/control module. In this paper, the major characteristics of DHTS are introduced and also some results obtained from the high precision field tests under the deep and low permeable rock mass environment are briefly discussed.

고수압 해저지반 수리특성 조사용 일체형 메인 프레임과 공내 측정장치 개발

배성호(SeongHo Bae),김장순(Jangsoon Kim),전석원(Seokwon Jeon),김학수(Hagsoo Kim) 한국암반공학회 2018 터널과지하공간 Vol.28 No.3

정확하고 정량적인 현지 암반 수리특성 정보들은 고수압 조건 굴착 공동 주변의 수리 지질학적 거동에 대한 신뢰성 있는 평가에 필요한 핵심 인자들 중의 하나이다. 상부의 해수가 무한 수원으로 작용하는 해저지반 내 터널이나 암반 구조물 설계에서 계획 구조물의 규모와 작용 수압이 커질수록 수리특성 정보의 중요성은 크게 증가된다. 본 연구에서는 기존 수압시험 시스템의 부적절한 구성이나 부정확한 자료 획득과 관련된 제반 문제점들의 개선을 통해 고수압 해저지반에 최적화된 일체형 메인 프레임과 30 bar 급완전방수구조 공내측정장치를 독자적으로 개발하였다. 수리특성 조사 시스템을 구성하는 개별 시험장치들을 단일 프레임에 통합함으로써 협소하고 위험요소가 많은 해상 시추용 플랫폼에서도 안전하고 효율적으로 시험을 수행할 수가 있게 되었다. 또한 유압유 이중 조절장치를 고안하여 공내 순 주입압력 기준 2.0 kgf/cm2 이하 간격으로 정밀한 단계적 가압과 압력 유지가 가능하도록 하였다. 개발 장치들의 시스템 성능과 작동 안정성을 실증적으로 확인하기 위해 연구 시험공 2개소에서 현장 적용성 시험을 완료 하였으며 제주 현무암 분포 지역 내 시험공 1개소에서 대표요소체적 규모 수리특성 시험을 성공적으로 수행하였다. 본 논문에서는 개발 장치들의 주요 특성들과 다양한 실내 및 현장 성능시험에서 획득된 주요 결과들을 간단히 소개하였다. The accurate and quantitative ground information on the hydraulic conductivity characteristics of rock mass is one of the key factors for evaluation of the hydro-geological behaviour of rock mass around an excavated opening under high water pressure. For tunnel and rock structures in seabed, where the sea acts as an infinite source of water, its importance become greater with increasing construction depth below sea level. In this study, to improve the problems related with poor system configuration and incorrect data acquisition of previous hydraulic packer testing equipment, we newly developed an integrated main frame and 30 bar level waterproof downhole sonde apparatus, which were optimized for deep hydraulic packer test in seabed rock mass. Integration of individual test equipment into one frame allows safe and efficient field testing work on a narrow offshore drilling platform. For the integrated type main frame, it is possible to make precise stepwise control of downhole net injection pressure at intervals of 2.0 kgf/cm2 or less with dual hydraulic oil volume controller. To ensure the system performance and the operational stability of the prototype mainframe and downhole sonde apparatus, the field feasibility tests were completed in two research boreholes, and using the developed apparatus, the REV(Representative Elementary Volume) scale deep hydraulic packer tests were successfully carried out at a borehole located in the basalt region, Jeju. In this paper, the characteristics of the new testing apparatus are briefly introduced and also some results from the laboratory and in-situ performance tests are shown.