Application of Geophysical Methods to Detection of a Preferred Groundwater Flow Channel at a Pyrite Tailings Dam

황철석 광산 광미댐에서의 지하수흐름 경로탐지를 위한 물리탐사 적용

At the tailings dam of the disused Brukunga pyrite mine in South Australia, reaction of groundwater with the tailings causes the formation and discharge of sulphuric acid. There is a need to improve remediation efforts by decreasing groundwater flow through the tailings dam. Geophysical methods have been investigated to determine whether they can be used to characterise variations in depth to watertable and map preferred groundwater flow paths. Three methods were used: transient electromagnetic (TEM) soundings, direct current (DC) soundings and profiling, and self potential (SP) profiling. The profiling methods were used to map the areal extent of a given response, while soundings was used to determine the variation in response with depth. The results of the geophysical surveys show that the voltages measured with SP profiling are small and it is hard to determine any preferred channels of groundwater flow from SP data alone. Results obtained from TEM and DC soundings, show that the DC method is useful for determining layer boundaries at shallow depths (less than about 10 m), while the TEM method can resolve deeper structures. Joint use of TEM and DC data gives a more complete and accurate geoelectric section. The TEM and DC measurements have enabled accurate determination of depth to groundwater. For soundings centred at piezometers, this depth is consistent with the measured watertable level in the corresponding piezometer. A map of the watertable level produced from all the TEM and DC soundings at the site shows that the shallowest level is at a depth of about 1 m, and occurs at the southeast of the site, while the deepest watertable level (about 17 m) occurs at the northwest part of the site. The results indicate that a possible source of groundwater occurs at the southeast area of the dam, and the aquifer thickness varies between 6 and 13 m. A map of the variation of resistivity of the aquifer has also been produced from the TEM and DC data. This map shows that the least resistive (i.e., most conductive) section of the aquifer occurs in the northeast of the site, while the most resistive part of the aquifer occurs in the southeast. These results are interpreted to indicate a source of fresh (resistive) groundwater in the southeast of the site, with a possible further source of conductive groundwater in the northeast.

호주 남부 부룩캉가지역의 폐광된 황철석광산의 광미댐 (Tailings Dam)에서는 광미와 지하수의 반응으로 황산이 형성, 배출되어 주변의 토양, 하천 및 지하수를 오염시키고 있다. 이와 같은 산성 폐수에 의한 환경오염 확산 방지를 위해서는 광미댐을 통하여 흐르는 지하수의 흐름경로를 파악하고 이를 감소시키는 노력이 필요하다. 본 논문에서는 지하수면 깊이의 변화를 파악하고 이를 통하여 지하수의 주 흐름경로를 확인하기 위하여 기존 유용광물 탐사에 주로 사용된 물리탐사방법들이 사용되었다. 본 연구에서 물리탐사방법으로는 시간영역 전자탐사 (TEM), DC 전기비저항탐사 그리고 자연전위 (SP)탐사법들이 사용되었다. SP법에 의하여 측정된 자연전위들은 매우 작았으며, SP자료해석만으로 주 지하수흐름의 경로규명이 어려웠다 TEM과 DC전기비저항 자료해석을 통하여 지하수면의 깊이를 정확하게 결정할 수 있었으며, DC 전기비저항법은 주로 10m내의 천부 대수층 구분에 유용한 반면에 TEM법은 성부구조 결정에 더욱 좋은 분해능을 보였다 TEM과 DC탐사자료들의 복합역산 (Joint Inversion)은 각각의 역산 (Inversion)보다 정확한 지전기적 (Geoelectric) 단면도를 제공하였으며, 물리탐사에 의하여 결정된 지하수면 깊이들은 각 측점에 설치된 관측공에서 피에조미터 (piezometer)에 의하여 측정된 지하수 수위와 거의 일치하였다. 모든 TEM 및 DC탐사 자료해석을 통하여 산출된 지하수 수위도는 탐사지역의 남동부에서 약 1m의 가장 얄은 수위를 나타나며, 반면에 가장 깊은 심도 (약 17 m)의 지하수 수위는 탐사지역의 북서부에서 위치하였다. 또한, TEM 및 DC탐사 자료해석에 의하여 산출된 탐사지역내의 대수층의 전기비저항 분포도에서는 높은 전기전도도의 대수층은 광미댐의 북동부에 존재하며, 가장 낮은 전기전도도를 갖는 대수층은 댐의 남동부에 분포하였다. 이와 같은 결과들로부터 오염이 되지 않은 신선한 (전기비저항이 높은) 지하수 유입의 근원은 광미댐의 남동부에 있음을 시사한다.