• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제25권2_spc호
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• pp.55-69
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• 2020

Permeability-analyzing methods commonly involve small-scale drilling, such as pumping or slug test, but it is difficult to identify overall distribution of permeability of the entire target sites due to high cost and time requirement. Spectral induced polarization (SIP) method is known to be capable of providing distributions of both the porosity and the pore size, the two major parameters determining permeability of the porous medium. The relationship between SIP variables and permeability has been studied to identify the hydrological characteristics of target sites. Kozeny-Carman formula has been improved through many experiments to better predict fluid permeability with electrical properties. In this work, the permeability prediction techniques based on SIP data were presented in accordance with the hydrogeological and electrical characteristics of a porous medium. Following the summary of the techniques, various models and related laboratory experiments were analyzed and examined. In addition, the field applicability of the prediction model was evaluated by field case analysis.

• 지구물리와물리탐사
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• 제17권4호
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• pp.242-246
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• 2014

지층의 전기화학적인 물성을 이용한 광대역유도분극(SIP) 탐사는 황화광물을 포함한 금속광물탐사에 유용한 기술이다. 탐사자료로부터 IP 물성을 계산하기 위해서는 등가회로 분석을 수행한다. 분석에 사용되는 암석의 SIP 반응을 고려한 등가회로 모델은 해의 비유일성이라는 문제를 가지기 때문에 정확한 분석을 위해 적절한 모델을 설정하는 것이 매우 중요하다. 따라서 이 연구는 SIP 이상반응을 나타내는 광석의 분석에 적합한 새로운 모델을 제안하고자 하였다. 이 모델은 기존의 Dias model과 Cole-Cole model의 비교를 통하여 적합성을 검증하였다. 그 결과, Dias model과 Cole-Cole model을 이용한 분석 결과의 NRMSE 오차는 각각 10.05%와 17.03%를 보였다. 하지만 제안한 새로운 모델의 NRMSE 오차는 0.87%로 상당히 낮았기 때문에 다른 모델보다 SIP 이상 자료의 등가회로 분석에 유용하고 판단하였다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제17권4호
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• pp.247-252
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• 2014

가곡광산은 스카른형 광상으로서 섬아연석, 방연석, 황동석, 자류철석 등의 황화광물을 수반한다. 이러한 광물은 전극분극에 의한 IP effect가 크기 때문에 광대역유도분극(spectral induced polarization; SIP)법을 이용하여 효과적으로 탐사할 수 있다. 따라서 이 연구는 황화광물 함량 및 입자의 크기를 지시하는 충전도와 시간상수를 실내 SIP 측정을 통하여 구하고 이로부터 가곡광산 내 두 광체에 대한 광화작용 차이를 비교하는데 목적을 두었다. 이를 위해 남쪽의 월곡광체와 북쪽의 선곡광체를 대상으로 시료를 채취하였다. 시료의 광화작용 특성을 파악하기 위해 휴대용 XRF 측정기를 이용하여 금속의 함량을 측정했고, 실내 암석 SIP 측정시스템을 이용하여 SIP 자료를 획득했다. XRF 측정결과 가곡광산 광체는 철, 아연, 납, 구리 등의 금속을 수반하고 있다. 특히 아연과 철의 함량이 다른 금속과 비교하여 매우 높았고, 이 두 금속은 현미경 관찰을 통하여 섬아연석과 자류철석에 의한 영향으로 판단하였다. SIP 등가회로 분석 결과, 월곡광체가 선곡광체에 비하여 금속의 함량이 더 높았기 때문에 황화광물을 더 많이 수반하는 것으로 판단했고, 이는 SIP에서 충전도의 결과와 잘 부합한다. 반면 선곡광체의 시간상수가 더 컸기 때문에 선곡광체가 월곡광체보다 황화광물 입자 크기가 더 큰 것으로 판단했다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제25권3호
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• pp.99-108
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• 2022

유도분극(induced polarization; IP) 탐사 중 광대역 혹은 빛띠(spectral) IP (SIP) 탐사법에서는 교류 전류를 송신원으로 하였을 때 나타나는 매질의 진동수에 따른 복소전기비저항의 크기와 위상을 측정하며, 진동수에 따라 값이 변화하는 복소전기비저항의 분산 혹은 이완 반응을 분석하게 된다. 이때 분산곡선은 등가회로 모델과 같은 이완 모델을 통해 설명할 수 있는데, 다중목적함수 최적화 기법을 적용하여 분산곡선에서 SIP 이완모델의 변수들을 예측해보았다. SIP 이완현상을 설명하기 위해 가장 많이 이용되는 Cole-Cole 모델 계열의 변수를 구하기 위해 크기 오차와 위상 오차를 최소화하는 두 가지 목적함수로 설정하고 다중목적함수를 최적화하기 위해 유전 알고리듬을 이용하였다. 다중목적함수 최적화 기법을 이용한 Cole-Cole 모델 변수 구하기는 수치 모델에 대해서는 잘 구해졌으나 기존에 보고된 SIP 실내실험 자료에 피팅할 경우, 주로 위상 크기가 작을 때(약 10 mrad 이하) 피팅이 맞지 않는 경우가 많았다. 이는 다중목적함수로 사용하는 크기와 위상의 자료 오차 사이에 스케일이 맞지 않아 발생하는 한계로 추정되며, 향후 복소전기비저항의 분산 곡선에서 SIP 변수를 예측하기 위해 이러한 한계를 극복할 수 있는 기계 학습 등 다양한 기법들에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제19권4호
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• pp.212-219
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• 2016

광물자원개발에 있어서 탐사 대상이 천부 내지 고품위 광체에서 심부 또는 저품위 광체로 전환됨에 따라 보다 진보된 탐사 기술 개발이 요구되고 있다. 본 연구에서는 스카른 금속광상의 하나인 가곡광산을 대상으로 정밀 탐사가 가능한 광대역 유도분극(spectral induced polarization; SIP)을 이용한 암석시료의 실내 물성 측정과 현장탐사를 수행했다. 또한 실내 측정에서 획득한 암석의 광대역 유도분극 특성과 현장 탐사자료의 역해석 결과를 종합적으로 해석함으로써 스카른 금속광상에 대한 광대역 유도분극 탐사 적용성을 검토하였다. 암상별 광대역 유도분극 특성을 파악하기 위해 기존 연구에서 사용된 89개 시료들의 자료를 재평가했다. 현장탐사는 암상의 경계와 스카른 광화대를 평가할 수 있도록 측선을 설정하고, 0.25 Hz 주파수 대역의 자료를 획득하고 역산해석을 수행했다. 광석광물을 수반하고 있는 암석과 스카른 광화대는 낮은 전기비저항 구간을 보이며, 충전성이 높고 음의 위상이 나타났다. 따라서 광대역 유도분극 탐사는 스카른 광상의 광화작용 특성을 해석하는데 유용하다는 것을 알 수 있었다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제24권4호
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• pp.202-208
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• 2021

유도분극(Induced Polarization, IP)탐사가 1973년에 국내 학술지에 처음 소개되었으며, 그 이후 석탄 및 금속광상탐사에 응용되기 시작하면서 대학 및 연구기관에서 유한요소법에 의한 IP 모델링 연구와 인공모형 시료의 유도분극반응 측정 기술이 개발되었다. 1980년 중반에 광대역유도분극(SIP) 탐사기가 국내에 도입되면서 실내 측정 및 해석 기술이 개발되었으나 자원산업의 쇠퇴와 더불어 광상탐사 현장에서 널리 활용되지는 못했다. 1990년대에는 IP탐사가 황화광물의 열수광상 및 벤토나이트 광화대 조사와 해수 침입에 의한 지하수 오염지역에 적용된 사례가 있다. 2000년대 들어서면서 IP탐사의 3차원 역해석 기술이 개발되고, 국내외 광물자원확보를 위한 정밀물리탐사 기술이 요구되면서 암석 시료의 SIP 측정 및 현장 탐사 기술이 확보되었으며, 해남지역 금은광상의 광화대 탐사에 적용한 결과 SIP탐사 기술이 황화광물을 포함하고 있는 금속광상탐사에 유용함이 입증되었다. 이러한 IP 탐사는 리튬, 코발트, 니켈과 같은 첨단 산업의 핵심광물 탐사에서 효과적일 것으로 여겨지고, 또한 환경오염과 지반조사 분야에서도 유용할 것으로 기대된다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제10권1호
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• pp.60-68
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• 2007

광대역 유도 분극 (spectral induced polarization, SIP) 탐사는 일정 주파수 영역에서 임피던스 자료를 측정하고, 이 자료로부터 광대역 주파수 특성을 추정하기 위한 주파수 분석으로 이루어진다. 지하매질에 대한 광대역 주파수 특성을 정확하고 정량적으로 추정하기 위해서는 기존의 방법보다 정교하고 안정적인 역산 알고리듬이 필요하다. 이를 위해 이 연구에서는 SIP 변수의 공간적인 분포를 계산하기 위하여 두 단계로 이루어진 역산 알고리듬을 개발하였다. 첫 번째 단계에서 각각의 주파수 자료에 대한 복소 전기비저항들 사이에 제한조건을 가하여 모든 SIP 탐사자료를 한꺼번에 역산한다. 새로운 제약조건은 각각의 주파수 자료들로부터 역산된 복소 전기비저항들이 모두 유사한 특성을 보일 것이라는 가정을 통해 역산 과정에서의 잡음 특성을 향상시킬 수 있는 특정을 가진다. 수치 실험을 통하여 이 연구에서 채택한 상호 제한 조건은 역산 과정상의 인위적인 잡음을 성공적으로 제거하고 있음을 확인하였다. 두 번째 단계로서 이전 단계에서 얻어진 각각의 주파수에 대한 복소 전기비저항 자료로부터 SIP 변수의 공간적인 분포를 계산하기 위하여, Cole-Cole 모델을 이용하여 SIP 변수들을 역산을 통해 계산하게 된다. 수치 실험을 통하여 역산된 SIP 변수의 영상이 실제 모델과 잘 일치하고 있음을 확인하였다. 개발된 SIP 해석기법은 일반적인 전기비저항 탐사보다 유용한 지하 영상을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제20권2호
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• pp.100-113
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• 2017

유도분극(induced polarization; IP) 탐사는 분극 현상으로 인해 매질에서 발생하는 과전압을 측정하는 전기전자 탐사법으로 주로 금속 광상을 찾을 때 사용되었으나 장비의 발전에 힘입어 최근에는 지하수, 환경 오염, 지반 등 여러 분야에서 다양하게 활용되고 있다. IP 탐사에는 충전율을 측정하는 시간영역 IP 탐사, 진동수 효과를 측정하는 진동수영역 IP 탐사, 그리고 복소수 전기비저항을 측정하는 복소 전기비저항 탐사와 광대역 IP (spectral IP; SIP) 탐사 등이 있다. 또한, 최근에는 전극 형태의 측정 방법의 단점을 보완하기 위해 전자기 유도에 기초한 IP 법도 개발되어 지속적으로 연구가 진행되고 있다. 다양한 IP 탐사법에 대한 체계적인 이해를 돕기 위해 이 논문에서는 1) 송신원 형태와 측정 자료를 기준으로 IP 탐사법을 분류하고 이들에 대한 개념 정리와 함께 2) 각 탐사법의 수치 모델링 및 역산 알고리듬 발전 과정을 자세히 기술하고 3) 마지막으로 IP 탐사의 다양한 현장 활용 사례를 소개하고자 한다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제24권4호
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• pp.194-201
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• 2021

유도분극 효과는 지층 내 광물입자와 공극수 사이 계면에서의 전기화학적인 반응에 의해 발생하는 것으로 알려졌다. 광대역 유도분극 탐사는 다중 진동수의 교류전류를 지하로 송신할 때 측정되는 위상과 전기비저항 스펙트럼으로부터 지층 내 이상 구간을 파악하는 전기탐사 기술이다. 이 기술은 다양한 광물탐사에서 효과적으로 적용되고 있다. 경기도 포천시 관인면 고남산 일대에는 티탄철광석을 개발하는 광산이 운영되고 있다. 이 광석에는 0.4% 이상의 바나듐을 함유하고 있어서 함바나듐 티탄철광상으로 분류된다. 바나듐은 바나듐 레독스 흐름전지의 핵심원료이고, 이 전지는 대용량 에너지 저장시설에 적합한 것으로 알려졌다. 신규 잠두광체의 부존 여부를 파악하고, 잠재 자원량을 산정하기 위하여 체계적인 광물탐사가 이뤄졌다. 물리탐사에서 노두와 시추코어 시료를 이용한 실내 암석 물성 측정결과는 현장자료부터 신뢰할 수 있는 물성 모델을 생성하는데 도움이 된다. 따라서 이 연구는 함바나듐 티탄철광상의 광석과 주변암석사이의 유도분극 특성 차이를 이해하고, 이를 바탕으로 광대역 유도분극의 VTM 광상 탐사 적용성을 파악하고자 실내 광대역 유도분극 연구를 수행했다. 연구결과 갱도와 시추코어에서 확인한 광석의 위상과 전기비저항 스펙트럼 형상은 몬조섬록암과 석영 몬조섬록암으로 이루어진 주변모암의 스펙트럼 형상과 확연하게 달랐다. 암석의 유도분극 특성은 주로 100 Hz 이하의 진동수에서 반응 차이를 가지게 만든다. 이 진동수 영역에서 광석과 주변 암석의 평균 위상과 평균 전기비저항을 계산했다. 가장 낮은 진동수인 0.1 Hz 진동수에서 광석의 평균 위상은 -369 mrad, 주변 암석은 -39 mrad 이었다. 같은 진동수에서 광석의 평균 교류 전기비저항은 16 Ωm, 주변 암석은 2,623 Ωm이었다. 광석의 실내 광대역 유도분극 특성은 주변 암석과 상당한 차이가 나므로 광대역 유도분극 탐사가 함바나듐 티탄철광상 광물탐사에 효과적으로 적용할 수 있고, 이러한 특성은 현장 탐사 자료를 해석하는 데 도움이 될 것으로 판단된다.

• 자원환경지질
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• 제45권4호
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• pp.351-363
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• 2012

본 연구는 부존광체 평가기술 개발을 위해 수행된 것으로 황화광물, 산화광물 및 스카른 광물에 대한 모달 함량비(vol%), 입자크기, 조직의 특성에 따라 나타나는 광대역 유도분극(Spectral Induced Polarization, SIP) 반응특성의 관련성 파악에 초점을 두고 있다. 테스트베드로 강원도 삼척시에 위치한 가곡 연 아연 스카른 광상에서 채취된 9개의 시추코어를 선정하였으며, 이 지역의 연 아연광화대는 캠브리아기 천해성 셰일과 석회암이 혼재된 묘봉슬레이트층과 대륙붕 탄산염 퇴적물로 이루어진 풍촌석회암층의 접촉부를 따라 관입한 백악기 석영몬조니암 성분의 화강반암과의 접촉부를 따라 형성되어 있다. 본 연구에 사용된 9개의 시추코아 시료는 육안 관찰시 비교적 스카른광물 함량이 높으며, SIP 반응이 높은 것(그룹 I), 중간 것(그룹 II), 낮은 것(그룹 III)의 세 개의 그룹으로 구별되고 있다. 그룹 I 암석은 자류철석(25-38 vol.%)과 각섬석(40-55 vol.%)의 모달 함량이 가장 높으며 가장 조립질의 특성을 보이고, 그룹II 시료는 자류철석(7-13 vol.%)의 함량이 비교적 낮으며 석류석(44-68 vol.%)의 모달 함량이 높고 광물 입자는 대체로 세립으로 나타난다. 그룹 III 암석은 자류철석(1-7 vol.%)의 모달 함량이 가장 낮고 휘석(24-66 vol.%)의 함량이 가장 높으며, 광물입자는 매우 세립질인 것이 특징이다. 암석을 구성하고 있는 주요 광물인 자류철석의 입자크기도 그룹 I (≅ 5 mm, < 2.5 mm)에서 그룹 II (< 2.5 mm), 그룹 III (< 1.6 mm)으로 가면서 세립화되는 경향을 보인다. 이들 세 그룹의 자류철석의 모달 함량, 입자의 크기는 SIP반응 상관관계 다이아그램에서 체계적인 지수함수의 관련성을 가지고 대비된다. SIP 반응특성과 황화광물의 모달함량비 사이에 이러한 체계적인 관련성이 존재한다는 것은 부존광체 평가기술 개발에 의미 있는 데이터를 도출하게 될 것으로 여겨진다.