• 지구물리와물리탐사
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• 제7권1호
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• pp.25-32
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• 2004

We have carried out laboratory measurements of P-wave velocity and deformation strain during $CO_2$ injection into a porous sandstone sample, in dry and water-saturated conditions. The rock sample was cylindrical, with the axis normal to the bedding plane, and fluid injection was performed from one end. Using a piezoelectric transducer array system, we mapped fluid movement during injection of distilled water into dry sandstone, and of gaseous, liquid, and supercritical $CO_2$ into a water-saturated sample. The velocity changes caused by water injection ranged from $5.61\;to\;7.52\%$. The velocity changes caused by $CO_2$ injection are typically about $-6\%$, and about $-10\%$ for injection of supercritical $CO_2$, Such changes in velocity show that the seismic method may be useful in mapping $CO_2$ movement in the subsurface. Strain normal to the bedding plane was greater than strain parallel to the bedding plane during $CO_2$ injection; injection of supercritical $CO_2$ showed a particularly strong effect. Strain changes suggest the possibility of monitoring rock mass deformation by using borehole tiltmeters at geological sequestration sites. We also found differences associated with $CO_2$ phases in velocity and strain changes during injection.

• 지질공학
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• 제24권3호
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• pp.353-362
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• 2014

다공질 암석의 공극구조는 그 암석의 수리-역학적 거동에 매우 큰 영향을 미친다. 다공질 암석의 공극구조 특성을 표현하는 대표적인 방법은 공극률, 공극크기분포, 방향성 등이 있다. 암석의 유효공극률은 실험적으로 비교적 쉽게 구할 수 있지만, 공극의 크기분포 특성을 파악하는 것은 매우 어려운 실정이다. 본 연구에서는 X-ray CT를 이용하여 대표적 다공질 암석인 베레아 사암의 공극구조 중 공극크기분포를 이미지 기반으로 평가하였다. 공극크기분포 평가를 위해 본 연구에서는 이미지 필터링, 이진화, 골격화 등의 이미지 기반 처리 작업을 수행하였으며, 국부 두께평가 및 star chord를 이용하여 베레아 사암의 공극크기분포를 구하였다. 본 연구에서 제시된 X-ray CT 기반의 공극크기분포 평가방법을 이용하여 향후 다공질 재료의 공극구조 평가에 새롭고 효율적인 방안을 제시하고자 하였다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제17권3호
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• pp.121-128
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• 2014

투과도는 다공질 암석 내에서 유체의 유동 특성을 나타내는 중요한 매개변수로서 일반적으로 코어 시료의 유체 유동실험을 통해 산출된다. 하지만, 유체 유동실험을 위해서는 별도의 실험장치가 필요하며, 투과도가 낮을 경우 많은 시간이 소요될 수 있다. 본 연구에서는 일련의 투과도 측정 실험 없이 시료의 건조과정만으로 투과도를 도출하기 위해 유체투과도, 공극률, 건조율간의 상관관게를 분석하였다. 공극률은 표면건조 포화시료를 건조시키면서 무게 변화를 연속적으로 측정하는 건조 모니터링 방법을 이용하여 산출하였으며, 건조율은 물 포화율에 따른 시료의 무게 변화율로부터 구했다. 70 ~ 670 mD의 투과도를 보이는 6개의 베레아 사암을 이용해 회귀분석한 결과 공극률 및 건조율로부터 다공성 사암의 투과도를 예측할 수 있는 새로운 경험식을 도출하였다.

• 터널과지하공간
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• 제23권3호
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• pp.228-240
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• 2013

퇴적암에서 나타나는 이방성은 층리에 의한 영향이 크며, 암석의 수리적 특성에도 영향을 주게 된다. 본 연구에서는 층리가 발달한 다공질 사암을 대상으로, 층리구조에 의해 발생한 공극구조 이방성이 사암의 수리 이방성에 미치는 영향을 분석하였다. 사암의 공극구조 이방성 파악을 위해 X-ray CT(computed tomography)를 이용하여 내부 공극률의 변화양상을 분석하였다. 층리방향에 따른 수리이방성은 층리면과 수평면이 이루는 각도를 $0^{\circ}$에서 $90^{\circ}$까지 $15^{\circ}$간격으로 코어링한 샘플을 제작하여 투수실험을 통해 파악하였다. 투수실험 결과 층리면과 투수방향이 수직인 경우 투수율이 가장 작은 값을 나타낸 반면, 층리면과 투수방향이 평행일 때 가장 높은 투수율을 나타내었으며, 평균 수리이등방비($k_{90^{\circ}}/k_{0^{\circ}}$)가 1.8로 층리에 따른 수리 이방성이 확연하게 나타났다. 또한, 이러한 사암의 수리이방특성은 층리에 의해 공극특성이 서로 다른 층상구조가 형성되기 때문임을 확인하였다.

• 한국지구물리탐사학회:학술대회논문집
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• 한국지구물리탐사학회 2008년도 공동학술대회
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• pp.141-144
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• 2008

선진국에서는 온실가스 감축을 위한 이산화탄소 지중저장에 대하여 다양한 연구가 진행되고 있으며, 또한 염수대수층을 대상으로 파일럿 사이트를 운영하고 있다. 이산화탄소 지중저장에 있어서 모니터링 기술로 탄성파 및 전기비저항 토모그래피탐사가 적용되고 있으며, 이산화탄소 주입 전후의 탄성파 및 전기비저항의 변화로부터 주입범위 및 거동 해석을 시도하고 있다. 본 연구는 이러한 모니터링 기술을 개발하기 위하여 고압베셀을 이용하여 압력 및 온도를 제어할 수 있는 실내모사 실험 장치를 개발하고, 다공질 사암에 초임계상태의 이산화탄소를 주입하면서 전기비저항 및 탄성파 속도를 측정할 수 있는 시스템을 구축했다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제9권1호
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• pp.10-18
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• 2006

물로 포화된 이방성 사암에 기체상, 액체상, 그리고 초임계상의 $CO_2$를 주입하면서 P 파의 속도 변화를 측정하였다. 층리면에 수직한 방향과 수평 방향을 따라 시추한 2 개의 원통 모양의 Tako 사암들에 압전 송수신 배열 시스템을 이용하여 P 파 속도를 측정하였다. $CO_2$ 주입으로 인한 속도 변화는 일반적으로 -6%의 평균값을 보였으며 초임계상의 $CO_2$를 주입하는 경우에 약 -16%의 최대값을 나타냈다. 차분도착주시법(differential arrival-time)으로부터 얻은 P 파 속도 토모그램은 $CO_2$의 유동이 층리면에 평행할 때보다 수직한 경우 $CO_2$의 이동 양상이 더 복잡하다는 것을 명백히 보여주고 있다. 또한 P 파 속도 영상의 차이가 $CO_2$의 상과 암석내 공극분포의 불균질성과 관련되었음을 발견하였다. 초임계상의 $CO_2$를 주입한 경우, 탄성파 영상은 기체상과 액체상의 $CO_2$를 주입한 경우에 비해 가장 큰 속도 감소를 보였다 이 결과는 지중 격리시 $CO_2$ 모니터링에 대한 탄성파 방법의 효용을 확신시켜 줄 것이다.

• 보존과학회지
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• 제21권
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• pp.21-32
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• 2007

젤 반응을 통해 약화된 석재 조직에 응집력을 주어 석재를 강화시킬 뿐 아니라, 물의 침투로 인하여 발생될 수 있는 석재의 풍화나 손상을 방지하기 위해 소수성 도입 및 2차 박리를 막기 위해 에폭시 접착제와 상호작용이 있는 기능성 석재강화제를 개발하였다. 또한 상업적으로 사용되고 있는 알콕시실란계 강화제의 특성을 비교 연구하였다. 상업화된 알콕시 실란계 석재 강화제의 기본 물질인 tetraethoxysilane에 발수성 기능을 갖고 있는 methy tri silane, ethyl tri silane 그리고 에폭시기를 갖고 있는 (3-glycidyloxypropyl)trimethoxysilane를 도입하여 기능성 석재 강화제를 개발하였다. 사암과 화강암에 처리하였고, 젤 형성 시간, 발수성 및 기공도 변화, FT-IR 분석 및 SEM등을 통해 상업화된 석재 강화제와 비교하여, 응용가능성을 확인하였다.

• 한국광물학회지
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• 제22권4호
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• pp.313-324
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• 2009

지표-지각환경을 구성하는 지질매체의 구조와 성질의 정량적-체계적 이해를 위한 예비연구로, 매질을 구성하는 입자의 모양, 크기, 충전 밀도가 공극 구조의 특성과 매질의 성질에 미치는 영향을 알아보기 위해 입자의 모양이 구형인 글래스 비드와 모양이 불규칙한 실리카 젤을 이용하여 입자 크기와 공극률이 서로 다른 다양한 다공성 매질을 준비하였고, 핵자기공명 현미영상을 이용하여 약 $50\;{\mu}m$의 분해능으로 삼차원 영상을 획득하였다. 분석 결과, 지름 약 0.2~1.3 mm 크기의 입자로 구성된 다공성 매질의 비표면적은 2.5부터 $9.6\;mm^2/mm^3$, 공극률은 0.21에서 0.38, 투수율은 11.6에서 892.3 D이며, 이는 일반적인 미고결 샌드가 갖는 값의 범위에 해당된다. 비표면적, 공극률, 투수율의 관계는 Kozeny 식에서 예상된 경향과 비교적 일치하였다. 상자집계 프랙탈 차원은 공극률, 비표면적과의 관련성이 높으며, 공극률이 0.29~0.38일 때 비표면적이 약 2.5부터 $6.0\;mm^2/mm^3$까지 증가할수록 프랙탈 차원이 2.6에서 3.0까지 선형으로 증가하며, 공극률이 0.21~0.28일 때 비표면적이 약 2.5부터 $9.6\;mm^2/mm^3$까지 증가할수록 프랙탈 차원이 2.5에서 3.0까지 선형으로 증가한다. 실제 다공성 사암에 포함된 유체의 삼차원 구조를 핵자기공명 현미영상으로 영상화하였고, 이에 대한 비표면적은 $0.33\;mm^2/mm^3$, 공극률은 0.017, 투수율은 30.9 mD, 상자 집계 프랙탈 차원은 1.59로 계산되었다. 본 연구에서 제시된 것과 같이 핵자기공명 현미영상은 다양한 다공성 매질의 삼차원 공극 구조를 영상화할 수 있고, 삼차원 공극 구조에 대한 상자집계 프랙탈 차원은 본 연구에서와 같이 다양한 공극 구조에 대해 분석이 가능하며, 다공성 매질의 이동 특성을 나타내는 매개 변수들과 지진파 감쇠 등에 대한 조절 인자로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 터널과지하공간
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• 제22권4호
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• pp.276-283
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• 2012

화강암(풍화), 석회암, 사암, 응회암, 셰일, 현무암 등 6가지 국내 암석을 대상으로 동결-융해에 의한 암석의 풍화과정을 실험하였다. 동결-융해 시 온도범위는 $-20^{\circ}C{\sim}10^{\circ}C$로 최대 40회까지 동결-융해를 반복하면서 비중, 공극률, 탄성파 속도, 쇼어경도를 측정하였다. 동결-융해 횟수가 증가함에 따라 공극률이 큰 화강암(w), 셰일, 현무암의 경우 기존의 균열이 성장하는 것이 뚜렷이 관찰되었고 시험편이 상하부로 분리되기도 하였다. 비중의 변화는 뚜렷이 관찰되지 않았다. 화강암(w), 셰일, 현무암의 탄성파 속도와 쇼어경도 값은 동결-융해에 의해 크게 감소하였고 석회암, 사암, 응회암의 경우 그 변화폭이 작았다. 공극률의 경우 인장강도가 작은 화강암(w), 셰일, 현무암이 크게 증가하였고 나머지 암종은 거의 변화하지 않았다. 실험 결과를 이용하여 선형 회귀식을 도출하였고, 각 회귀식의 계수와 동결-융해 풍화 민감도(=초기 공극률/초기 인장강도)와의 상관관계를 살펴보았다. 이를 이용하여 암석의 초기 물성 값만으로도 동결-융해에 의한 풍화를 예측 가능할 것으로 판단된다.

• 지질공학
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• 제31권2호
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• pp.149-163
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• 2021

특성이 서로 다른 화강암, 대리암 그리고 사암에 대하여 일축압축시험과 반복재하시험을 실시하여 암석의 손상특성을 분석하였다. 일축압축시험으로 암석들의 강도, 탄성상수 그리고 손상기준응력을 결정하였고 이를 반복재하시험의 결과와 비교하였다. 반복재하시험으로 측정된 암석들의 평균 강도는 일축압축시험으로 측정된 값보다 약간 작거나 유사였다. 특히 강도가 높고 공극률이 낮은 암석들이 공극률이 매우 큰 연약한 암석들에 비해 반복하중에 의한 피로현상에 더 민감하였다. 반복 재하-제하 과정에서 발생되는 암석의 영구변형률은 암종에 따라 약간의 차이는 있으나 암석의 손상상태를 파악할 수 있는 유용한 도구로 활용할 수 있다는 것을 확인하였다. 특히 응력-누적영구변형률 곡선은 화강암과 대리암에 대하여 균열손상응력을 추정할 수 있는 가능성을 보여주었다. 시험과정에 미소파괴음을 측정하여 암석의 손상상태를 판단할 수 있는 펠리시티 비를 계산하였다. 공극이 매우 많고 연약한 사암은 미소파괴음의 방출이 매우 미약하여서 펠리시티 비의 계산에 어려움이 있었다. 반면 공극이 적고 취성의 특성을 보이는 화강암과 대리임의 경우 반복재하단계에서 계산된 펠리시티 비를 통하여 암석의 균열손상응력을 추정할 수 있는 가능성을 보여주었다. 향후 더 많은 시료와 다양한 종류의 암석을 대상으로 추가적인 시험을 진행하여 공통적인 결과를 도출한다면 유사한 조건을 갖는 암반의 손상과 변형 거동을 파악하는 데 도움이 될 수 있을 것으로 판단된다.