IEG 환경지질연구정보센터

지질공학│응용지질학

330 2011 추계지질과학연합학술발표회 초록집

Berea 사암의 공극특성이 수리-역학적 이방성에 미치는 영향

추민경

․송인선

․이희권

․김태희

․장찬동

1

충남대학교 지질환경과학과, [email protected]

2

144

한국지질자원연구원 지구환경연구본부

본 연구에서는 Berea 사암의 수리-역학적 이방성과 암석을 구성하는 공극들의 구조 및 연결

성과 관련된 파라미터와의 상관관계에 대하여 분석하였다. 외견상 층리면이 잘 발달된 Berea

사암의 블록을 층리와 수직, 경사(45°), 평행한 방향으로 코어링하여 지름 38 mm, 길이 100

mm의 원통형 시료를 만들었다. 각 시료에 대하여 공극률, 투수율, 탄성파속도(P파), 전기임피

던스를 측정하였다. 공극률은 층리의 방향과 상관없이 19.0-19.4% 정도이며, 총공극률(

)과

유효공극률(

)의 차이는 ~0.4%로 크지 않았다. 투수율과 탄성파속도, 전기적 성질은 층리

의 방향에 따라 다른 값을 보였다. 투수율은 층리와 수직한 방향으로는 ~4.6×10

m

, 평행한

방향으로는 ~1.3×10

m

, 45°의 방향으로는 ~5.5×10

m

를 보이며, 탄성파속도는 건조된

상태에서 각각 ~2.0 km/s, ~2.2 km/s, ~2.0 km/s를 보였다. 다양한 주파수의 교류를 공극수로

포화된 시료에 인가하여 전기임피던스를 측정하였으며, Randle의 등가회로 모델을 적용하여

암석의 비저항과 전기용량을 구하였다. 암석시료의 전기적 성질은 공극수의 염도(0 - 4%)에

가장 민감했으며, 층리의 방향에 따른 이방성도 보여주었다. 비저항은 층리의 수직한 방향에

서 가장 높고 평행한 방향으로 가장 낮았으며, 전기용량은 그 반대의 경향성을 보여 주었다. 암

석의 공극의 기하학적 특성을 포함하는 파라미터인 formation factor (

), tortuosity (

), ce-

mentation factor ( )를 각 방향성 별로 분석하였다. 공극수로 포화된 시료의 비저항과 공극

수의 비저항의 비인 formation factor (

)는 층리의 수직한 방향에서 가장 높았다. 유체 흐름

의 만곡도를 나타내는 tortuosity(



)와 공극네트워크와 광물입자배열의 불균질성

및 복잡한 정도를 나타내는 cementation factor (

)도

와 마찬가지로 층

리와 수직한 방향에서 가장 높았다. 따라서 본 실험 결과로부터 층리면에 수직한 방향으로 광

물입자의 배열이 더 복잡하고 불규칙하며 공극의 연결성도 떨어지는 것으로 보인다. 이는 층

리와 수직한 방향으로 가장 낮은 투수율과 탄성파속도, 가장 높은 전기비저항 값을 보이는 실

험 결과와도 잘 일치한다. 한편 암석의 층리면을 따라서는 광물 입자의 연결성 뿐 아니라 공극

의 연결성도 다른 방향에 비해 높다는 것을 알 수 있다. 따라서 암석의 수리-역학적 이방성이

공극의 기하학적인 형태와도 매우 밀접한 관계를 가지는 것으로 판단된다.