APPLICATION OF TELEVIEWER AND COLOR-CORESCANNER FOR THE ESTIMATION OF GNEISS STONE RESOURCES OF HADONG, KYEONGSANNAMDO PROVINCE

하동지역 편마암 석재의 품질 평가를 위한 텔레뷰어 및 칼라 코어스캐너의 응용

현혜자*․김중열**

*한국지질자원연구원 지반안전연구부

**(주) 소암컨설턴트

Application of Televiewer and Color-corescanner for the Estimation of Gneiss Stone Resources of Hadong, Kyeongsannamdo Province

Hyun, Hye-Ja*․Kim, Jung-Yul**

*Geotechnical Engineering Division, Korea Inst. Geoscience and Mineral Res.

**Soam Consultant Co., LTD

요 약 석산 내의 절리구조를 정확하게 규명하는 것은 석재의 채수율 결정뿐만 아니라 체계적이고 효율적인 개발 계획 수 립에 있어도 매우 중요하다. 또한 암맥 및 엽리 발달상태, 풍화 내지 변질정도, 구성 광물과 같은 암반의 성상은 석재의 재질을 평가하는 데 중요한 요소가 되고 있다. 따라서, 본 연구의 목적은 텔레뷰어 탐사 및 칼라 코어스캐 너를 통해 절리구조 및 암반 성상에 대한 바람직한 정보를 제공하는 데 있다. 텔레뷰어 탐사는 경남 하동 반상 변 정질 편마암 석산에서 천공된 7개의 시추공에 대해 수행되었으며, 그 시추코어들은 칼라 코어스캐너에 의해 디지 털 이미지화 되었다. 텔레뷰어 이미지에서는 모든 종류의 절리들이 뚜렷하게 인식되고 있으며, 그의 연장 상태도 조사됨으로써 석산 내의 석재 품질을 파악하는 데 도움을 주고 있다. 한편, 고분해능(최대 20 pixels/mm) 코어 이 미지는 텔레뷰어 자료에서는 확인하기 어려운 광물의 입자 크기 및 분포, 엽리 발달상태 등과 같은 암반 성상에 대 한 자세한 정보를 제공하고 있다.

주요어 절리구조, 암반 성상, 텔레뷰어, 칼라코어스캐너, 석재

ABSTRACT Analysis of fracture system in a stone quarry mine is a critical importance in assessing the recovera- ble amounts of building stones as well as in establishing the systematic and efficient development plan. Rock formation comprising vein structure, degree of weathering, and compositon of minerals, is a critical factor of estimating the stone quality. The aim of this study is to provide desirable informations about both fracture pattern and rock formation by using Televiewer and Color-corescanner. Televiewer measurement were conducted at 7 boreholes in the gneiss quarry mine, Hadong, Kyeongsangnamdo province and the corresponding cores were scanned using Color-corescanner at the same place. In Televiewer images, all kinds of fractures were clearly observed and a better discrimination of stone quality can be identified. Meanwhile, the core images with high resolution (max. 20 pixels/mm) provided detailed informations on rock formation such as features of particles and fissures that can be nearly undetected by Televiewer.

Key words fractures, rock formation, Televiewer, Color-corescanner, stone quarry mine

1. 서 론

석산 개발에 있어 단층, 절리 및 균열 등으로 이루

어지는 불연속면의 구조는 채석실수율을 결정짓는 요 소일 뿐만 아니라 그에 대한 개발 계획을 수립하는 데 있어 가장 중요한 정보라 할 수 있다. 또한, 석재 구

성 광물의 종류, 입자 크기, 함량비 그리고 암맥이나 변질대의 발달상태 등은 석재의 품질을 가늠하는 척도 로 사용될 수 있다(Hyun and Kim, 2004 :현혜자와 이병태, 2004). 이러한 석재 품질에 대한 정보는 시추 코어를 원형, 원색 그대로 360° 스캐닝하여 디지털 이 미지화하고 이를 분석함으로써 얻을 수 있는 것이다 (현혜자외, 2003: 현혜자와 손진담, 2003: 현혜자, 2004).

따라서, 본 연구에서는 우선 텔레뷰어 탐사를 통하여 각종 불연속면(단층, 절리 및 균열 등)의 정확한 경사 방향, 경사각 및 연장 상태는 물론 강도에 대한 정보 를, 칼라 코어 스캐닝 기술을 이용하여 상기 석재 품 질에 대한 정보를 제공함으로써 체계적이고 효율적인 석산 개발을 위한 계획 수립에 바람직한 자료를 제시 하는 것을 목적으로 하고 있다. 이러한 연구는 경상남 도 하동군 하동읍 흑룡리 산 158 일대에 분포하는 선 캠브리아기의 반상변정 화강암질 편마암 석재를 개발 하고 있는 석산이 정밀조사 지역으로 선정되었다(남기 상외, 1989 : 김선억, 1993). 본 석산 내에서 선정된 7 개공(BH-1∼BH-7)에 대해 실시된 텔레뷰어 탐사 내 용의 분석결과를 통해 본 석산의 절리구조에 대한 정 보를 제공하고 있다. 또한, 칼라 코어스캐너로부터 얻 게 된 코어 이미지 및 그에 대한 성분 분석 결과를 통해 석재 품질에 관한 정량적인 자료를 제시할 수 있 음을 보여주고 있다. 본 논문에서는 텔레뷰어 탐사 및 칼라 코어스캐너의 기본원리를 재검토하고 텔레뷰어 이미지에서 불연속면에 대한 분석 및 통계학적 자료처 리를 거쳐 불연속면 연장상태 조사를 하였다. 또한, 고 해상 시추코어 이미지를 분석하여 암맥 발달 상태를 파악하고 암석 구성성분을 영상분석하였다.

2. 텔레뷰어 탐사 및 칼라 코어스캐너 기법의 근본원리

텔레뷰어는 초음파 빔(ultrasonic beam)을 이용하 여 공벽을 빈틈없이 스캐닝 함으로써 공벽에 표출된 암반의 물성 및 절리 발달 상태를 규명할 수 있는 일종의 첨단 물리검층이다(Schepers, 1991: 김중열과 Schepers, 1995). 시추공 중심으로부터 공벽을 향하여 거의 수직적으로 초음파 빔을 방사하였을 경우 공벽에 의해 반사되어 다시 시추공 중심으로 되돌아 온 초음 파 빔의 진폭과 주시는 텔레뷰어 측정의 핵심 데이터

이다. 여기서 진폭치는 공내 매질(물)과 공벽 암반과의 임피던스(밀도 × 탄성파속도) 대조 혹은 공벽의 반사 계수 R(0∼1)에 따라 달라진다. 이 때문에 바로 암반 의 물성과 직접적으로 연관된다. 만약, 초음파 빔이 공 내 불연속면(혹은 절리)에 입사되면 산란현상에 의해 되돌아오는 초음파는 상당한 에너지를 잃게 되며 그로 인해 절리의 식별이 용이하게 된다. 한편, 반사파의 주 시는 시추공 크기 및 공벽 상태를 파악할 수 있는 훌 륭한 자료가 된다. 즉, 시추공 중심과 공벽간의 왕복주 시는 이미 알려진 물의 탄성파속도(≃1500m/s)에 의 해 그 거리(시추공 단면이 원형일 경우 반경에 해당) 로 전환될 수 있기 때문에 그 결과는 바로 고분해능 공경 검층 결과가 된다. 따라서, 반사파 주시는 공벽의 거칠음, 공벽의 크기, 공벽의 원형상태에 따른 응력분 포 추정, 절리의 열린 상태 등에 대한 정보를 제시하 게 된다(김중열, 2000).

시추공 축 상에 놓여있는 초음파 발생원은 모터에 의해 일정 속도로 회전한다(Fig. 1의 왼쪽 부분 참조).

일반적인 텔레뷰어 응용에서는 매 회전마다 144 차례 초음파 빔을 방사하며 이러한 측정과정은 발생원이 시 추공의 중심축 상에서 이동하는 동안 반복된다. 한편, 각 초음파 방사각에 대한 반사파(analog signal)의 진 폭 및 주시는 마이크로프로세서에 의해 수치화되어 발 췌되며 그 값들은 다시 그 시점의 자력계(3 component flux-gate magnetometer)와 경사계(2 component inclinometer) 수치와 함께 기록된다. 다시 말하면, 두 개의 독립변수 즉, 일정 심도 및 그에 따른 일정 방사 각에는 진폭치 와 주시치가 주어지며 그들은 다시 자력 계 수치에 의해 재 정돈(자북 기준)된다. 이러한 2차 원 데이터를 텔레뷰어 이미지라 하며 여기에는 진폭 이미지와 주시이미지로 분리된다. Fig. 1의 오른쪽 그림은 임의의 절리면이 존재할 경우 공벽에서 관찰 되는 타원형이 텔레뷰어 진폭이미지에서는 정현곡선(흔 히 fracture signature이라 함)으로 표현되고 있음을 나 타내고 있다. 또한 그로부터 그 절리면에 대한 경사방 향 φ 및 경사각 α가 쉽게 산출될 수 있음을 보여주 고 있다. 즉, 정현곡선의 최소 진폭치에 대응되는 방사 각이 경사방향에 해당되며, 경사각은 정현곡선의 진폭 크기(h)가 커짐에 따라 큰 값을 나타낸다.

칼라 코어스캐너(Color corescanner)는 코어 외형 을 광학적으로 촬영하고 동시에 디지털 기록 처리함으

Fig. 1 An acoustic source emits an ultrasonic beam at the borehole wall as we pull up and down the Televiewer in the

로써 암반 성상을 그대로 복원하여 data base화한다.

물론 그로부터 지질학적 및 지질구조학적 분석의 효율 성을 극대화할 수 있는 하나의 첨단 기술이다(김중열과 Rafat, 1997 : 현혜자외, 2003). 칼라 코어스캐너에 대 한 착상 및 그에 따른 기본 hardware 및 software는 이미 수년전 독일 DMT-GeoTec에서 개발된 바 있다.

그 이후 한․독 국제공동연구를 통하여 측정 장치의 내구성 및 운용의 효율성은 물론 분석기법의 다양성에 이르기까지 독보적인 연구결실을 낳게 되었다.

Fig. 2는 당소에 설치된 칼라 코어스캐너 측정 및 전산처리 시스템 전모를 보여주고 있다. 측정시스템은 크게 ① 코어를 회전하게 하는 모터, ② 코어를 촬 영하여 DSP(Digital Signal Processing) 처리하는 CCD(전하 결합소자) line camera, ③ 모터제어 인터 페이스와 카메라 인터페이스를 내장하여 데이터를 저 장하고 동시에 영상화하는 PC시스템으로 구성되어 있 다. 코어는 고무로 피복된 두개의 플라스틱 봉 사이에 물려서 일정한 속도로 회전된다. 이 때 회전장치의 제 한된 규격으로 인하여 코어의 총 연장은 최대 1m이며 코어의 직경은 40mm∼150mm범위 내에서 측정 가능 하다. 본 시스템에서 촬영을 위한 color camera CCD RGB(Red Green Blue) linear sensor의 분해능은

코어의 직경이나 길이에 관계없이 최대 20pixels/mm 에 달하고 있다. PC에 내장된 측정 운영 소프트웨어 는 MS-window NT상에서 가동되고 있으며 그의 주 된 기능은 코어 길이의 실측화에 따른 제반조정, 측정 제어, interactive picking of structural information, 코어 이미지(예: 명암, 초점화, 색깔) 교정 및 데이터 관리(Bitmap format저장, 영상화 및 도면화 등)이다.

칼라 코어스캐너 기법에 의해 코어를 촬영하는 방식 에는 다음 두 가지 즉, “unrolled mode”와 “slabbed mode”로 차별화 된다. Unrolled Mode는 코어(최대 길이 약 1000 mm)를 일정속도로 회전하게 하여 코 어 정상부를 CCD line camera에 의해 연속적으로 디지털 촬영함으로써 코어외형 전면을 복원하는 측정 기법이다. 광학적인 이미지 왜곡을 최소화하기 위해 unrolled mode의 기본 측정구간(코어길이)은 약 330 mm이다. 따라서, 약 1m 코어를 촬영할 경우에는 코 어가 연속적으로 세 차례나 회전하게 된다. 이러한 연 속측정은 비록 코어회전 속도와 코어상단-렌즈 거리가 조정되고 있으나, 코어원주 방향(shift 교정) 및 코어 길이 방향(overlap)에서 다소의 편차를 유발하게 된 다. 이에 대한 교정은 측정소프트웨어에 의해 쉽게 이루 어진다. Slabbed Mode는 이전과는 달리 line camera

Unrolled mode Slabbed mode

Fig. 2 The location Outlook of Color-corescanner measuring system. The cores are rotated about their longitudinal axis

를 일정속도로 이동함으로써 고정된 스캐닝 대상의 상 부면을 디지털 촬영하는 기법이다. 이때 표면의 최대 폭은 300mm이며, 표면의 최대길이는 약 1000mm에 달한다. 따라서, slabbed mode에 의해 코어가 담긴 박스 자체를 스캐닝 할 수도 있는 것이다.

코어이미지가 갖는 주요 기능 중 하나는 우선 코어 의 양면(코어 외형 전체)이 이미지화 되었기 때문에 불연속면 분석을 위한 온전한 자료가 됨은 물론 그에 대한 정량적인 분석이 가능한 데 있다. 나아가서 이러 한 이미지 그 자체는 바로 구성성분(예: 운모, 장석, 석영 등)의 상대적인 분포(modal analysis)를 쉽게 계산할 수 있는 기본 자료로 이용된다.

3. 석재의 품질 평가

본 조사지역은 행정구역상으로 경남 하동군 하동읍 흑룡리 일대이다. 지리 좌표상으로는동경 127°42‘00“

∼128°43’00”, 북위 35°6‘00“∼35°7’00” 사이에 해당된 다. 조사 대상지역의 범위는 동-서 길이로 약 1.5km 이며 남-북으로는 1.8km로, 면적은 약 2.7km²이다(김 주용외, 2001).

이 지역은 기저를 이루는 선캠브리아기의 변성암류 가 대부분의 지역을 넓게 덮고 있다. 이들과 부정합인 관계를 가지고 중생대 경상계 퇴적암류가 분포한다.

후기에 중생대 화산암류가 관입 또는 분출하였으며, 심성암류가 앞에서 논한 암석류를 관입하여 곳곳에 산 재되어 있다(남상기외, 1989).

텔레뷰어 탐사는 정밀 조사지역 내의 선정된 7개 시추공 모두에서 실시하였다(Fig. 3 참조). 또한, 시추 코어는 칼라 코어스캐너 기법에 의해 고해상 디지털 영상자료가 획득되었다.

3.1 텔레뷰어 이미지

현장에서 얻은 텔레뷰어 측정데이터(raw data)는 우 선 자북방향을 기준으로 정돈된 후 기본 전산처리 과 정(structural analysis + televiewer rock strength + amplitude adjustment)를 거치게 된다. Fig. 4에 는 시추공 BH-5의 심도 약 3m∼11.3m 구간에 대한 결과를 차례로 진폭이미지, 텔레뷰어 암석강도, 3D caliper log, arrow plot로 나타내고 있다. 첫 번째 트랙은 시추공벽에서 반사된 초음파의 진폭치를 나타

Fig. 4 Example of Televiewer log combination.

From left to right : amplitude image, Televiewer rock strength, 3D caliper log, arrower plot. Change in the reflected amplitude due to fracturing, roughness of the wall(see the 3D caliper log) and lithology chang are clearly visible. A smooth surface reflects much more energy than the rough one, while an oblique surface due to the irregularities of borehole wall reflects energy away.

Fig. 3 The location of Televiewer measurement boreholes

내고 있다(진폭이미지). 여기서, 상대적으로 낮은 진폭 은 그만큼 짙은(푸른) 색깔로 표현된다. 그로 인해 다양 한 형태(sine curve)의 불연속면(예: 절리, 단층 등)의 발달상태가 관찰될 수 있다. 여기서는 심도 약 3.7m∼

8.3m 구간에 절리가 밀집되어 있는 것을 관찰할 수 있다. 두 번째 트랙은 소위 텔레뷰어 암석강도를 나타 내며 그 값은 대체로 단층 내지 절리가 밀집된 곳에서 크게 떨어진다. 또한 심도 약 8.3m를 경계로 그 상부 의 강도가 그 하부의 강도보다 상대적으로 다소 떨어 지는 것이 관찰된다. 세 번째 트랙은 공벽에서 반사된 초음파 주시를 이용하여 표현된 3D caliper log을 나 타내고 있다. 공벽의 열린 상태(방향 및 경사)가 뚜렷 이 관찰되며, 또한 암반내의 미소절리 내지 연약함으 로 인한 공벽의 거칠음도 상대적으로 잘 관찰되고 있 다. 마지막 트랙은 흔히 arrow plot라 불려지며 편의 상 여기서는 화살머리(원형)의 크기 및 색깔로서 절리 및 단층이 구분된다(작은 원 흑색 : 뚜렷한 절리면, 작

Fig. 5 Televiewer amplitude image measured at each hole at same elevation level. From BH-5 image we note that discontinuous

은 원 회색 : 보통의 절리면, 작은 원의 흰색 : 미세한 절리면, 큰 원의 흑색 : 단층, 큰 원의 흰색 : 암층경계 면, 사각형의 흰색 : 파쇄대). 한편, arrow plot의 눈 금은 9개로 나누어진다. 하나의 눈금은 경사각 10° 를 의미한다. 즉, 이러한 눈금 상에 화살머리의 위치는 바 로 그 절리의 경사각이 되며 화살대는 자북을 기준으 로 한 경사방향이 된다.

진폭 및 주시이미지에서 수평축의 길이는 실제로 약 24cm(7.6cm × π)에 해당하나 수직축 척도와 비교 하여 약 3배로 확대하여 도시하였다. 즉, 수직축의 실 제 척도는 수평축 척도와 비교하여 약 3배 정도 압축 되어 나타내고 있기 때문에 본 이미지에서 보이는

sine curve의 진폭은 약 3배 확대되어 읽어져야 한다.

상기 3D caliper log은 바로 텔레뷰어 공경검층에 의해 만들어 진 것이다. 본 탐사의 경우 검층 팔들이 144개에 달하기 때문에 시추공의 원형상태가 고분해능 으로 표시될 수 있다. 즉, 초음파가 공벽에서 반사되어 돌아오는 시간은 주어진 시추공 내 물의 속도에 의해 바로 시추공 원주의 반경에 해당되는 것이다. 여기서 시추공 내벽상태를 그대로 반영한 3D caliper 자료는 시추공을 자북방향으로 기준하였을 경우이다.

Fig. 5는 각 시추공에서 얻게된 텔레뷰어 진폭이미 지를 E.L.(elevation level)에 맞추어 정돈하여 상호 대조하고 있다. 시추공 BH-5의 E.L. 130m 상부에는

Table 1 This is dip direction, dip angle, code number fracture

BOREHOLE BH-1

NO. DEPTH

[m]

Dip Direction

Dip Angle

Code No.

1 2.18 15 74 3

2 3.00 358 55 3

3 3.20 273 12 2

4 3.35 291 50 3

5 3.58 80 66 3

6 3.69 121 51 3

7 4.78 290 59 3

8 5.50 257 63 3

9 5.81 249 75 3

10 6.70 262 62 3

11 6.97 278 65 3

12 7.54 228 55 3

13 7.96 287 62 3

14 7.99 88 64 3

15 8.57 234 63 3

16 8.80 327 50 3

17 8.85 341 64 3

18 9.55 341 30 1

19 9.77 10 85 3

20 9.92 5 53 3

21 10.82 205 79 3

22 12.65 250 75 3

23 12.91 280 66 3

24 13.57 216 70 3

25 13.98 269 70 3

26 15.31 230 79 3

27 15.50 228 73 2

28 15.77 310 67 3

29 17.52 291 26 2

30 17.55 312 31 2

31 19.13 325 55 3

32 19.36 276 29 2

33 19.38 288 30 1

석재 개발에서는 대단히 불리한 불연속면들이 집중되 고 있음을 알 수 있다.

3.2 불연속면에 대한 분석 및 통계학적 자료처리

Table 1은 시추공 BH-1의 심도 약 2.0m∼19.6m 구간내의 이미지로부터 발췌된 모든 불연속면에 대한 정보(경사방향, 경사각)를 심도별로 도표화하고 있다.

여기서 code No.는 각 불연속면 자료에 대해 다음과 같이 구분하고 있다.

1 : clear fracture 2 : normal fracture 3 : acceptable fracture 7 : fracture zone 8 : layer boundary 9 : fault

상기 code No.는 주관적인 견해에 따라 달리 분류될 수 있다. 예를 들어 상기 절리분류에서의 code No. 1 은 주시이미지에서 sine curve의 형태가 조금이라도 관찰된 경우이다. 즉, 절리가 열려 있었거나 혹은 시추 작업에 의해 열려진 경우에 해당된다. 상기 분류에서 단층은 열려진 폭의 크기 및 그 내부의 암질상태, 단 층면 주위의 절리 연속성 및 암반의 강도변화 등에 의 해 판단되어진다. 본 시추공에서 분석된 불연속면은 전 심도구간(약 2m∼19.6m)에서 도합 33개에 달하고 있다.

Fig. 6은 시추공 BH-1에 대한 텔레뷰어 이미지로부 터 발췌된 모든 불연속면(도합 33개)을 통계학적 자료 처리 기법에 의해 분석한 결과를 보여주고 있다. 예를 들면, 절리의 전체 경사방향 범위 360°(azimuth)를 12 로 분할한다. 각 분할된 경사방향 범위 30°에 속한 절 리들을 바탕으로 경사방향에 대한 빈번도를 통계학적 으로 계산한다. 그 중에서 빈번도가 가장 높은 경사방 향을 상기 분할된 범위 내의 주된 경사방향으로 결정 한다. 이러한 과정을 모든 분할된 범위에서 수행한 후 상대적으로 선의 굵기와 길이에 따라 표시한 것이 그 림의 좌측상단에 나타낸 소위 rose diagram이다. 한 편, 각 절리들의 경사각은 평사투영법에 의해 원주 내 에 투사되며 투사된 모든 점(도합 33개)으로부터 다시

Fig. 6 Televiewer structural analysis.

All structural elements ranged from 2m to 19.6m at borehole BH-1 are statistically analyzed. Upper left : rose diagram for dip direction, upper right : pole diagram for dip angle, lower left : histogram for dip direction, and lower right : main fracture groups are tabulated.

면적당 밀도를 계산한 후 그들을 등분화하여 표시한 것이 pole diagram(그림의 우측상단)이다. 좌측하단 그 림은 상기 분할된 범위에 속하는 절리들의 경사방향에 대한 백분율을 histogram으로 표현하고 있다. 그림의 우측하단에 나타낸 도표는 상기 통계학적 분석 결과를 정량적(주된 절리군)으로 도표화하고 있다. 대체로 절 리군의 주된 절리방향은 지향성(283°)을 띠고 있으며 그 평균 경사각은 약 44° 정도이다.

Fig. 7은 본 석산의 모든 시추공(BH-1∼BH-7)에서 텔레뷰어 측정이 이루어진 전체 심도구간에 대한 불연 속면 자료처리 결과(rose diagram 및 pole diagram) 를 일별하여 상호 대조하고 있다. 각 시추공마다 주된 절리군의 경사방향 및 경사각이 다소 다양하게 나타나 고 있기 때문에 우세한 절리군을 지적하기는 어려우나 전체적으로 경사각이 크지 않은 절리군들이 대체로 모

든 시추공에서 관찰되고 있다.

3.3 불연속면 연장상태 조사

텔레뷰어 자료는 무엇보다 불연속면의 위치(심도), 경사방향, 경사각 및 두께(aperture size)에 대한 정 확한 정보를 포함하고 있다. 만약, 임의의 탐사지역에 서 2개 이상의 서로 인접하는 시추공으로부터 텔레뷰 어 데이터를 얻게 된다면 각 불연속면에 대한 연장성 연구도 가능하게 된다. 즉, 임의의 평탄한 절리면이 인 접하는 두 개의 시추공을 관통하였다면, 각 시추공에 서 관찰되는 절리면의 경사방향 및 경사각은 동일하게 관찰(동일한 fracture signature)될 것이다. 다시 말하 면, 상기 심도 위치를 잇는 직선은 두 개의 시추공을 포함하는 수직단면과 불연속면 평면의 교선들로 바로

Fig. 7 Overview of main dip directions and dip angles derived

from 7 boreholes(BH-1~BH-7) at the survey site, Hadong area.

Fig. 9 Overview of vertical plane of boreholes at the survey

Fig. 8 Fracture plane-arbitrary vertical section geometry,

그 단면에 대한 fracture face mapping이 된다(김중 열, 1998, 2000). Fig. 8은 두 개의 시추공 사이 단면 과 절리면이 교차하는 직선을 계산하기 위한 기하학적 관계를 보여주고 있다. 즉 시추공 A에서 만난 절리면 이 시추공 B에서는 단지 DepDip 만큼의 심도차이를 보이고 있음을 보여주고 있다.

θ = θA − θ_AB

DepDip =r∙tanβ =r tanα∙cosθ

여기서, α는 절리면의 진 경사각, θA는 절리면의 경 사방향, θAB는 선정된 수직단면의 방위각이다.

결국, 시추공 A와 시추공 B 사이의 수직단면에 표 출되는 절리단면은 바로 두 개의 점 DA, DB를 연결하 는 것이다. 본 연구실에서 독자적으로 개발된 프로그 램 FracM은 텔레뷰어 데이터를 바탕으로 모든 절리 면에 대한 두 시추공 사이의 절단선을 추적하고 동시 에 도면화할 수 있다.

Fig. 9에는 불연속면의 연장상태를 조사하기 위한 시추공 사이의 수직단면에 대한 평면도를 보여주고 있 다. 각 수직단면의 바라보는 방향은 화살표로 표시되 어 있다. 시추공 BH-5 : BH-4 : BH-3 측선의 수직 단면에 표출되는 불연속면의 face mapping은 Fig.

10에 표시되고 있다. 여기서 관심의 초점은 시추공 BH-5의 E.L. 130m 상부 구간에는 대단히 많은 불연

Fig. 10 The cross section result of fracture face mapping in borehole BH-5 : BH-4 : BH-3.

속면들이 관찰되고 있다는 것이다. 그러나, 이러한 불 연속면들은 본 단면 내에서는 지표 방향으로 상향되는 경향을 보이고 있기 때문에 시추공 BH-4 방향의 암반 내에는 불연속면이 크게 발달하지 않은 것으로 판단된 다.

이러한 불연속면의 face mapping 결과는 절리의 연 장상태를 추정하는 데에 도움을 줄뿐만 아니라 각 시 추공에 존재하는 불연속면들의 종류(예: 열린 절리, 보 통 절리, 미세 절리), 위치(심도), 빈도 및 경사각 등에 대한 정보를 제공할 수 있기 때문에 석산 개발 계획 수립을 위해 바람직한 자료로 이용된다.

3.4 시추코어 이미지

Fig. 11(a)는 시추공 BH-1∼BH-7의 시추코어 중 암맥 발달 상태를 파악하기 위해 칼라 코어스캐너에 의해 촬영된 심도구간을 텔레뷰어 진폭이미지상에 물 결 모양으로 덧붙여 표시하였다. Fig. 11(b)는 하나의 예로서 시추공 BH-1에서 암맥이 표출되고 있는 심도 구간(Fig. 11(a)의 시추공 BH-1상 ①∼③)의 코어에 대한 디지털 촬영 결과를 보여주고 있다. 여기서, 장석 및 흑운모 암맥의 관입 상태가 뚜렷하게 관찰되고 있 다. 텔레뷰어 이미지에서는 일반적으로 이러한 암맥이

주변 암반과 물성(예: 강도 및 탄성파 속도) 차이를 보이는 경우에는 이를 식별할 수 있으나 그 물성 차이 가 크지 않은 경우에는 그 식별이 용이하지 않다. 텔 레뷰어 이미지에서 암맥이 구별되더라도 그 종류 및 그 주변의 변질 상태에 대한 정보는 거의 얻을 수 없 는 것이다. 따라서, 텔레뷰어 이미지에 상기 코어 이미 지를 연계하여 분석하게 되면 암맥의 정확한 경사방향 및 경사각은 물론 암맥의 종류 및 변질 상태에 대한 정보까지 얻을 수 있다.

상기 코어이미지는 텔레뷰어 탐사 결과에서는 식별 하기 어려운 암석의 구성 성분의 함량, 입자크기는 물 론 절리 주변의 변질상태나 암맥의 발달상태까지 판단 할 수 있다. 반면, 시추코어는 방향성을 잃고 있기 때 문에 그에 대한 자북방향을 기준으로 정렬하기 위해서 는 텔레뷰어의 자료가 필요한 것이다. 따라서, 텔레뷰 어와 칼라 코어스캐너는 서로 보완적인 관계에 있다는 것을 알 수 있다.

칼라 코어스캐너 기술은 시추코어를 원형 원색 그 대로 디지털 이미지화 함으로써 시추코어의 영구 보존 및 시추코어 분석에 대한 객관적인 자료를 제공하는 것을 우선적인 목표로 하고 있다. 그러나 그 이외에도 고분해능으로 촬영된 디지털 코어 이미지는 그에 대한 각종 분석을 가능케 한다는 점에서 보다 큰 의미를 찾

(a)

(b)

Fig. 11 Comparison of Televiewer image(a) with Color-corescanner image including vein structure (b). The core images

을 수 있는 것이다.

3.5 암석성분 영상분석

본 석산의 암석 구성광물은 주로 장석(feldspar), 흑 운모(biotite), 석영(quartz)들로 이루어져 있으며, 일 부 석류석(garnet)이 포함되고 있다. 이러한 고분해능 코어 이미지는 각 구성광물을 뚜렷하게 구분하고 있기 때문에 C.I.A.(Core Image Analysis) 소프트웨어를 이용하면 그에 대한 성분의 함량을 자동으로 계산할 수 있게 된다. Fig. 12는 C.I.A. 소프트웨어에 의해 코어 이미지((a) 참조)로부터 장석 성분만을 발췌하고 있는 것을 하나의 예로서 보여주고 있다((b) 참조).

Fig. 12(c)는 상기 3개의 심도구간에서 선정된 코어 이미지로부터 장석 함량비를 산출하여 얻어진 등고선 도를 보여주고 있다. 붉은 색으로 갈수록 장석 함량이 높은 것을 의미한다. 이러한 결과는 본 석산의 전체적 인 장석 함량 분포에 대한 정보를 제공하게 된다. 따

라서, 칼라 코어스캐너에 의해 촬영된 시추코어 이미 지는 그 자체로서도 석재의 품질에 대한 정성적인 정 보를 제공하고 있을 뿐만 아니라 상기와 같은 구성광 물의 성분 분석을 통하여 석산 전체의 석재 품질을 가 늠할 수 있는 정량적인 자료로 이용될 수 있다.

4. 결론 및 토의

1) 텔레뷰어 이미지에서는 각종 불연속면(예: 단층, 파 쇄대, 절리, 균열 등)의 위치(심도), 경사방향 및 경 사각에 대한 정확한 정보가 제공된다.

2) 텔레뷰어 이미지에서 관찰된 모든 불연속면이 연장 되었다고 가정하였을 경우, 표현된 시추공 사이 단 면에 대한 face mapping 결과들은 그들에 대한 연장성 추정에 대한 정보를 제공하고 있다. 시추공 BH-5에서는 E.L. 130m 상부 심도에는 상대적으 로 대단히 많은 불연속면이 관찰되고 있다. 실제 석산 개발 예상지역인 시추공 BH-4 방향으로는

Fig. 12 The percental distribution of feldspar content can be derived from Core image analysis of three depth section in

상기 대부분의 불연속면들이 거의 지표 방향으로 상향되고 있기 때문에 석산 개발 예상지역에는 불 연속면이 크게 발달하지 않을 것으로 판단된다. 또 한 E.L. 130m 하부 심도구간에 대해서는 시추공 BH-3이 상대적으로 많은 불연속면이 발달하고 있 다.

3) 칼라 코어스캐너에 의해 촬영된 고분해능 코어 이 미지는 구성 광물의 입자 크기 내지 함량, 절리 주 변의 미세한 균열 내지 변질 상태, 암맥의 발달 상 태에 대한 정보를 제시할 수 있음을 보여주었다.

특히, 본 석산의 7개 시추공에서 3개의 심도 구간 의 코어 이미지를 대상으로 C.I.A.(Core Image Analysis) 소프트웨어에 의해 장석 성분의 함량비 가 산출되어 이를 등고선도로 나타내었다. 이러한

분석기법은 향후 석재 품질에 대한 판단에 큰 도 움이 될 것으로 판단된다.

감사의 글

본 연구는 산업자원부 출연연구과제의 재원으로 수 행되었으며, 이 기관에 사의를 표합니다.

참고문헌

김선억, 1993, 한국석재도감. 한국자원연구소. p.43∼48.

김주용, 윤현수, 김정호, 김중열, 김유성, 현혜자, 박석환, 홍세선, 박용순, 이병태, 정승환, 송윤호, 이명종, 조성준, 신인철, 이성곤, 설순지, 2001, 석재·골재부존조사 및 품질관리기술에 관한 연구

-석재편. 한국지질자원연구원. 1999-R-TI02-P-06.

김중열, Schepers, R., 1995, 고분해능 텔레뷰어 검층기법의 기능.

대한지질공학회. 5. p.277∼288.

김중열, Rafat, G., 1997, 코아스캐너. 대한지질공학회. 7. p.11∼26.

김중열, 1998, 건설기술자를 위한 지반조사 및 시험기술-텔레뷰어 탐사-. 한국암반공학회, 한국지구물리탐사학회, 한국자원연구 소. p.279∼356.

김중열, 2000, 텔레뷰어 탐사의 원리 및 지반공학 분야에서의 실제 적용. 한국지반공학회 국제심포지움. p. 189∼251.

남기상, 유환수, 이종덕, 1989, 하동도폭지질보고서.한국동력자원 연구소, KR-M5-184.

현혜자, 손진담, 2003, 칼라 코어스캐너에 의한 지하자원 영상정보 기술개발. 대한지질학회 제 58회 학술발표회 초록집. p.150.

현혜자, 손진담, 이병태, 2003, 칼라 코어스캐너에 의한 지하자원정 보 영상화 연구. 한국지질자원연구원. KR-03(C)-15.

현혜자, 이병태, 2004, 석재자원분포 디지털정보화를 위한 칼라 코어스캐너의 응용. 지구시스템공학회 제 82회 학술발표회 초록집. p.27∼32.

현혜자, 2004, 칼라 코어스캐너의 응용. 대한자원환경지질학회 제 37회 학술발표회 초록집. p.100∼103.

Hyun, H. and Kim, J.Y., 2004, Application of stereophoto- grammetry and televiewer for information of fracture and rock formation in stone resources. Proceedings of the 7th SEGJ international symposium. Sendai Japan. p.523∼528.

Schepers, R., 1991, Development of a new acoustic borehole imaging tool. Scientific Drilling. 2. p.203-214.