자원 지질학: 광물 분류

자원 지질학 및 광물

• 광물은 특징적인 화학 조성, 물리적 성질 및 규칙적인 내부 구조를 가진 결정형태로, 천연적으로 산출되는 무기 원소 또는 화합물입니다.

광물의 화학적 조성에 따른 분류

• 원소광물은 자연 상태에서 단일 원소로 구성되며, 자유롭게 결합하지 않은 단 1종의 원소로 이루어져 있습니다.
  • 금속원소광물: Cu, Ag, Au, Zn, Hg, Sn, Pb 등이 있습니다.
  • 준금속원소광물: As, sb, Bi 등이 있습니다.
  • 비금속원소광물: C, S 등이 있습니다.
• 규산염광물은 SiO2와 금속산화물로 구성됩니다.
• 비규산염광물은 주 음이온과 양이온에 의해 구분됩니다.

용도에 따른 광물 분류

• 금속광물은 금속의 성질을 갖는 광물로, 철금속광물, 비철금속광물, 귀금속광물, 특별금속광물, 경금속 등이 있습니다.
• 비금속광물은 금속의 성질을 갖지 않는 광물로, 건설재료, 화학용, 비료용, 연마재용, 보석용 등으로 사용됩니다.
• 에너지자원에는 화석연료, 핵연료, 지열자원 등이 있습니다.
  • 석유, 석탄, 가스는 광물 연료로 따로 구분됩니다.

광석광물의 산화조성에 따른 분류

• 산화광은 산화물 형태, 황산염, 탄산염, 규산염 또는 수산화물의 형태로 구성되는 광석입니다 (예: 자철석, 갈철석, 능철석).
• 황화광은 황화물 형태로 구성되는 광석입니다 (예: 황동석).
• 혼합광은 1종 이상의 유용광물이 혼합된 광석입니다 (예: 황동석, 공작석).
• 자연광은 원소 상태로 존재하는 광석입니다 (예: 금, 은, 동).

원소의 종류에 따른 분류

• 금속광은 대상 원소가 금속 원소로 1종 또는 2종 이상의 광석광물로 된 광석입니다 (예: 납, 동, 아연 등).
• 비금속광은 광물 그 자체의 물리적 또는 화학적 성질을 이용할 수 있는 1종 또는 2종 이상의 광석입니다 (예: 운모, 장석, 규석, 형석).
• 복합광은 금속광과 비금속광이 혼합된 광석입니다 (예: 섬아연석, 보크사이트, 황동석 등).
• 다금속광은 두 가지 이상의 유용 금속 광물입니다 (예: 망간단괴, 우라늄광석, REE 등).

풍화변질 여부에 따른 분류

• 1차 광석은 광상이 생성된 당시 상태 그대로인 광석으로, 풍화나 변질 작용을 받지 않았습니다.
• 2차 광석은 풍화나 변질 작용을 받아 새로운 광물로 구성된 광석입니다.
  • 황동석은 1차 동광석, 공작석은 2차 동광석입니다.
  • 황동석(노람) -> 공작석(초록)

용어 정리

• 광석은 광상 중에서 경제적으로 가치가 있을 정도로 금속이 함유된 다수 광물 집합체입니다.
• 광상은 지각 내 유용광물의 집합체입니다. (유용광물: 채굴 시 이익을 발생시킬 수 있는 광물).
• 맥석은 광상을 만드는 광물 중 광석이 아닌 무가치한 부분으로, 품위를 떨어뜨리는 무익한 광물입니다 (맥석광물=무용광물).
• 광화작용은 광석광물이나 기타 금속광물이 생성되는 작용입니다.
• 하반은 층서학적 또는 구조적으로 광상 하단에 있는 암석입니다.
• 상반은 층서학적 또는 구조적으로 광상 상단에 있는 암석입니다.
• 모암은 광상 주변에 감싸고 있는 암석입니다.
• 조광은 광산에서 채굴되어 나온 광석으로, 석탄광의 경우 원탄이라고 합니다. 선광장으로 보내지는 광석과 폐석이 혼합된 것.
• 정광은 무용광물과 유용광물을 분리하는 선광 과정에서 유용광물이 농축된 부분, 고품위의 산물입니다.
• 중광은 선별 결과 정광과 미광의 중간 산물입니다.
• 폐석은 선광 과정에 의한 선별 결과 폐기되는 부분입니다.
• 미광 또는 광미는 선별 결과 무용광물이 많이 집중된 부분입니다.
• 선광: 유용광물과 불용광물을 물리적 수단으로 선별, 처리하는 작업

자원량 및 매장량

• 자원량(부존광량)은 이미 생산된 양을 포함하여 미발견+발견 모든 것을 포함한 자원의 총량입니다.
• 매장량은 총 자원 중에서 현재의 기술 수준을 이용해 상업적으로 채굴할 수 있는 자원입니다 (상업).
• 생산량은 고품위로 상업성이 확보되어 채굴 중인 자원 (채굴).

열수광상

• Epizonal(천열수): 지하 0-1.5km 깊이에서 생성되는 열수 변성 광상.
• Mesozonal(중열수): 1.2-4.5km 깊이의 고압 환경에서 생성되는 열수 변성 광상.
• Hypozonal(심열수): 10km 이상 깊이의 고압 환경에서 생성되는 열수 변성 광상.
• Metallogeny: 광상의 기원에 관한 연구

광상의 생성 시기

• 동생광상: 모암의 생성과 같은 시대에 생성된 광상입니다.
  • 예: 적마그마광상, 퇴적광상 일부
• 후생광상: 모암이 만들어진 후에 형성된 광상입니다.
  • 예: VMS, SEDEX, 열수광상

열수에 의한 광상

• Hypogene: 상승하는 열수에 의해 형성되는 광상 내 주요(1차) 광물, 주로 황화광
• Supergene: 지표수의 지하 침투로 만들어지는 광화작용, 황화광상&산화광상의 지표면에서 산화와 풍화를 수반한 농축 과정을 거치며 형성
• Gossan: 광상의 최상부에 노출되어 있어 강하게 산화 또는 풍화되어 분해된 암석

매장량 구분

• 확정매장량은 현재 주어진 과학적 지식과 기술적 방법으로 광상의 3면 이상 확인된 부분의 매장량입니다.
• 추정매장량은 매장이 추정되는 부분의 매장량으로, 2면 이상 확인된 부분의 매장량입니다.
• 예상매장량은 1면이 확인된 부분의 매장량입니다.
• 가채매장량은 확정 및 추정 매장량에서 기술적 상업적으로 채굴 가능한 부분만의 매장량입니다.

매장량의 변화

• 매장량 증가 요인: 새로운 광상의 발견, 광석의 가격 상승, 새로운 채광 기술 개발로 원가 절감.
• 매장량 감소 요인: 광석의 채굴, 광석대 저하 또는 채굴 원가 증가.

지각의 메탈 부족 현상

• 화학적 성분이 불균질한 마그마 오션이 식으며 표면이 서서히 굳어지기 시작하며 원시 지각 형성.
• 마그마가 물의 영향으로 빠른 대류를 일으키며 판구조 운동 시작.
• 마그마 내 비교적 가벼운 마그네슘과 규산염광물이 초기 대륙지각을 형성하고, 무거운 철, 니켈 성분은 가라앉기 시작.
• 금, 납, 우라늄과 같은 몇몇 중금속은 낮은 용융점을 가지며 지구 내부로부터 마그마에 잘 용해되어 지각에 집중.
• 계속되는 마그마 대류 운동으로 대륙지각과 해양지각 두꺼워지며, 두꺼운 해양지각의 섭입은 물이 초기 맨틀로 들어가는 것을 막아 맨틀 내 마그마의 점성 높여 대류 속도 느리게 만듦.
• 느려진 맨틀대류로 해양지각 생성 시 마그마 공급이 줄어들어 지각이 얇아지고 현재의 지구 형성.

지구 내부 구조

• 구성 원소 비율: 산소 > 규소 > 알루미늄 > 철 > 칼슘 > 소듐 > 마그네슘 > 포타슘 > 그 외
• 클라크의 농축계수 = 광물 매장량에 포함된 원소의 풍부함 / 지각의 평균 풍부도

광석의 형성 과정

• 제거: 일반 암석에서 특정 원소, 화합물 또는 미네랄 제거.
• 이동: 원소, 화합물 또는 광물의 이동.
• 농축: 이동이 멈춘 지점이나 구역에 원소, 화합물 또는 광물을 우선적으로 농축.

금속의 농축

• 매장량의 90%가 magmatic activity에 의함
  • Melting
  • Magma rise (upwelling)
  • Progressively cool

암석의 용융 과정

• 섭입 공정: 물 주입과 함께 온도 상승.
  • 해양지각 섭입하며 온도와 압력이 올라가고 수화된 광물에 의해 volcanic arc 형성.
• 감압
  • 대륙지각이 늘어나면서도 가능
  • 암석이 녹아 마그마가 만들어지는데 그 안에서 분화가 일어나거나 일어나지 않을 수도 있음
  • 부분 용융이 일어나면 그게 화산을 만들기도 함
• 맨틀에서 지각으로의 마그마 주입
  • 감압 용융으로 인해 볼케니즘 형성 가능
• Crustal Thickening (퇴적물/화산을 증착하거나 수평압축)
  • 지각이 과도하게 두꺼워져서 아래로 내려가는 것을 뜻함
  • 이후 아래로 내려간 지각은 뜨거워져서 녹음
  • Migmatite 발견 가능

상승 (Upwelling)

• Displacement: 주변 암석이 부드럽고 옆으로 밀려날 수 있을 정도의 아주 깊은 환경.
• Assimilation (brittle한 암석층으로 마그마가 더 이상 올라오지 못하고 고임, 중간 깊이)
• Existing channel ways-faults (아주 얕은 환경)
• 주요 마그마 챔버는 일반적으로 평평한 모양임 (dyke와 sill)

폭발 과정

• 마그마 챔버에 일정 마그마 존재
• 상부에 압력 주는 층의 존재로 압력 제공
• 응력 불균형 시 화산 폭발

마그마의 냉각 (Cool)

• 마그마에는 용해된 휘발성 물질(물, 수증기, 이산화탄소, 이산화황)이 다양한 양으로 포함.
• 마그마는 상승 > 압력 강하 > 부분 용융 > 마그마 냉각 > 휘발성 분리되어 마그마 챔벼의 상단으로 올라감. (pH, Eh, 점도 등의 분리 변화)
• 압력이 떨어지고 마그마가 식으면 마그마도 결정화 시작
• 마그마 챔버에는 최고 3가지 다른 상 존재
  • 가스
  • 액체: 용융 및 수용액
  • 고체: 결정
• 화산의 반복적 사이클
  • 마그마 챔버에 압력 부과 > 최상부 암석 파괴 후 용암, 가스, 액체 분출 > 압력 완화 > channel ways clog (막힘) > 압력이 다시 증가

광석을 형성하는 지질작용

• 바닷물의 증발: salt, potash, borax
• 빙하의 녹음: sand, gravel --> moraine
• 충적: 무겁고 내구성이 있는 광물의 농축
• 풍화: nickel laterites, bauxite
• 퇴적침전: 철 광상
• 공극염수의 속성과 추출작용: MVT 광상&SEDEX
• 변성 유체: 마그마
• 마그마 분화와 마그마 혼합: Cr, magnetite, Li, REEs
• 비혼화성 액체: Ni, Cu, Pt, palladium
• 열수: Cu, Zn, Pb, Hg, As, Au, Bi, Sb
• 광화 유체: 마그마, 마그마수, 해수, 천수, 공극수, 변성수

마그마성 유체와 광석 형성 프로세스

• 정마그마: 마그마틱 과정에 의해 형성된 광상
• 용융된 암석 또는 고온에서 용융된 액체와 결정의 혼합체
• 광물은 선택적으로 결정화되고 마그마방에서 농축
• 마그마가 냉각됨에 따라 분별 정출 작용과 화성 분화작용의 복합적 과정에 의해 마그마는 결정화되면서 점차 분화
• 일반적으로 농축되는 원소와 광물
  • 염기성 마그마: Ni, Cr, 백금족 원소, Fe
  • 산성 마그마: Sn, Zr, Th
• 일반적으로 생성되는 광물: pentlandite, chromite, chalcopyrite, ilmenite, platinum, palladium, magnetite, apatite, rutile

마그마 분화에 의한 분별작용 (보웬의 반응계열)

• 마그마의 분화과정은 마그마가 분별결정에 의해서 정출되는 것을 말함
• 불연속계열: olivine > pyroxene > Amphibole > biotite mica
• 연속계열: plagioclase feldspar (칼슘 rich > 소듐 rich) - > 포타슘 feldspar > muscovite mica > quartz

elements

• major (>1.0 wt%)
• minor (0.1-1.0 wt%)
• trace (<0.1 wt%)
• major elements of igneous rocks
  • 화성암의 분류
  • 실리카의 농축
  • felsic(>66 wt%): granite, rhyolite
  • intermediate(66-52): diorite, andesite
  • mafic(52-45): gabbro, basalt
• ultramafic(<45): kimberlite, peridotite
• trace elements
  • 암석들 내에서 매우 낮은 농도로 존재하는 원소
  • 주요광물의 형성에는 직접적인 영향을 미치지 않지만, 광물 내에서 다른 주요 원소들을 대체하여 존재
  • 결정화와 용융과정에서 분포와 분획에 매우 민감하게 반응
  • 지구의 맨틀이 용융될 때, 미량 원소는 용융상과 고체상 사이에서 분배되며 원소의 화학적 특성과 광물의 격자 구조에 따라 달라짐

incompatible elements

• 맨틀 광물의 격자 구조와 이온의 크기가 전혀 맞지 않아 고체상 광물에 잘 포함되지 않는 원소입니다.
• 용융 과정에서 용융상으로 쉽게 이동합니다: K, Rb, Sr, Ba, REEs, Nb, Hf, U, Pb.

compatible elements

• 맨틀 광물의 격자 구조에 쉽게 포함될 수 있는 원소입니다.
• 용융 과정에서 고체상에 남아 있는 경향이 큽니다: Ni, Cr, Co.

이온전위

• Charge/radius(이온의 전하를 이온반지름으로 나눈 값)
  • 이온의 이동성과 수용액 내 용해도에 대한 대략적 지표
  • 낮은 이온 전위: 이온결합이 약해져 더 약한 결합을 형성하며, 이동성이 높아짐
  • 높은 이온 전위: 이온결합이 강해져 광물 격자에 더 잘 통합 됨

이온전위별 원소 특징

• 낮은 이온 전위 원소: 큰 원자 크기와 작은 전기를 가짐 (Cs, Rb, K, Ba, Sr). 맨틀 광물의 격자 구조에 잘 맞지 않아 incompatible, 액체 상이 개입될 경우 이동성이 매우 높고, melt에 우선적으로 들어감.
• 높은 이온 전위 원소: 작은 원자 크기와 높은 전하를 가짐 (Zr, Hf, Nb, Ta, Ti, U, Th). 고체상에 우선적으로 들어가려고 하며, melt에 덜 이동하는 경향. 일반적으로 비호환성이지만 특정 광물에 compatible. 유체에 대한 이동성이 낮아 유체 불활성, 풍화에 큰 영향 받지 않음. 암석의 기원을 추적하는 데 유용한 지표.

전이원소

• Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn
  • 대부분 compatible, 맨틀 광물에 잘 통합됨
  • felsic 또는 intermediate rock에서 낮은 농도, mafic이나 ultramafic rock에서 풍부
  • 유체에 대한 이동성이 낮아 유체 불활성

액체 혼합성과 광석 형성 과정

• 마그마 진화 과정에서 불혼화성은 주요 과정은 아니나, 마그마의 광석 형성 과정으로 매우 중요
  • silicate(mafic) - silicate(felsic)
  • silicate oxide
  • silicate carbonate
  • silicate sulfide
  • 분리된 황화물은 금속(Cu, Ni, Co 및 귀금속)을 수용할 수 있는 엄청난 잠재력
  • 많은 크고 중요한 광석 매장지는 mafic과 ultramafic과 섞이지 않는 황화물 분획과 관련
  • 황화니켈광석 : pentlandite, 일반적으로 다른 황화물과 관련, pentlandite+pyrrho+chalco+mt
  • 스테인리스 스틸, 높은 강도와 내식성에 유용

Komatiite

• 코마티아이트는 지구 표면에 높은 온도(최대 1650 도씨)에서도 분출됩니다
  • 마그네슘이 풍부한 마그마에서 빠르게 결정화된 spinifec texture, quench texture
  • 오늘날 지구상의 어떤 화산도 코마티아이트 분출하지 않음
  • 본질적으로 지구의 열 유속이 훨씬 높았던 Archean에 국한
  • 맨틀이 부분적으로 녹으면서 형성
  • 황이 주변에 있는 코마티아이트에는 니켈함량이 높을까: 황이 녹아들면서 주변에 있는 니켈을 다 들고가 농집시킴, 올리빈에는 니켈이 없을 가능성이 큼

기타 광상

• 열수광상에서는 veins가 발견됩니다.
• 해변에 있는 백사장도 모래광상이나 금속광상 아님
• 풍화, 침식에 의해서 광상 형성
• Nuggets (금속 덩어리)
  • gold nuggets: 마모, 취성의 석영이 풍화에 의해 제거되어 농축되고 남겨진 금
• 화학적 풍화 및 침식에 의한 미네랄 농축
  • Bauxite : 알루미늄 광상
  • Orthoclase > Kaolinite clay > gibbsite > Alumina (Al2O3) 젖은 토양으로부터 규소의 지속적인 용해 작용
    • 토양의 산화가 잘 발생할 수 있는 습윤 고온지대(열대기후)에서 주로 발달

자원 탐사의 중요성

• 자원의 매장량에 대한 평가는 자원 개발의 투자가치를 평가하는 데 중요
• 여러 탐사 기법을 동원하여 확실한 광황(광상의 상태)을 파악할 필요가 있음

자원 탐사법 종류

• 지질조사: 지질조사 > 물리 + 화학 + 식물
• 지구물리탐사: 광물을 부셔 얼마나 있는지 평가
• 지구화학탐사 지구식물탐사: 금속광상에는 식물이 잘 자라지 못하고, 비소가 많은 곳에서는 고사리가 잘 자란다
• 원격탐사: 식생이 없는 곳에 주로 사용, 광물마다 빛을 반사하는 파장이 다름
• 시추 조사 + 물리 검층 두 탐사는 함께한다 물리검층은 자성, 방사능도 측정 가능하고 광석층의 깊이, 경계가 확정 가능하다

지구물리

• 순수지구물리: 지구 내부의 물리적 현상을 연구
  • 지구 중력, 지구 자력, 지열, 지진 등 지구 내부의 구성과 관련된 물리적 특성 연구
• 응용지구물리학 (물리탐사): 경제적인 목적: 지하 매질의 물성분포 양상을 파악
  • 자원탐사 (석유, 석탄, 광물자원) / 지반조사 / 지하수조사 / 환경오염대 조사 (오염수가 어떻게 퍼져있는지, 흐르는지) / 고고학적 조사
  • 지표 근처의 조사: 대상 목표의 크기가 작고 구체적인 정밀 탐사

물리 탐사 기초

• 이상대: 물성이 주변과 차이를 보이는 영역

물리탐사 설계 고려사항

• 물성대비 : 정성적, 정량적
• 측정기기의 정밀도
• 가탐심도(=투과심도)
  • 탐사를 통하여 조사 가능한 심도
  • 송신 신호의 특성, 측점 간격, 측선의 길이 등에 좌우
  • 가탐심도와 측선의 길이: 수신 신호의 크기는 송수신 위치에서 이상체까지의 거리의 함수로 주어짐, 측선의 길이는 이상체의 심도보다 커야함
• 분해능
  • 탐지할 수 있는 가장 작은 이상체의 크기
  • 송신 신호의 종류, 측점 간격 등에 좌우
  • 큰 가탐심도 > 낮은 분해능 / 작은 가탐심도 > 높은 분해능
  • high frequency > 분해능 높음, 가탐심도 작음 / low frequency > 분해능 낮음, 가팀심도 큼 잡음 수준

물리 탐사의 분류

• 신호원에 의한 분류
  • 수동형: 인공적인 송신원을 사용하지 않고 자연발생적 신호를 사용: 중력, 자력, 자연전위, MT
    • 낮은 해상도, 큰 가탐심도"
  • 능동형: 인공적인 송신원을 사용"
    • 전기비저항탐사, 탄성파탐사 "
    • 높은 해상도, 작은 가탐심도
• 시각적 변화에 의한 분류
  • 정적 방법: 측정량이 시간에 무관: 중력, 전기비저항 등
  • 동적 방법: 측정량이 시간에 따라 변회: 탄성파 탐사, 전자탐사 등

측정량에 의한 분류

• 대상 물성에 기초한 측정량의 종류로 분류합니다 (가장 보편적 분류 방식).

장소에 따른 물리탐사 분류

• 항공탐사, 육상탐사, 시추공탐사, 해양탐사

물리탐사의 적용 분야

• 자원탐사: 에너지 자원, 각종 전략 광물자원 등
• 토목물리탐사: 지하 지질구조 및 지반정수 산출
• 환경물리탐사: 오염대 조사 및 평가
• 지하수탐사: 지하수, 심층 지열수 탐사
• 농업물리탐사: 농업용지하수, 토양 오염대, 농토목 부지조사
• 유적물리탐사: 유물 및 유적 발굴과 유지보수

물리탐사의 분류 및 적용

• 중력탐사는 밀도 차이를 이용하며, 광역 지질조사 등에 사용됩니다.
• 자력탐사는 대자율 차이를 이용하며, 광상 탐사 등에 사용됩니다.
• 전기탐사는 전기비저항, 전위 차이를 이용하며, 지하수 조사 등에 사용됩니다.
• 전자탐사는 전기비저항 차이를 이용하며, 광상 탐사 등에 사용됩니다.
• GPR탐사는 유전율 차이를 이용하며, 지하 공동 조사 등에 사용됩니다.
• 탄성파탐사는 밀도, 탄성파 속도 차이를 이용하며, 석유, 가스 탐사 등에 사용됩니다.

물리탐사에 영향을 미치는 요소

• 접근성 및 지형 조건
• 효과적인 탐사 방법의 존재 유무 및 장비 확보 여부
• 조사 대상 지역의 잡음 수준
• 정치, 사회, 경제적 측면 고려
  • 탐사 대상체의 경제성
  • 조사지역의 정치적 안전성
  • 개발에 들어가는 생산 비용
  • 자금 조달 능력 & 민원 문제

물리탐사의 용어

• 비선형

  • 대부분의 물리탐사 문제는 비선형 문제
  • 대부분 해석적 해가 존재하지 않음
  • 수치해석 기법을 적용합니다.
  • 선형에서 비선형이 된 것 만으로도 굉장히 다양한 해가 존재하여, 자연 상태는 선형 조건을 가질 수 없음.

• 비유일해

  • 여러 개의 해가 존재
  • 지질학적 정보 등과 같은 사전정보를 반영하여 해결하거나, 교차 적용하거나 지질도 & 노두 조사를 통해 해를 줄여나갑니다.

• 역산

  • 현장 자료와 동일한 반응을 나타내는 모델을 추정합니다.
  • 컴퓨터에 의한 반복적 자동 역산을 수행하며, 정량적 물성을 도출합니다.

물리 탐사와 신호

• 신호는 송신원에 의해 대상체에서 발생한 측정 대상 물리량입니다.
• 물리탐사는 신호원의 종류에 따라 다양한 방법으로 구분됩니다.
• 잡음에는 기기 잡음(매우 작음), 측정 오차(탐사기기의 오작동), 지질 잡음(대상체가 아닌 지질 구성 요소에서 발생한 신호)이 있습니다.
• 자료는 신호와 잡음의 합으로 표현됩니다 (d = s + n).
  • 신호가 잡음보다 클 경우에만 자료로 활용됩니다.

중력 및 자력 탐사

• 중력탐사

  • 대상물성은 밀도입니다.
  • 측정량은 절대중력 가속도입니다.
  • 심부 지질 구조 파악에 적용됩니다.
  • 1 mgal(milli-gal) = 0.00001m/s^2
    • 9.78m/s^2 = 978,000 mgal

• 자력탐사

  • 대상물성은 대자율입니다.
  • 측정량은 자기장의 크기입니다.
  • 심부 지질구조 및 자철광의 탐사에 사용됩니다.
  • 1 gauss = 10^4 nT

전기 탐사

• 자연전위탐사 (SP)

  • 전기화학적 현상에 의하여 자연적으로 발생한 두 지점 간의 전위차를 측정합니다.
  • 천부 조사용으로 지하수 유동, 각종 광물 탐사에 적용됩니다.

• 전기비저항탐사

  • 대상물성은 전기전도도입니다.
  • 측정량은 전위차 혹은 전기장입니다.
  • 인공적 직류 송신원을 사용합니다.
  • 전위차 계산해서 전기전도도 계산하고 그 역수가 전기비정항

• 유도분극탐사 IP

  • 인공적 직류 전류를 송신하다가 차단한 이후의 과도전위의 시간적 감쇠 양상을 측정합니다.
  • 측정량: 과도 전압
  • 분산형 광염 광상의 탐사, 환경오염대 조사
  • 단층대, 광상(황화광)에 민감하게 반응

전자탐사

• 주파수영역 전자탐사 (frequency domain EM):

  • 특정 주파수를 갖는 교류 신호원을 사용합니다.
  • 대상물성은 전기전도도입니다.
  • 측정량은 자기장 혹은 전기장입니다.
  • 각종 금속 광물 탐사에 적용됩니다.

• 시간영역 전자탐사 (time domain EM):

  • 송신원 전류를 차단한 상태에서 과도전위를 측정합니다.
  • 대상물성은 전기전도도입니다.
  • 측정량은 자기장 혹은 전기장입니다.
  • 각종 금속 광물자원의 탐사에 적용됩니다.
  • 신호가 돌아올 때까지 시간

GPR 탐사

• 신호원: 고주파수의 전자기파 (수10MHz - GHz)
• 전기 쌍극자 안테나를 송수신원으로 사용
• 측정량: 지하 경계면에서 반사된 반사파의 주행시간

GPR 탐사 특징

• 정밀 탐사법 (현존 물리탐사법 중 가장 높은 분해능)
• 가탐심도가 매우 낮습니다.
• 잡음에 강하고 현장 자료 획득 용이
• 탄성파 반사법 방법과 유사한 자료처리

탄성파 탐사

• 인공적 탄성파의 음향 임피던스 차에 의한 반사, 굴절 현상을 측정합니다
• 굴절파 탐사와 반사법 탐사 등으로 구분

굴절파 탐사

• 대상물성은 음향 임피던스입니다
• 측정량은 굴절파의 주행시간입니다
• 각종 지반조사에 적용됩니다

반사법 탐사

• 대상물성은 음향 임피던스입니다
• 측정량은 반사파의 주행시간입니다
• 석유탐사, 특히 해상 석유 탐사에 적용됩니다

표면파 탐사

• 대상물성은 지반의 전단파 속도입니다
• 측정량은 표면파의 주파수에 따른 속도 변화
• 얕은 심도 높은 분해능 >지반구조 파악 용이

방사능 탐사 및 검층

• 방사능 탐사

  • 대상물성: 방사능 동위원소의 방사능 강도
  • 우라늄 광물 탐사, 지질구조 조사, 지하수 조사에 적용됩니다.
  • 희토류 원소가 많으면 방사능 많고 화강암, 페그마타이트 결정 쪽에 많음

• 검층

  • 시추공 내에 송, 수신기 위치
  • 공벽 근처의 정밀한 물성 추정
  • 지표 물리탐사와 거의 동일한 원리
  • 유전 개발 시 저류층의 평가
  • 심부 광체의 정량적 평가
  • 정밀 지반조사와 지반 평가

쿨롱의 법칙

$$F = k \frac{q_1 q_2}{R^2}$$ $$F = \frac{1}{4\pi\epsilon} \frac{q_1 q_2}{R^2}$$

• 두 전하 사이에 작용하는 힘은 두 전하량의 곱에 비례하고 거리의 제곱에 반비례합니다.
• 전하의 부호가 같은 경우에는 척력, 반대인 경우에는 인력이 작용
• 힘의 방향은 기준 전하에 따라 달라집니다.

$$E = \frac{F}{\lim_{q \to 0}}$$

• E: electric field intensity
• 전기장: 단위 전하가 받는 힘, 벡터량
• 전기장은 중력장과 마찬가지로 크기와 방향을 갖는 벡터량
• flux와 혼동하지 않도록 주의해야합니다
• 멀리 갈수록 flux 개수는 작아지고 가까이갈수록 flux 개수 커짐
• 전하: 전기장 및 전위를 만들어 내는 근원
• 전기장: 전하에 의해 생성되는 보존력장 ( 벡터량)
• 전위: 단위 양전하를 무한거리에서 일정 점까지 가져오는데 필요한 일의 양 (스칼라량)

전위

• 등위전선과 전기장은 서로 수직 $$\nabla V(R) = \int E dL$$
• V는 전압이고는 -가 붙는 이유는 전기가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르기 때문입니다.

전자기학 기초 이론

• 전류밀도 J= σΕ (E는 전기장)
• 전속밀도 D= €Ε (다발의 밀도)
• 자속밀도 B = μΗ (밀도와 장의 세기는 비례)
• H는 자기장의 세기
• 전기전도도 (σ)
  • 물질의 고유 특성
  • 물질이 전류를 얼마나 잘 통과시키는가를 정량적 정의한 값
  • 양도체에서는 매우 높은 값을 부도체에서는 매우 낮은 값
• 유전율 (∈)
  • 전하의 분극 현상 설명하는 상수
  • 유전율이 높으면 전기장이 멀리까지 가지 못함
  • 비가 오면 유전율이 높아진다
• 투자율 (μ)

옴의 법칙

• 법칙에 따라 전하의 이동에 의해서 전류 생성 물질 내에서 여러 종류의 전하 존재로 그 값은 여러 값을 가집니다. 전하와 전류의 흐름으로 지구 내부를 파악하는 것이 전기 탐사입니다. $$p=\frac{1}{\sigma}$$

전도체

• 전도체 내부가 0이 되도록 전하들은 표면에 표면전하 형태로 분포

p=0, V = constant(전도체표면)

전류밀도 및 전기비저항

• 전류밀도

  • 단위면적을 수직으로 통과하는 전류의 크기, 방향은 전기장과 같음 (벡터량)

• 전류

  • 단위시간, 단위면적을 통과하는 전하의 양(스칼라량)

• 전기저항

  • 전기장과 전류밀도 사이의 비례상수로 물질의 고유 물성(ohm-m)
  • 전기전도도: 전기비저항의 역수
  • Ohm's Law와 공식

전기 저항의 측정

옴의 법칙

암석 및 토양의 전기 비저항

• 조암광문의 종류 fresh 한 암반은 비저항 높음
• 암석의 공극률 및 유체포화도(수분 함량) 암석이 텅텅 비면 비저항 높음 수분 함량 높으면 비저항 낮음
• 공극수의 이온 함량 (염도) 염도 높으면 비저항 낮음
• 구성 입자의 크기 및 고화도: 구성입자 크기가 크면 비저항 높음
• 점토 함량

전기 비저항 탐사

흘려주는 값 대비, 전극사이의 전위차로 지하 매질 전기 분포 파악 공식과 원리를 이해하는 것이 중요

공식

음의 겉보기 비저항

전기비저항과 전기비저항 공식 값 이해 음의 겉보기 값은 잡음

전극 배열법의 종류

• 조사 목적
• 지하 매질 특성을 가정

종류

1. 수직 탐사
2. 수평탐사
3. schlumber 방법<전류 전극 만 이동>
4. Wenner 방법 <전류와, 전위 전극 전부 이동>
5. 단극배열
6. 단일 pole

분해 및 성능을 비교

1. 신호대 잡음비
2. 수평: 쌍극자, 단극 , schlumberger, wenner
3. 수직 : wenner > schlumberger >나머지

가탐 심도

장해 요인이 적어야