KR20110138857A - 화강암류에 분포하는 결의 방향성 도출방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 국내 석재 산업의 주종을 차지하는 화강암 석산에서 할석(rock splitting)이 가장 용이한 소위"결"(열린 미세균열)의 방향성을 도출하기 위한 방법에 관한 것으로, 화강암류로부터 정방향의 암석시료를 채취하는 암석시료 채취단계; 상기 암석시료의 일면과 평행한 방향으로 상기 암석시료를 절단하여 박편을 제작하는 박편 제작단계; 상기 박편을 촬영하여 이미지를 획득하는 이미지 획득단계; 상기 박편에 분포하는 미세균열을 나타낼 수 있도록 상기 이미지 획득단계에서 획득된 이미지를 이미지 프로세싱(image processing)하는 이미지 프로세싱단계; 및 상기 이미지프로세싱단계를 거친 이미지에서 나타나는 미세균열을 토대로 상기 화강암류의 채석 시 절단면이 되는 결의 방향성을 결정하는 결의 방향성 결정단계; 를 포함한다. 본 발명에 따르면, 이미지 프로세싱단계를 거친 이미지를 통하여 다양한 방향의 미세균열 조(set) 중, 배열성(빈도수, 길이, 폭 및 종횡비:aspect ratio 등)이 가장 탁월한 "열린 미세균열"의 방향성을 도출, 화강암 석산에서 채석작업 시 활용되는 잠재적인 결의 방향성을 도출할 수가 있다. 이미지 프로세싱단계를 거친 이미지를 통하여 미세균열의 가시화 및 최종적으로 결의 방향성을 객관적으로 판별할 수 있는 기술이 전개된다.

Description

화강암류에 분포하는 결의 방향성 도출방법{Method for Deriving the Orientation of Rock Cleavage in Granites}
본 발명은 화강암류에 분포하는 소위 "결"의 방향성을 도출하기 위한 방법에 관한 것이다.
국내의 화강암 석산에서는 암체 내부에 잠재하는 할석이 용이한 소위"결"을 이용하여 정방형의 암괴를 채석하고 있다. 결은 국내에서 "메"라는 단어로 사용되기도 하며, 이 "메"자는 틈이라는 의미의 일본어 "目"에서 그대로 사용된 것으로 우리 말의 "결"자를 사용하고 있다. 일본의 경우 가장 할석이 쉬운 면을 1번 혹은 결(目), 이 면과 직교하는 2번째로 할석이 쉬운 면을 2번, 이들 2면과 직교하는 면에 대하여 3번 등으로 호칭된다. 영어권의 채석장에서도 상기한 1번, 2번 및 3번에 해당되는 용어로 리프트 면(rift plane), 그레인 면(grain plane) 및 하드웨이 면(hardway plane)으로 호칭되며, 이들 3개의 면은 상호 직교하는 것을 전제로 한다. 따라서 화강암체의 상대적인 할석의 용이도는 일반적으로 1번 결(rift, 이하 리프트) > 2번 결(grain, 이하 그레인) > 3번 결(hardway, 이하 하드웨이)의 순으로 되며, 3 종류의 채석면은 일반적으로 상호 수직관계를 형성한다. 결의 발달은 국내외의 모든 화강암체에서 공통적인 현상이며, 특히 수직 결의 방향성은 지역적으로 상이하다(박덕원, 2007). 한편 결은 할석이 용이한 면 구조를 형성하며, 역학적 이방성을 초래한다. 따라서 결의 방향성은 단위 석산 내에서 채석방향을 결정하는 주요 요인으로 작용하며, 채석 실수율에도 많은 영향을 미친다.
국외의 많은 화강암 석산에서는 역학적 이방성을 인식하여 이를 이용하고 있다. 특히 화강암의 이방성을 초래하는 미세균열과 관련된 연구결과에서는 특히, 석영입자 내부의 열린 미세균열을 강조하고 있으며, 관련연구를 사례별로 종합해 보면 다음과 같다. 리프트, 그레인 및 하드웨이의 존재성과 수직관계 규명(Herrmann, 1916; Dale, 1923; Osborne, 1935; Jahns, 1943; Wise, 1964), 현미경 관찰에 의한 결의 규명(Peng and Johnson, 1972; Nishiyama et al., 2002) 그리고 화강암류의 석산에서 활용하는 리프트 및 그레인과 관련된 응력장 해석에 관한 연구사례(Plumb et al., 1984, Lespinasse, M. and Pecher, A., 1986; Vollbrecht et al., 1991; Wise, 2005)에서는 특히, 석영입자 내부의 인장균열을 강조하고 있다.
(참고문헌)
박덕원, 2007, 국내의 중생대 화강암류에서 발달하는 수직의 1번 및 2번 면의 방향성. 암석학회지, 16, 12-26.
Dale, T.N., 1923, The commercial granites of New England. U.S. Geological Survey Bulletin, 738, 488.
Herrmann, O., 1916, Steinbruch-Industrie und Steinbruch-Geologie. Borntraeger, Berlin, 2nd ed., 312 p.
Jahns, R. H., 1943, Sheet structure in granites: its origin and use as a measure of glacial erosion in New England. Journal of Geology, 51, 71-98.
Lespinasse, M. and Pecher, A., 1986, Microfracturing and regional stress field:a study of the preferred orientations of fluid-inclusion planes in a granite from the Massif Central, France. Jounal of Structual Geology, 8, 169-180.
Nishiyama, T., Chen, Y., Kusuda, Ito, T., Kaneko, K., Kita, H. and Sato, T., 2002, The examination of fracturing process subjected to triaxial compression test in Inada granite, Engineering Geology, 66:257-269.
Osborne, F. F., 1935, Rift, grain and hardway in some pre-Cambrian granite, Quebec. Economic Geolology, 30, 540-551.
Peng, S. and Johnson, A. M., 1972, Crack growth and faulting in cylindrical specimens of chemsford granite. International Journal of Rock Mechanics and Mining Science, 9, 37-86.
Plumb, R., Engelder, T. and Yale, D., 1984 b, Near-surface in-situ stress, 3. Correlation with microcrack fabric within the New Hampshire. Journal of Geophysical Research, 89, 9350-9364.
Vollbrecht, A., Rust, S. and Weber, K., 1991, Development of microcracks in granites during cooling and uplift:examples from the Variscan basement in NE Bavaria, Germany. Journal of Structual Geology, 13, 787-799.
Wise, D. U., 1964, Microjointing in basement, middle Rocky mountains of Montana and Wyoming. Geological Society of America Bulletin, 75, 287-292.
Wise, D. U., 2005, Rift and grain in basement:thermally triggered snapshots of stress fields during erosional unroofing of the Rocky mountains of Montana and Wyoming, Rocky mountain geology
이와 같이 다수의 문헌을 통해 화강암류 석산에서 채석면으로 이용되는 결의 방향성은 화강암류에서 존재하는 다양한 방향의 미세균열 중에서 가장 탁월한 분포성을 갖는 특정 미세균열 조와 상관성을 도출한 연구사례가 공지되고 있다.
한편, 화강암류 내부의 미소한 미세균열을 도출하기 위하여 종래에는 암석의 박편을 직접 관찰하였다. 그러나 종래 암석의 박편을 이용하여 미세균열을 도출하는 방식의 단점을 지적하면,
1. 편광 현미경에서 관찰되는 박편의 대상 면적이 너무 협소하여 박편에서 분포하는 다양한 방향의 미세균열에 대한 전체적인 분포성의 파악이 곤란하고,
2. 비전문가인 일반인이 접근하기에는 미세균열의 도출을 위한 경험 부족으로 인하여 많은 시간과 경험이 필요하며,
3. 또한 고가의 편광 현미경을 구입하여 사용하여야 함으로 그 사용상의 과정이 번거로우며, 편광 현미경의 구입을 위한 고가의 추가적인 비용을 초래하는 문제가 있었다.
따라서 본 발명은 종래에 제기되고 있는 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 화강암류에서 분포하는 결의 방향성을 제3자가 객관적으로 판별 또는 결정할 수 있으며, 채석업계의 종사자를 제외한 비전문가들도 객관적이고, 편리하며, 용이하게 결의 방향성을 도출할 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 화강암류로부터 정방향의 암석시료를 채취하는 암석시료 채취단계; 상기 암석시료의 일면과 평행한 방향으로 상기 암석시료를 절단하여 박편을 제작하는 박편 제작단계; 상기 박편을 촬영하여 이미지를 획득하는 이미지 획득단계; 상기 박편에 분포하는 미세균열을 나타낼 수 있도록 상기 이미지 획득단계에서 획득된 이미지를 이미지 프로세싱(image processing)하는 이미지 프로세싱단계; 및 상기 이미지프로세싱단계를 거친 이미지에서 나타나는 미세균열을 토대로 상기 화강암류의 채석 시 절단면이 되는 결의 방향성을 결정하는 결의 방향성 결정단계; 를 포함한다.
여기서 상기 결의 방향성 결정단계는 복수의 미세균열 중 가장 뚜렷한 특정방향의 미세균열을 토대로 상기 결의 방향성을 결정한다.
또한 상기 결의 방향성 결정단계는, 상기 박편에 존재하는 제1 수직결의 방향성과, 상기 제1 수직결과 직교하는 제2 수직결의 방향성을 결정한다.
그리고 상기 박편 제작단계는, 상기 암석시료의 6면 중 제1 면과 평행한 방향으로 상기 암석시료를 절단하여 제1 박편을 제작하는 제1 박편 제작단계; 상기 암석시료의 6면 중 상기 제1 면과 수직을 이루는 제2 면과 평행한 방향으로 상기 암석시료를 절단하여 제2 박편을 제작하는 제2 박편 제작단계; 상기 암석시료의 6면 중 상기 제1 면 및 상기 제2 면과 수직을 이루는 제3면과 평행한 방향으로 상기 암석시료를 절단하여 제3 박편을 제작하는 제3 박편 제작단계;를 포함하고, 상기 결의 방향성 결정단계는, 상기 제1 박편 및 상기 제3 박편으로부터 제1 수직결을 결정하고, 상기 제1 박편 및 상기 제2 박편으로부터 상기 제1 수직결과 직교하는 제2 수직결을 결정하고, 상기 제2 박편 및 상기 제3 박편으로부터 상기 제1 수직결 및 상기 제2 수직결과 직교하는 수평결을 결정한다.
한편 상기 이미지 프로세싱단계는, 컴퓨터나 단말기에서 구동하는 그래픽 편집 프로그램을 이용하여 상기 이미지 획득단계에서 획득된 이미지가 명암을 토대로 3차원 양각을 갖도록 변환하는 양각효과 적용단계; 를 포함한다.
상기 이미지 프로세싱단계는, 상기 그래픽 편집 프로그램을 이용하여 상기 3차원 양각을 갖도록 변환된 이미지가 조명에 의해 빛을 조사받는 것과 같은 효과를 갖도록 하되, 상기 조명의 위치를 상기 이미지의 중심을 기준으로 0ㅀ ∼ 360ㅀ 로 조절하여 상기 박편에 분포하는 미세균열을 뚜렷하게 나타내는 이미지로 변환하는 조명효과 적용단계; 를 포함한다.
그리고 상기 박편에 분포하는 결의 방향성은, 상기 박편에 분포하는 석영입자의 미세균열의 방향을 토대로 결정된다.
또한 상기 박편에 분포하는 결의 방향성은, 상기 박편에 분포하는 석영입자의 외각부에서 내부로 전파되는 미세균열과, 상기 석영입자의 내부에서 100 ∼ 200 ㎛의 장경을 갖는 흑운모입자 및 장석입자의 경계부에서 분포하는 미세균열의 방향을 토대로 결정된다.
여기서 상기 결의 방향성 결정단계에서 결정된 결을 토대로 지표 및 지중에서 상기 결의 주향방향과 동일하게 분포하는 보다 큰 규모의 수직상 절리 또는 단층의 잠재성을 진단할 수 있다.
상술한 본 발명에 따른 화강암류에 분포하는 결의 방향성을 도출하는 방법에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명에 따르면, 편광 현미경에서 관찰되는 박편의 대상 면적이 너무 협소하여 박편에서 분포하는 다양한 방향의 미세균열에 대한 전체적인 분포성의 파악이 곤란한다. 별도의 현미경 관찰의 번거로운 과정을 거치지 않고, 이미지 프로세싱을 통해 화강암류에 분포하는 미세균열의 방향성을 신속하고 용이하게 도출할 수 있는 이점이 있다.
둘째, 본 발명에 따르면, 박편의 확대사진의 이미지에서 열린 미세균열의 분포성을 뚜렷이 인식할 수 있다. 미세균열은 화강암질 마그마가 지중에서 냉각과정에서 발생하는 아문 미세균열과 마그마가 완전히 고화된 후에 생성된 열린 미세균열로 구분이 된다. 아문 미세균열 내부에는 석영으로 충진되어 열린 미세균열에 비하여 결의 효과가 감쇄한다. 결로 인식되는 열린 미세균열은 아문 미세균열에 비하여 길이가 길고, 폭이 넓다. 이미지프로세싱을 통하여 열린 미세균열을 객관적으로 재현할 수 있다.
셋째, 본 발명에 따르면, 암석시료에 대한 박편의 확대사진을 제작하여 획득된 이미지를 그래픽 편집 프로그램을 이용하여 화강암류의 주구성광물인 석영, 장석, 흑운모 입자에 대한 3차원 양각 및 음각효과 및 조명효과를 갖도록 함으로써 박편의 확대사진에 분포하는 미세균열을 가장 뚜렷하게 나타내는 이미지로 변환할 수 있는 이점이 있다.
넷째, 본 발명에 따르면, 박편의 확대사진에 분포하는 석영입자의 외각부에서 내부로 전파되는 미세균열과, 석영입자의 내부에서 산포상으로 분포하며 100~200 ㎛의 장경을 갖는 흑운모 및 장석입자의 경계부에서 분포하는 미세균열의 방향을 토대로 결(미세균열)의 방향성을 용이하게 도출할 수 있는 이점이 있다.
다섯째, 본 발명에 따르면, 암석시료에 분포하는 석영입자의 미세균열을 토대로 화강암류의 미세균열의 방향성을 도출 및 종합하여 배열성이 가장 뚜렷한 특정방향의 미세균열 조의 주향방향과 부합하는 결의 방향성을 판별할 수 있는 이점이 있다. 이러한 결의 방향성은 화강암류의 석산에서 분리가 용이한 잠재성을 지닌다.
도 1은 본 발명에 따른 결의 방향성 도출방법을 도시한 흐름도이다.
도 2는 화강암류의 채석 현장에서 적용되는 수평면에서 가장 분리가 용이한 수직 결의 방향으로 채석하는 장면을 도시한 이미지이다.
도 3은 정방형 암석시료에서 내재하는 결의 이상적인 방향성 및 개념도를 의미한다.
도 4는 본 발명에 따른 이미지 프로세싱단계를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 이미지 프로세싱단계에서 사용되는 그래픽 편집 프로그램의 실시예를 도시한 것이다.
도 9는 수평의 암석시료 박편의 확대사진에 대한 이미지에서 유형별 미세균열의 빈도수 및 방향각을 도출, 미세균열의 전반적인 분포특성을 도시한 분포도이다.
도 10은 도시된 흑운모-석영 미세균열과 흑운모-장석 미세균열을 도시한 도면이다.
도 11의 ⓐ는 조사선법 및 전체법을 통하여 도출한 흑운모-석영 미세균열, 도 11의 ⓑ는 조사선법 및 전체법을 통하여 도출한 흑운모-장석 미세균열, 도 11의 ⓒ는 조사선법 및 전체법을 통하여 도출한 흑운모-석영/장석 미세균열에 대하여 15개 방향각에 대한 빈도수를 각각 나타내고 있다.
이하 본 발명에 따른 화강암류에 분포하는 결의 방향성 도출방법에 대한 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명된다.
본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 미세균열의 방향성 도출방법을 도시한 흐름도이고, 도 2는 채석 현장에서 결을 이용하여 화강암류를 용이하게 분리하는 방법을 설명하기 위한 이미지이다.
1. 암석시료 채취단계( S110 )
암석시료 채취단계(S110)는 화강암류로부터 정방향의 암석시료를 채취하는 단계로서, 화강암류의 암체에서 수평면을 형성하고 단층, 절리 및 암맥이 발달하지 않은 신선한 노두 상에서 10ㅧ10 ㎝ 정도의 크기로 정방형의 암석시료를 채취한다. 도 2의 ⓐ는 채석현장에서 적용되는 수직 결의 방향, 도 2의 ⓑ는 수직 결과 평행하게 형성된 절단면의 방향 및 형태를 표시한다.
여기서, 화강암류를 대상으로 하였으며, 도 2의 ⓐ와 ⓑ에 표시된 절단면과 이미지프로세싱을 통하여 도출한 결의 방향성과의 상관성을 검토할 수가 있다.
2. 박편제작 단계(S120)
박편제작 단계에서는 암석시료의 일면과 평행한 방향으로 암석시료를 절단하여 박편을 제작한다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 정방형 암석시료의 각 면과 평행한 방향으로 박편을 제작하게 되며, 여기서 박편은 일반적인 광물감정용 박편보다 면적이 3~4배 넓은 박편을 의미한다. 도 3은 정방형 암석시료에서 내재하는 결의 이상적인 방향성 및 개념도를 의미한다. 제1 면, 제2 면 및 제3 면과 각각 평행하게 제작된 박편에서는 서로 직교하는 두 종류의 결(열린 미세균열)을 측정할 수가 있다. 즉 박편 제작단계는 암석시료의 6면 중 제1 면과 평행한 방향으로 암석시료를 절단하여 제1 박편을 제작하는 제1 박편 제작단계와, 암석시료의 6면 중 제2 면과 수직을 이루는 제2 면과 평행한 방향으로 상기 암석시료를 절단하여 제2 박편을 제작하는 제2 박편 제작단계와, 암석시료의 6면 중 제1 면 및 제2 면과 수직을 이루는 제3 면과 평행한 방향으로 암석시료를 절단하여 제3 박편을 제작하는 제3 박편 제작단계를 포함할 수 있다.
3. 이미지 획득단계(S130)
이미지 획득단계에서는 박편을 촬영하여 이미지를 획득하게 된다.
즉 도 3의 제1 면을 포함하는 제1 박편의 확대사진을 제작하여 도 5의 ⓐ에 표시한 제1 면의 이미지를 획득하고, 도 3의 제3 면을 포함하는 제3 박편의 확대사진을 제작하여 도 6의 ⓐ에 표시한 제3 면의 이미지를 획득한다.
여기서, 도 5의 ⓐ, 도 6의 ⓐ에서 화강암류의 주구성광물인 석영입자, 장석입자 및 흑운모입자를 표시하였다. 검은 부분은 석영, 얼룩 덜룩한 부분은 장석, 흰 부분은 흑운모 입자이다. 결의 간단한 도출방법의 실 예를 제시하기 위하여 편의상 암석시료의 제1 면을 포함하는 제1 박편의 확대 이미지와, 제3 면을 포함하는 제3 박편의 확대 이미지를 획득하였다.
4. 이미지 프로세싱단계(S140)
이미지 프로세싱단계(S140)에서는 박편에 분포하는 미세균열을 나타낼 수 있도록 이미지 획득단계에서 획득된 이미지를 이미지 프로세싱(image processing)하게 된다.
즉 이미지 획득단계(S130)에서 획득된 도 5의 ⓐ에 표시한 제1 박편의 제1 면의 이미지, 도 6의 ⓐ에 표시한 제3 박편의 제3 면의 이미지를 이미지 프로세싱(image processing)한다.
여기서 이미지 프로세싱은 그래픽 편집 프로그램 등을 사용하여 촬영된 이미지의 색상반전, 밝기, 대비, 샤프니스(sharpness), 채도 등을 조절하는 것을 말하며, 일예로 촬영된 컬러 이미지를 흑백 이미지로 변환하는 것 등을 들 수 있다.
도 5 내지 도 8을 참조하여, 본 발명에 따른 이미지 프로세싱단계(S140)를 보다 구체적으로 설명한다.
4-1. 그래픽 편집 프로그램 실행단계(S141)
컴퓨터나 단말기 등을 이용하여 그래픽 편집 프로그램을 실행한다.
4-2. 이미지 불러오기 단계(S142)
그래픽 편집 프로그램 상에서 이미지 획득단계(S130)에서 획득된 이미지를 불러온다.(S132)
4-3. 색상 반전 효과 적용단계(S143)
도 5의 ⓐ 및 ⓑ, 도 6의 ⓐ 및 ⓑ에 도시된 바와 같이, 그래픽 편집 프로그램의 기능 중 색상반전효과 기능을 이용하여 이미지 획득단계(S130)에서 획득된 이미지가 색상반전 효과를 갖도록 변환한다.
여기서, 5의 ⓑ에 표시한 이미지는 도 5의 ⓐ, 도 6의 ⓑ에 표시한 이미지는 도 6의 ⓐ를 색상반전 효과를 갖도록 변환한 이미지인 것이다.
4-4. 양각효과 적용단계(S144)
계속해서 도 5의 ⓒ 및 ⓓ, 도 6의 ⓒ 및 ⓓ에 도시된 바와 같이, 그래픽 편집 프로그램의 기능 중 2차원(2D) 이미지를 3차원(3D) 이미지로 변환하는 기능을 이용하여 이미지 획득단계(S130)에서 획득된 이미지가 도 5의 ⓔ 및 ⓕ, 도 6의 ⓒ 및 ⓓ와 같이 3차원 양각(부조)을 갖도록 변환한다.
여기서 이미지 획득단계(S130)에서 획득된 이미지의 명암을 토대로 하여 명암에 따라 밝은 부분이 돌출되고 어두운 부분은 함몰되도록 하거나, 밝은 부분이 함몰되고 어두운 부분이 돌출되도록 함으로써 상기 이미지가 양각을 갖도록 변환할 수 있게 된다.
여기서 석영입자, 장석입자 및 흑운모입자 그리고 석영입자 내부의 미세균열을 양각(engraving in relief) 및 음각(intaglio)으로 각각 표현하여 식별이 용이하도록 표현하였다.
4-5. 조명효과 적용단계(S145)
이후 그래픽 편집 프로그램의 조명기능을 이용하여, 양각효과 적용단계(S134)에서 3차원 양각(부조)을 갖도록 변환된 이미지가 조명에 의해 빛을 조사받는 것과 같은 효과를 갖도록 한다.
이때 도 5의 ⓕ, 도 6의 ⓓ에 도시된 바와 같이, 상기 조명의 위치를 상기 이미지의 중심을 기준으로 0ㅀ ∼ 360ㅀ 로 조절하여 박편에 분포하는 미세균열을 가장 뚜렷하게 나타내는 이미지로 변환할 수 있게 된다.
5. 결의 방향성 결정단계(S150)
이미지 프로세싱 단계(S140)에서 조작된 이미지에서 나타나는 복수의 미세균열 중 가장 뚜렷한 특정방향의 미세균열을 토대로 화강암류의 채석 시 절단면이 되는 결의 방향성을 결정하게 된다.
여기서 결의 방향성은 박편에 분포하는 석영입자의 미세균열의 방향을 토대로 결정할 수 있다.
이를 보다 상세히 설명하면, 박편에 분포하는 석영입자의 외각부에서 내부로 전파되는 미세균열과, 석영입자의 내부에서 분포하며 100 ∼ 200 ㎛의 장경을 갖는 흑운모 및 장석입자의 경계부에서 분포하는 미세균열(도 5의 ⓕ에 도시된 수직선, 도 6의 ⓓ에 도시된 수평선)의 방향을 토대로 결의 방향성을 도출할 수 있다.
여기서, 미세균열을 토대로 결을 도출하는 방법의 이해를 돕기 위하여 이미지프로세싱을 거친 확대 이미지를 제시하였다. 7의 ⓐ는 도 5의 ⓔ, 도 7의 ⓑ는 도 6의 ⓒ의 확대 이미지, 도 8의 ⓐ는 도 5의 ⓕ, 도 8의 ⓑ는 도 6의 ⓓ의 확대 이미지이다.
즉 결의 방향성 결정단계에서는, 제1 박편 및 제2 박편으로부터 제1 수직결을 결정하고, 제1 박편 및 제2 박편으로부터 제1 수직결과 직교하는 제2 수직결을 결정하며, 제2 박편 및 제3 박편으로부터 제1 수직결 및 제2 수직결과 직교하는 수평결을 결정할 수 있게 되는 것이다.
여기서 제1 수직결은 그레인면(Grain plane)을 지칭하는 것이고, 제2 수직결은 하드웨이면(hardway plane)을 지칭하는 것이며, 수평결은 리프트면(rift plane)을 지칭하는 것이다.
이와 같은 결의 방향성 결정단계에 대하여 보다 상세히 설명하면, 제1 수직결, 즉 그레인면(Grain plane)은 제1 박편의 제1 면에 존재하는 선형의 그레인 1(Grain 1)과 제3 박편의 제3 면에 존재하는 선형의 그레인 2(Grain 2)에 의해 도출된다.
이때, 그레인 1과 그레인 2는 이미지 프로세싱 단계(S140)에서 조작된 이미지에서 나타나는 복수의 미세균열 중 가장 뚜렷한 특정방향의 미세균열을 말한다.
또한 제2 수직결, 즉 하드웨이면(hardway plane)은 제1 박편의 제1 면에 존재하는 선형의 하드웨이 2(hardway 2)와 제2 박편의 제2 면에 존재하는 선형의 하드웨이 1(hardway 1)에 의해 도출되며, 여기서 하드웨이 1과 하드웨이 2는 이미지 프로세싱 단계(S140)에서 조작된 이미지에서 나타나는 복수의 미세균열 중 가장 뚜렷한 특정방향의 미세균열을 말한다.
또한 수평결, 즉 리프트면(rift plane)은 제2 박편의 제2 면에 존재하는 선형의 리프트 1(rift 1)과 제3 박편의 제3 면에 존재하는 선형의 리프트 2(rift 2)에 의해 도출되게 되며, 여기서 리프트 1과 리프트 2는 이미지 프로세싱 단계(S140)에서 조작된 이미지에서 나타나는 복수의 미세균열 중 가장 뚜렷한 특정방향의 미세균열을 말한다.
5-1. 미세균열의 유형별 분류 및 빈도수 측정(S151)
계속해서 도 9는 도 2의 ⓐ, 도 3의 제 1면, 도 5의 ⓐ 및 ⓑ에서 도시된 면을 이용하여, 연구지역의 화강암류에서 채취한 암석시료의 수평면의 이미지에서 도출한 미세균열을 스켓치하여 1mm 이상의 길이를 갖는 개개 미세균열의 방향각을 도출한 것을 나타난다. 이미지 획득단계(S130)에서 획득한 도 5의 ⓐ에서 미세균열의 빈도수의 측정에는 조사선법(측선과 교차) 및 전체법(측선과 교차 및 측선 내부)을 사용, 결과를 상호 비교하였다. 도 9에서는 구성입자의 접촉형태에 따라 미세균열의 유형은 흑운모-석영 미세균열, 흑운모-장석 미세균열, 입자 경계 미세균열, 석영-장석 미세균열의 4가지로 분류하였다. 흑색부분은 석영, 얼룩덜룩한 부분은 장석, 백색부분은 흑운모를 나타낸다.
표 1은 도 9에서 도시된 바와 같이, 연구지역의 화강암류에서 채취한 암석시료의 수평면의 이미지에서 조사선법을 통하여 도출한 80조의 미세균열과 전체법으로 도출한 150조의 미세균열에 대하여 5가지 유형별로 구분하여 빈도수를 도출한 결과를 나타난다. 조사선법 및 전체법을 통하여 도출한 흑운모-석영 미세균열 및 흑운모-장석 미세균열의 미세균열의 빈도수를 보면, 전체의 62.5% 및 66.7%를 각각 차지한다. 그외 석영입자와 장석입자의 경계부 미세균열의 빈도수는 20% 및 15.3%, 장석입자의 벽개면의 빈도수는 9% 및 12%, 장석-석영 미세균열의 빈도수는 5% 및 9%를 각각 차지한다. 이들 중에서 흑운모-석영 미세균열과 흑운모-장석 미세균열의 빈도수가 대부분을 차지한다.
미세균열의
유형(Type)
조사방법
(Method) 		Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 합계
흑운모-석영 흑운모-장석 석영/장석
입자경계		 장석의 벽개면 장석-석영
조사선법
(Scanline)		 빈도수 28 22 16 9 5 80
분포비율(%) 35.0 27.5 20.0 11.3 6.2 100
전체법
(Total)		 빈도수 61 39 23 18 9 150
분포비율(%) 40.7 26.0 15.3 12.0 6.0 100
계속해서 도 10의 ⓐ에서는 흑운모-석영 미세균열, 도 10의 ⓑ에서는 흑운모-장석 입자 사이의 미세균열이 발생하는 모식도를 나타낸다. 모식도에서 타원체의 흑운모 입자 주위에서 발생하는 인장응력의 방향성 및 강도, 회색부분은 흑운모 입자의 측방향을 따라 작용하는 응력분포, 여러 선으로 표시된 부분은 흑운모와 석영 및 장석의 접점을 가로질러 작용하는 응력분포를 나타낸다. 선은 응력으로 유발된 미세균열의 예상방향을 나타낸다(Nishiyama et al., 2002).
여기서 암석의 파괴전 단계(prefailure stage)에서 발생하는 흑운모 입자 주변의 응력 상태를 나타내는 모식도에서는 수직의 응력이 작용할 경우에 가장 큰 규모의 인장응력은 흑운모 입자의 거의 정상부에서 발생하며, 최대 압축 주응력 방향에 수직으로 작용한다. 압축력에 의한 미세균열의 발생 유형 중, 흑운모 입자 주변부의 석영입자 내부에서 상당수의 미세균열이 확인되며, 흑운모 입자의 모서리(biotite edge)에서 발생한 이러한 인장응력 유도 미세균열(tensile stress-induced microcrack)의 방향성은 대략 최대 압축 주응력 방향과 평행하다(Nishiyama et al., 2002).
여기서 미세균열의 발생과 관련된 모식도를 도시한 연구사례에서는 흑운모-석영 미세균열과 흑운모-장석 입자 사이의 미세균열의 발생과정을 나타낸다.
표 2는 도 10에서 도시된 흑운모-석영 미세균열과 흑운모-장석 미세균열에 대하여 조사선법과 전체법으로 구분, 미세균열의 빈도수에 대하여 15도 간격의 방향각으로 구분하여 측정하였다. 흑운모-석영 미세균열과 흑운모-장석 미세균열의 방향성은 도 9에서 도시된 세로축의 중심을 택하여 시계방향(Positive)과 반시계방향(Negative)으로 구분하여 측정하였다.
방향각(θ°)


미세균열		 Negative Positive N
82.5
~
90 		67.5
~
82.5		 52.5
~
67.5		 37.5
~
52.5		 22.5
~
37.5		 7.5
~
22.5		 0
~
7.5		 0
~
7.5		 7.5
~
22.5		 22.5
~
37.5		 37.5
~
52.5		 52.5
~
67.5		 67.5
~
82.5		 82.5
~
90
미세균열의 유형 조사방법
흑운모-석영 Ⅰ 조사선법 1 2 1 1 8 6 3 1 1 2 2 28
Ⅱ 전체법 6 4 1 3 1 2 12 11 7 4 1 2 4 3 61
흑운모-장석 Ⅰ' 조사선법 3 1 1 1 4 5 1 2 2 2 22
Ⅱ' 전체법 6 2 2 1 2 9 7 1 1 3 2 3 39
흑운모-석영/장석 Ⅰ+Ⅰ' 조사선법 4 2 1 2 1 1 12 11 3 2 3 4 4 50
흑운모-석영/장석 Ⅱ+Ⅱ' 전체법 12 6 3 4 3 2 21 18 8 4 2 5 6 6 100
이중에서 흑운모-석영 미세균열에 대하여 조사선법 및 전체법을 각각 통하여 도출한 미세균열의 빈도수를 보면, 28개 및 61개를 차지한다. 흑운모-장석 미세균열의 빈도수를 보면, 22개 및 39개를 차지한다. 흑운모-석영 미세균열과 흑운모-장석 미세균열을 모두 종합, 조사선법 및 전체법을 각각 통하여 도출한 미세균열의 빈도수를 보면, 50개 및 100를 차지한다.
계속해서 도 11의 ⓐ에서는 조사선법 및 전체법을 통하여 도출한 흑운모-석영 미세균열, 도 11의 ⓑ에서는 조사선법 및 전체법을 통하여 도출한 흑운모-장석 미세균열, 도 11의 ⓒ에서는 조사선법 및 전체법을 통하여 도출한 흑운모-석영/장석 미세균열에 대하여 15개 방향각에 대한 빈도수를 각각 나타내고 있다. 여기서 수평의 1번 면에서는 ㅁ 10ㅀ구간(그레인 1)에서 가장 높은 분포수를 보이고 있다. ㅁ 80ㅀ~ㅁ 90ㅀ 구간(하드웨이 2)에서 미약한 변곡점을 형성하여 2조의 미세균열이 상호 직교하는 분포성을 나타내고 있다. 특히 조사선법 및 전체법을 통하여 도출한 빈도수의 분포형은 공통적으로 동일하다. 수평 면에서 나타나는 수직상 미세균열의 빈도수에 대한 방향각별 분포성을 나타내고 있다.
여기서 도 9의 박편의 확대사진 상에서 나타나는 전형적인 흑운모-석영 및 장석-석영 미세균열은 리프트 1의 방향성을 잘 반영한다. 석영 입자의 내부에 분포하는 미세균열의 분포특성은 잠재적인 채석면의 방향성을 판단할 수 있는 가능성을 제시한다.
이는 화강암류에서 실내 이미지 프로세싱 작업을 통하여 이미지에서 직접 측정한 흑운모-석영/장석 미세균열의 빈도수 및 방향성과 도 2에 표시한 바와 같이 채석현장에서 적용되는 수직 결과의 방향성이 상호 일치하는 연구결과를 획득하였기 때문이다.
이상과 같이 도면과 명세서에서 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
S110 : 암석시료채취 단계 S120 : 박편제작 단계
S130 : 이미지 획득 단계 S140 : 이미지 프로세싱 단계
S141 : 그래픽 편집 프로그램 실행단계 S142 : 이미지 불러오기 단계
S143 : 색상반전효과 적용단계 S144 : 양각효과 적용단계
S145 : 조명효과 적용단계 S150 : 결의 방향성 결정단계

Claims (9)

  1. 화강암류로부터 정방향의 암석시료를 채취하는 암석시료 채취단계;
    상기 암석시료의 일면과 평행한 방향으로 상기 암석시료를 절단하여 박편을 제작하는 박편 제작단계;
    상기 박편을 촬영하여 이미지를 획득하는 이미지 획득단계;
    상기 박편에 분포하는 미세균열을 나타낼 수 있도록 상기 이미지 획득단계에서 획득된 이미지를 이미지 프로세싱(image processing)하는 이미지 프로세싱단계; 및
    상기 이미지프로세싱단계를 거친 이미지에서 나타나는 미세균열을 토대로 상기 화강암류의 채석 시 절단면이 되는 결의 방향성을 결정하는 결의 방향성 결정단계; 를 포함하는 화강암류에 분포하는 결의 방향성 도출방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 결의 방향성 결정단계는 복수의 미세균열 중 가장 뚜렷한 특정방향의 미세균열을 토대로 상기 결의 방향성을 결정하는 화강암류에 분포하는 결의 방향성 도출방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 결의 방향성 결정단계는,
    상기 박편에 존재하는 제1 수직결의 방향성과, 상기 제1 수직결과 직교하는 제2 수직결의 방향성을 결정하는 화강암류에 분포하는 결의 방향성 도출방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 박편 제작단계는,
    상기 암석시료의 6면 중 제1 면과 평행한 방향으로 상기 암석시료를 절단하여 제1 박편을 제작하는 제1 박편 제작단계;
    상기 암석시료의 6면 중 상기 제1 면과 수직을 이루는 제2 면과 평행한 방향으로 상기 암석시료를 절단하여 제2 박편을 제작하는 제2 박편 제작단계;
    상기 암석시료의 6면 중 상기 제1 면 및 상기 제2 면과 수직을 이루는 제3면과 평행한 방향으로 상기 암석시료를 절단하여 제3 박편을 제작하는 제3 박편 제작단계;를 포함하고,
    상기 결의 방향성 결정단계는,
    상기 제1 박편 및 상기 제3 박편으로부터 제1 수직결을 결정하고, 상기 제1 박편 및 상기 제2 박편으로부터 상기 제1 수직결과 직교하는 제2 수직결을 결정하고, 상기 제2 박편 및 상기 제3 박편으로부터 상기 제1 수직결 및 상기 제2 수직결과 직교하는 수평결을 결정하는 화강암류에 분포하는 결의 방향성 도출방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 이미지 프로세싱단계는,
    컴퓨터나 단말기에서 구동하는 그래픽 편집 프로그램을 이용하여 상기 이미지 획득단계에서 획득된 이미지가 명암을 토대로 3차원 양각을 갖도록 변환하는 양각효과 적용단계; 를 포함하는 화강암류에 분포하는 결의 방향성 도출방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 이미지 프로세싱단계는,
    상기 그래픽 편집 프로그램을 이용하여 상기 3차원 양각을 갖도록 변환된 이미지가 조명에 의해 빛을 조사받는 것과 같은 효과를 갖도록 하되, 상기 조명의 위치를 상기 이미지의 중심을 기준으로 0ㅀ ∼ 360ㅀ 로 조절하여 상기 박편에 분포하는 미세균열을 뚜렷하게 나타내는 이미지로 변환하는 조명효과 적용단계; 를 포함하는 화강암류에 분포하는 결의 방향성 도출방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 박편에 분포하는 결의 방향성은,
    상기 박편에 분포하는 석영입자의 미세균열의 방향을 토대로 결정되는 화강암류에 분포하는 결의 방향성 도출방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 박편에 분포하는 결의 방향성은,
    상기 박편에 분포하는 석영입자의 외각부에서 내부로 전파되는 미세균열과, 상기 석영입자의 내부에서 100 ∼ 200 ㎛의 장경을 갖는 석영입자 및 장석입자의 경계부에서 분포하는 미세균열의 방향을 토대로 결정되는 화강암류에 분포하는 결의 방향성 도출방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 결의 방향성 결정단계에서 결정된 결을 토대로 지표 및 지중에서 상기 결의 주향방향과 동일하게 분포하는 보다 큰 규모의 수직상 절리 또는 단층의 잠재성을 진단할 수 있는 화강암류에 분포하는 결의 방향성 도출방법.











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