KR20140013817A - 유도분극 탐사를 위한 비분극 전극 - Google Patents

Abstract

본 발명은 황화광물을 조사하는데 유용한 유도분극 탐사(Induced Polarization Survey)를 실시하기 위한 비분극 전극(non-polarizable electrode)으로 유도분극 탐사에서 금속 물질을 전위전극으로 사용하였을 때 지표면과 전극의 접촉면에서 발생할 수 있는 전극분극(electrode polarization) 현상을 줄일 수 있는 유도분극 탐사를 위한 비분극 전극에 관한 것으로, 상부와 하부가 개방된 케이스; 상기 케이스에 삽입되어 상부 개방면으로 노출되는 절연 패킹; 상기 절연 패킹 내에 삽입되는 전류 유도봉; 및 상기 케이스 내에 채워지는 충전물; 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

유도분극 탐사를 위한 비분극 전극{NON-POLARIZABLE ELECTRODES FOR INDUCED POLARIZATION SURVEY}

본 발명은 유도분극 탐사를 위한 비분극 전극에 관한 것으로, 황화광물을 조사하는데 유용한 유도분극 탐사(Induced Polarization Survey)를 실시하기 위한 비분극 전극(non-polarizable electrode)으로 유도분극 탐사에서 금속 물질을 전위전극으로 사용하였을 때 지표면과 전극의 접촉면에서 발생할 수 있는 전극분극(electrode polarization) 현상을 줄일 수 있는 유도분극 탐사를 위한 비분극 전극에 관한 것이다.

유도분극 탐사는 지하에 전류를 흘려보내면 섬아연석(ZnS), 방연석(PbS), 황동석(CuFeS₂)과 같이 황(S)을 포함하고 있는 황화광물 내에서 발생되는 분극현상을 측정하는 탐사방법이다. 현장 탐사 시 측정 방법에 따라 시간영역 유도분극 탐사와 주파수영역 유도분극 탐사로 구분할 수 있다.

상기 시간영역 유도분극 탐사는 지하에 직류 전류를 일정 시간 동안 흘려보낸 뒤 전류를 차단하면 지하에 분극 현상을 일으키는 물질들에 의해 전하가 잔류하게 되며 이를 시간에 따라 측정함으로써 충전성(chargeability)을 얻는 방법이다.

이와 달리 주파수영역 유도분극 탐사는 지하에 두 개 이상의 낮은 주파수(10Hz 이하)의 교류 전류를 연속적으로 흘려보내어 각각의 주파수에서 전위차 혹은 겉보기 전기비저항을 측정하여 유도분극을 일으키는 물질에 의한 주파수 효과와 금속 계수를 구하는 방법이다.

실제 이러한 유도분극탐사 시 사용되는 비분극 전극으로 금속 전극을 사용할 경우 금속 전극 주변의 전해액(땅이나 암석 속에 들어 있는 수분) 중 (+)이온은 (-) 전극 주위에 모여들고 (-)이온은 (+) 전극 주위에 모여들어 정상적인 전류의 흐름을 방해하는 분극 현상이 발생한다. 다시 말해 전극과 전해질의 경계면에서 전하의 실제적 이동이 없고, 전극과 전해질의 경계면에서 형성되는 용량성에 의한 변위 전류만이 흐르는 전극이 되는 것이다.

따라서 유도분극탐사 시에는 미약한 신호를 분극 현상이 없이 측정하기 위하여 전극과 전해질의 경계면에서 전하의 이동에 의해 전류가 흐를 수 있는 비분극전극을 사용하게 된다.

기존의 비분극 전극은 주로 반투막 형태의 초벌구이 도자기를 사용하고, 내부 전극 및 전해액으로는 Cu-CuSO₄, Pb-PbCl₂, Zn-ZnSO₄ 등을 이용하게 되는데, 실제 전극분극 현상이 목표한 만큼 줄어들지 않아 측정 효율을 저하시키고 측정 작업을 더디게 하며 실제 측정치가 불안정한 문제점이 있다. 또한 이러한 전해액 용액은 환경오염을 유발시키는 물질이고, 사용 중 용액을 보충하는 등 유지관리에 어려움이 있다는 문제점도 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 황화광물을 포함하고 있는 유용 금속광물 조사에 효과적인 유도분극 탐사를 현장에서 수행함에 있어 전극과 지표의 접촉부에서 발생할 수 있는 전극분극 현상을 없애고 양질의 탐사자료를 획득하기 위한 비분극 전극을 제공하는 것이다.

본 발명의 일측면에 따르면, 상부와 하부가 개방된 케이스; 상기 케이스에 삽입되어 상부 개방면으로 노출되는 절연 패킹; 상기 절연 패킹 내에 삽입되는 전류 유도봉; 및 상기 케이스 내에 채워지는 충전물; 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 비분극 전극을 제공한다.

바람직하게는, 상기 케이스는 PVC 재질로 만들어지며, 하부에서 상부로 갈수록 직경이 단계적으로 좁아지는 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 절연 패킹은 고무 재질로 만들어지며, 중심에는 상하 방향으로 상기 전류 유도봉을 삽입할 수 있는 삽입홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 전류 유도봉은 납으로 만들어지며, 외부면이 염화연으로 피복되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 전류 유도봉은 3mm 내지 5mm의 직경을 가지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 충전물은 염화연 분말, 염화나트륨 및 석고를 섞고 증류수로 반죽한 후 고결시켜 제작되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 충전물에서 염화연 분말, 염화나트륨 및 석고는 무게 중량비로 50 내지 58% : 30 내지 38% : 10 내지 18%로 혼합되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 황화광물을 포함하고 있는 유용 금속광물 조사에 효과적인 유도분극 탐사를 현장에서 수행함에 있어 전극과 지표의 접촉부에서 발생할 수 있는 전극분극 현상을 없애고 양질의 탐사자료를 획득할 수 있게 되는 효과가 있다.

또한 기존의 비분극 전극의 사용시 발생될 수 있는 전해액으로 인한 환경오염을 방지할 수 있고 유지관리가 용이하게 되는 효과도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 유도분극 탐사를 위한 비분극 전극을 설명하기 위한 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 유도분극 탐사를 위한 비분극 전극의 현장 설치예를 보여주는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 비분극 전극을 이용한 탐사 위치 및 측선도(a)와 빈분극 전극 설치 및 탐사장면(b)를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 비분극 전극을 이용한 현장탐사 측선 설치 개념도.
도 5는 본 발명에 따른 비분극 전극을 이용한 x마사측선의 전기비저항 분포도(a)와 탐사측선의 충전성 분포도(b).

이하 본 발명에 따른 유도분극 탐사를 위한 비분극 전극에 대한 실시 예를 첨부한 도면을 참고하여 더 상세히 설명한다.

전기비저항탐사를 비롯한 자연전위(SP) 탐사와 유도분극(Induced Polarization) 탐사는 지표에 설치된 전극을 통하여 전위차를 측정한다. 이때 금속 전극을 사용할 경우, 금속 전극 주변의 전해액 중의 (+)이온은 (-)전극 주위에, (-)이온은 (+)전극 주위에 모여들어 정상적인 전류의 흐름을 방해하게 된다. 지표에 직류전류를 연속해서 흘려주어 전위차를 측정하는 전기비저항 탐사에서는 무시할 만한 수준의 잡음으로 여겨 스테인리스 전극을 사용하여도 큰 문제가 되지 않지만, 지표에 전류를 흘려주지 않고 지하 내부의 전위차를 측정하는 자연전위(SP)탐사나 전류전극을 통하여 지하에 전류를 흘려보내다가 전류를 차단하면 순간적으로 소멸하지 않고 수초 내지 수 분간에 걸쳐 서서히 소멸되는 유도분극 현상을 이용한 IP탐사에서는 전극분극 현상을 막기 위해 비분극 전극을 사용하는 것이 바람직하다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 유도분극 탐사를 위한 비분극 전극은 상부 일부와 하부 전면이 개방된 케이스(10)와, 상기 케이스에 삽입되어 상부 개방면으로 노출되는 절연 패킹(20)과, 상기 절연 패킹(20) 내에 삽입되는 전류 유도봉(30)과, 상기 케이스 내에 채워지는 충전물(40)을 포함하여 구성된다.

상기 케이스(10)는 PVC(Polyvinyl chloride) 파이프로 제작될 수 있다. 이 케이스(10)의 상부는 상기 전류 유도봉(30)과 절연 패킹(20)을 삽입할 수 있게 일부가 개방되어 있으며, 하부는 전면이 개방되게 만들어진다.

이때, 케이스(10)는 지면 삽입 후 자연 배출이 되지 않도록 그리고 상기 절연 패킹(20)을 케이스(10)의 하부에서 밀어 올려 결합시킬 수 있도록 하부에서 상부로 갈수록 그 직경이 단계적으로 좁아지는 구조를 가질 수 있다. 바람직하게는 해당 케이스(10)의 하부 외경은 약 3.3cm 일 수 있으며 그 수직 길이는 4.3cm 일 수 있다. 그리고 해당 케이스(10)의 상부 직경은 3cm 일 수 있으며 그 수직 길이는 3.2cm 일 수 있다.

또한 상기 케이스(10)의 상부는 내측으로 절곡된 플랜지가 형성되며, 상기 절연 패킹(20)의 하부 말단에는 외측으로 절곡된 플랜지가 형성되어, 상기 절연 패킹(20)을 케이스(10)의 하부에서 밀어 올려 결합시킨 뒤 해당 절연 패킹(20)이 상측으로 빠져 나오지 않도록 할 수 있다.

상기 절연 패킹(20)은 절연이 가능한 재질로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 상기 전류 유도봉(30)을 끼운 상태에서 유지할 수 있도록 어느 정도 신축성을 가지는 고무 재질인 것이 좋다. 이 절연 패킹(20)이 케이스(10)와 결합한 뒤 외부로 노출되는 수직 길이는 약 1.5cm 일 수 있다.

그리고 이러한 절연 패킹(20)의 중심에는 상하 방향으로 상기 전류 유도봉(30)을 삽입할 수 있는 삽입홀이 형성된다.

상기 전류 유도봉(30)은 납(Pb)으로 만들어진 기다란 막대 형상으로 형성되며, 외부면은 염화연(PbCl₂)으로 피복될 수 있다. 보다 상세하게는 이 전류 유도봉(30)은 직경 3mm 내지 7mm, 바람직하게는 약 5mm의 납봉에 전기분해를 이용하여 염화연을 피복시켜 제작되게 된다. 여기에서 전류 유도봉(30)의 제작시 상술한 전기분해 외에 다양한 코팅 방식으로 이 염화연을 납봉에 피복시켜 제작할 수 있다.

그리고 상기 케이스(10)의 내부는 충전물(40)이 채워지게 되는데, 이 충전물(40)은 염화연(PbCl₂) 분말과 염화나트륨(NaCl)을 섞은 석고(CaSO₄2H₂O)를 증류수로 반죽하여 PVC관 내부를 채워서 굳히는 방법으로 제작될 수 있다.

바람직하게는 상기 케이스(10) 내에 채워 넣는 반죽은 염화연(PbCl₂) 분말과 염화나트륨(NaCl)과 석고(CaSO₄2H₂O)를 무게 중량비로 50 내지 58% : 30 내지 38% : 10 내지 18%, 바람직하게는 54% : 34% : 12%로 섞은 다음 증류수를 사용하여 고결시켜 제작할 수 있다.

전체적으로 이 비분극 전극을 만드는 방법에 대하여 설명하면, 원통형 케이스(10)와 염화연으로 코팅된 납 재질의 전류 유도봉(30) 그리고 충전물 재료를 준비한 후, 먼저 케이스(10)의 안쪽에 절연 패킹(20)을 이용해 전류 유도봉(30)을 고정시킨다. 그리고 염화연(PbCl₂) 분말과 염화나트륨(NaCl)과 석고(CaSO₄2H₂O)를 상술한 비율로 배합한 재료를 해당 케이스(10)의 안쪽에 채우고 증류수를 조금씩 주입하면서 잘 섞어 반죽 상태로 해당 케이스(10)의 내부를 꽉 채운 다음 그늘에서 약 3일간 건조시키게 된다.

이렇게 제작된 비분극 전극의 실제 설치예가 도 2에 도시되어 있다. 이 비분극 전극은 전극과 지표면의 접촉면에서 발생할 수 있는 분극현상을 없앨 수 있어 수신신호의 잡음을 줄이는데 유용하여 유도분극 탐사에서 전위전극으로 사용할 수 있다. 그리고 적은 제작비용과 갱내탐사에서 암벽에 쉽게 설치할 수 있는 장점을 가지고 있다.

[실험예]

본 발명에 따른 비분극 전극의 효과를 파악하기 위하여 전남 해남에 위치하고 있는 순신광산(금 광산)과 인접한 모이산에서 탐사측선을 설치하여 시간영역 유도분극탐사를 실시하였다.

도 3의 (a)는 현장 탐사측선으로서 유도분극 탐사 위치와 측선도를 보여주고 있으며, 도 3의 (b)는 비분극 전극의 설치 및 이를 이용한 탐사모습을 나타내고 있다.

현장탐사방법은 먼저 전자기 결함(EM coupling)을 제거하기 위하여 도 4와 같이 탐사 측선을 설정한다.

탐사하고자 하는 측선의 양쪽에 2개의 평행한 측선을 설정하여 하나는 전류전극(스테인리스 봉)을 설치하고, 다른 하나는 전위전극(비분극전극)을 설치한다. 전류전극과 전위전극의 측선간 거리는 1m로 띄우고, 전극 간격은 탐사심도에 따라 5m, 10m로 조정한다.

전류 및 전위 전극과 탐사기 본체와 연결하는 케이블은 전선간의 전자기 결함을 없애기 위하여 실드케이블을 사용한다. 탐사를 시작하기 전에 전극과 대지의 접촉저항을 측정하여 접촉저항이 높을 경우 소금물을 뿌려 접촉저항을 낮추어 준다. 전류전극으로 1A 정도의 전류를 흘려보내고, 전위전극으로부터 잔류 전위를 측정한다.

순신광산은 화산응회암류로 알려진 세립질-화산력 용결/비용결 응회암과 응회각력암의 열극을 충진하는 석영 세맥에 배태된 천열수 금은 광상이다. 광석에서 금은 수십 마이크론 크기의 일랙트럼으로 산출되며, 주로 방연석과 황철석이 수반되어 있어 주변보다 충전율(chargeability)이 높기 때문에 유도분극탐사가 효과적일 것으로 판단되어 비분극 전극 효과를 시험하였다.

해남 순신광산에서 비분극 전극을 이용한 유도분극탐사 결과를 도 5에 도시하였다. 이것은 도 3에 도시한 측선 2의 탐사결과로 전기비저항 분포도(a)와 충전성 분포도(b)를 나타내고 있다.

전기비저항 분포도를 살펴보면, 측선 거리 90~150m까지 상대적으로 높은 1,000 ohm-m의 전기비저항을 나타나고 있다. 탐사 대상지는 열수 관입에 의해 석영맥이 형성되어 있는 부분이 풍화 작용에 강하여 산 능선을 이루고 있으며, 주변의 변질응회암보다 전기비저항이 높게 나타난다. 또한 전기비저항이 높게 나타나는 열수 관입에 의한 석영맥이 분포하는 구간에 30 msec 이상의 충전성이 나타내고 있어 황화광물을 포함하고 있는 광화대일 가능성이 높은 것으로 해석된다. 따라서 유도분극 탐사를 수행할 때 비분극 전극을 사용함으로써 황화광물을 수반한 금속광상을 보다 정밀하게 찾을 수 있을 것이다.

이상과 같이 도면과 명세서에서 최적 실시 예가 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 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10 : 케이스 20 : 절연 패킹
30 : 전류 유도봉 40 : 충전물

Claims (7)

1. 상부와 하부가 개방된 케이스;
   상기 케이스에 삽입되어 상부 개방면으로 노출되는 절연 패킹;
   상기 절연 패킹 내에 삽입되는 전류 유도봉; 및
   상기 케이스 내에 채워지는 충전물; 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 비분극 전극.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 케이스는 PVC 재질로 만들어지며, 하부에서 상부로 갈수록 직경이 단계적으로 좁아지는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 비분극 전극.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 절연 패킹은 고무 재질로 만들어지며, 중심에는 상하 방향으로 상기 전류 유도봉을 삽입할 수 있는 삽입홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 비분극 전극.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 전류 유도봉은 납으로 만들어지며, 외부면이 염화연으로 피복되는 것을 특징으로 하는 비분극 전극.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 전류 유도봉은 3mm 내지 5mm의 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 비분극 전극.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 충전물은 염화연 분말, 염화나트륨 및 석고를 섞고 증류수로 반죽한 후 고결시켜 제작되는 것을 특징으로 하는 비분극 전극.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 충전물에서 염화연 분말, 염화나트륨 및 석고는 무게 중량비로 50 내지 58% : 30 내지 38% : 10 내지 18%로 혼합되는 것을 특징으로 하는 비분극 전극.
   

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