지하암반내 고온·저온 저장기술 연구 [2001]
상세정보
| 자료유형 | KIGAM 보고서 |
|---|---|
| 서명 | 지하암반내 고온·저온 저장기술 연구 [2001] |
| 저자 | 신희순 |
| 언어 | KOR |
| 청구기호 | KR-2001-(연차)-08-2001-R |
| 발행사항 | 한국지질자원연구원, 2001 |
| 초록 | : ● 암반공학 분야: 화강암 및 사암을 대상으로 -160℃∼100℃ 온도 범위에 대하여 NX 시추코어를 이용한 열팽창시험으로 암석의 열팽창계수 측정하였다. 이 기법은 그간 측정하기 어려웠던 암석의 열물성 측정의 한 방법으로서, 일반적인 강도시험과 연계하여 용이하게 응용할 수 있는 기법이다. 특히 극저온에서의 암석의 열팽창(수축)계수 측정에 대한 연구 발표 자료는 현재까지 세계적으로도 거의 없으며, 앞으로 극저온에 대한 연구 발전에 기여할 것이다. 또한 이방성 특성을 고려한 암석시험기법, 암반굴착에 따른 손상대평가기법, 현지 암반에 대한 열물성 측정기법의 정립 및 절리 암반의 열유동해석기법 개발 등은 실험실적 규명의 범위를 뛰어넘어 실제 현장 암반특성 평가를 통한 지하설계 등에 실용적으로 연계, 기여할 수 있을 것이다. ● 물리탐사 분야: 텔레뷰어 탐사 결과는 암반 내의 불연속면에 대한 다양한 정보(경사방향, 경사각, 절리 틈새, 절리의 연장성 등)을 제시하였다. 한편 칼라 코어스캐너에 의한 고분해능 코어 이미지는 엽리 및 암맥의 발달상태, 암반의 성상, 구성광물의 입자 크기 및 함량에 대한 정보를 제공할 수 있는 기본 자료가 됨을 보여주었다. 텔레뷰어 자료 및 코아 이미지는 서로 보완적인 관계에 있기 때문에 이들이 상호 연계되어 분석된다면 지반 정보에 대한 보다 정확하면서 정량적인 자료 제시가 가능할 것으로 판단된다. 한편, 자외선 형광 반사 측정 모듈의 구축되었으며 그에 대한 응용 가능성도 타진되었다. 고온·저온 상태에서의 암반평가를 위하여 기존의 연구 결과에 대한 분석결과, 탄성파 속도는 결정질 암반과 같이 공극이 작은 경우, 온도의 영향은 거의 없으며 탄성파 속도를 이용한 암반평가 단계에서 암반의 공극과 포화도를 측정하는 물리검층을 수행할 필요가 있다. 결정질암반에서의 완전파형음파검층은 축대칭음원도 적용이 가능하나 보다 정확한 S파 속도를 측정하기 위해서 축비대칭음원을 이용하여 측정된 자료를 속도분석하여 정확한 S파 속도를 계산하였다. 밀도검층에서 자연감마선의 영향은 장비에 따른 특성으로 보정은 가능하였다. 국내에 도입된 밀도검층에 대한 교정곡선에 대한 분석결과 미세한 공경변화나 지하수위 위에서의 밀도보정은 현시점에서는 어려워 1차 또는 2차 밀도교정 장치의 개발 필요성이 제기되었다. 탄성파 P파 속도와 실내암석시험과의 상관성 분석결과, 매우 양호하여 암반평가에서 P파 속도의 다양한 활용 가능성을 파악할 수 있었다. ● 지화학 분야: 국내 기반암 중에서 우라늄의 평균 함량은 선캠브라이기 화강암에서 7.06±3.89ppm으로 가장 높으며 트라이아스기 화강암(4.57±1.51ppm)과 쥬라기 화강암 (4.52±1.88ppm), 백악기 화강암 (4.18±2.31ppm)로 비슷한 약 4ppm 함량을 보인다. 그리고 백악기 화산암에서 3.21±1.34ppm 그리고 선캠브리아기 변성암에서 2.17±0.89ppm로 가장 낮은 함량을 보였다. 각 지질시대별 열 발생율(heat geheration unit)은 선캠브리아기 화강암에 9.59±4.75 hgu으로 가장 높으며, 트라이아스기 화강암이 8.90±2.72 hgu, 백악기 화강암이 6.86±3.66hgu이며 쥬라기 화강암 지역은 6.46±2.55 hgu로 나타난다. 그리고 백악기 화산암에서 4.50±1.22 hgu 그리고 선 캠브리아기 변성암에서도 4.33±1.96 hgu으로 낮게 나타난다. 지하 암반내 고온·저온 저장소로서 자연 지열 발생율이 가장 낮은 선 캠브리아기 암반이 가장 적합한 것으로 밝혀졌다. 충남 금산 화강암체의 지하 저장소로서의 조구조인 타당성을 파악하는 연구로서 암석학적 및 지화학적인 측면에서 조사 분석하여 이 지역에 산출되는 화강암체의 지구화학적 특징를 규명한 결과 volcanic arc 와 within plate granites에 속하며, 암반의 공학적 물성은 암석내 광물의 함량비 보다는 각 광물의 입도에 더 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. ● 인공암석합성 분야: 고열폐기물의 고정화를 위한 4종의 인공암석 (매트릭스)인 CaZrTi2O7, Gd2Ti2O7, Gd2Zr2O7, 및 CaCeTi2O7를 합성하였고, 이들의 최적 합성 조건 및 상평형 관계를 제시하였으며, 화학조성 분석을 통해, 각 물질들의 특성을 평가하였다. 연구결과, 최적 합성조건은 CaZrTi2O7 (1500℃/20hr in Air), Gd2Ti2O7 (1200-1600℃/5-20hr in Air), Gd2Zr2O7 (1500-1600℃/40hr in Air) 및 CaCeTi2O7 (1300℃/20hr in O2)였다. CaZrTi2O7의 경우, 800-900℃에서 TiO2, ZrO2 및 perovskite (CaO+TiO2=CaTiO3)가 존재하였으며, 특히 perovskite는 소결시간에 비례하여 증가하였다. 1000-1100℃에서, TiO2, ZrO2, perovskite 및 소량의 Zirconolte (CaZrTi2O7)가 공존하였으며, 특히 1000℃인 경우 15시간이상, 그리고 1100℃인 경우, 10시간 이상일 때 zirconolite가 생성되었다. 1200-1300℃에서, TiO2, ZrO2, perovskite 및 Zirconolte (CaZrTi2O7)가 공존하였으며, 특히 zirconolite가 주된 상으로 합성되었다. 1400-1500℃에서, TiO2, perovskite 및 ZrO2가 소량 존재하기는 하였으나, 대부분 Zirconolte로 구성되었으며, 1550℃에서는 완전히 용융되었다. Gd2Ti2O7의 경우, 1000-1100℃에서 rutile, Gd2O3 및 Gd2Ti2O7가 공존하였으며, 1200-1500℃에서는 Gd2Ti2O7만이 존재하였다. CaCeTi2O7는 공기 중보다는 산소분위기에서 생성이 용이하였다. 1000-1100℃에서 초기물질인 TiO2, CeO2가 주요상으로써 생성되었으며, 소량의e-perovskite 및 CaCeTi2O7이 공존하였으며, 1200-1300℃에서, CaCeTi2O7이 주된 상이었으며, 기타 소량의 TiO2 및 Ce-perovskite가 공존하였다. 1400-1500℃에서, 온도가 증가함에 따라 CaCeTi2O7가 감소하였고, Ce-perovskite가 주된 상으로 존재하였다. Gd2Zr2O7은 소결시간이 상형성의 관건이었다. 1000℃에서, 초기물질인 미반응 단사정계 ZrO2 및 Gd2O3가 관찰되었으며, 1100℃에서는 이들 상 이외에 정방정계 ZrO2가 관찰된다. 또한 1200℃에서는 처음으로 Gd2Zr2O7이 생성되었으며, 특히 정방정계 ZrO2의 증가가 특징이다. 1550℃에서 짧은 시간 (5시간)동안의 소결시, 여전히 정방정계 ZrO2가 존재하였으나, 보다 긴 시간으로 소결하면 (40시간), 완전히 사라졌다. 각 상에 대한 정량분석 결과, 화학조성은 CaZr0.9-1.1Ti1.6-1.8O6.2-6.6, Gd2Ti1.8-1.9O6.6-6.8, Gd2Zr3.12-1.9O9.23-9.5, 및 Ca1.1Ce0.9-1.0Ti2O6.9-7.0 였다 |
| 페이지 | 324 p. |
| 키워드 | 지하암반, 저장기술, 고온, 저온, 금산 |
| 원문 | 다운로드 |
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