• 자원환경지질
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• 제46권4호
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• pp.359-373
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• 2013

셰일은 입자의 크기가 매우 작은 쇄설성 퇴적물이 고화되어 형성된 퇴적암으로 암석화되는 과정에서 유기물을 잘 보전하는 특성을 가지고 있어 전통적으로 석유나 가스의 탐사 및 개발에서 탄화수소를 생성하는 근원암의 역할을 하였다. 또한 셰일층은 매우 낮은 투과율 때문에 불투과층으로 인식되어 트랩을 형성하는 덮개암의 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 하지만 최근 수평채굴과 수압파쇄 등 시추 기술의 획기적인 발달로 북미를 중심으로 셰일층 내에서 막대한 양의 가스를 발견하고 상업적으로 생산함에 따라 셰일을 석유나 가스를 생산하는 지층뿐만이 아니라 탄화수소를 저장하는 저류층으로 새롭게 인식하게 되었다. 셰일층의 지화학 평가 기술은 셰일 내에 함유된 유기물의 특성을 지화학 분석을 통해 파악하여 유기물의 석유 및 가스 생성 능력을 평가하는 기술인데 최근에는 셰일층내에 생성된 가스가 저장되어 있는 셰일 가스층을 평가하고 탐사하는 데에 적용되고 있다. 셰일 가스층을 정확하게 평가하기 위해서는 탄화수소의 생성과 집적 그리고 매장량 예측에 영향을 미치는 지화학적인 과정과 특성을 정확히 이해하는 것이 매우 중요하다. 본 논문에서는 셰일층 내에서 탄화수소 생성 메카니즘을 살펴보고 셰일층 평가 및 특성화에 활용되는 지화학 분석 기술을 고찰하였다.

• 대한자원환경지질학회:학술대회논문집
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• 대한자원환경지질학회 2001년도 춘계 공동학술발표회
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• pp.393-395
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• 2001

• 광물과 암석
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• 제33권4호
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• pp.419-426
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• 2020

비전통 저류층에서 에너지 자원의 회수율을 높이기 위해서는 저류층 내의 미세 공극 형태와 연결도 등을 포함하는 공극 구조 연구가 필수적이다. 본 연구에서는 셰일 저류층 내 나노스케일의 공극 구조 연구에 적합한 조건과 방법을 찾기 위해 집속 이온 빔 시스템(Focused Ion Beam, FIB)과 이온 밀링 시스템(Ion Milling System, IMS)을 이용하여 분석을 진행하였다. 셰일 저류층 내 공극 구조 연구를 위해 리아드 분지에서 획득된 A-068 시추공의 시료를 사용하였다. 각 시료마다 특성이 다르기 때문에 시료 전처리 방법과 조건을 달리하여 최적의 조건을 찾았고 FE-SEM을 이용하여 공극 이미지를 획득하였다. 연구 결과 국소 부위의 공극구조를 관찰하기 위해서는 FIB를 사용하여 시표 표면을 밀링 후 바로 공극 이미지를 얻는 것이 효율적이고 반면에 넓은 면적을 단시간에 밀링하여 여러 공극 구조를 관찰하기 위해서는 IMS를 이용해야 한다는 것을 확인했다. 특히 탄산염 광물 함량이 높고 강도가 큰 암석에 대해서는 FIB보다는 IMS를 활용하여 밀링을 수행해야 공극 구조 관찰이 가능하다는 사실이 밝혀졌다. 본 연구를 통해 셰일 저류층 내 공극 구조 관찰을 위한 방법이 정립되었으며 향후 이를 이용한 셰일 가스 저류층 시료 분석을 통해 공극의 크기나 형태가 셰일가스 회수 증진에 미치는 영향을 밝힐 수 있을 것이다.

• 광물과 암석
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• 제34권4호
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• pp.209-218
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• 2021

비전통(unconventional) 에너지 자원 중 최근 각광받고 있는 셰일 가스의 회수율을 높이기 위해서는 저류층의 공극 구조 연구가 필수적이다. 본 연구에서는 대면적으로 입자나 형상 분포를 확인 할 수 있도록 개발된 분석 장치인 대면적 자동화 입자 분석 시스템(Scanning Electron Microscope Particle Analysis, SELPA)을 활용하여 셰일 가스 저류층 시료의 공극 분포를 관찰하였다. 본 연구에서는 리아드 분지에서 시추된 A-068 시추공 시료 중 방해석이 주 구성 광물인 시료를 대상으로 연구를 수행하였다. SELPA를 이용하여 시료 내 수십 나노에서 수백 마이크로미터 크기의 공극을 관찰하였고 각 공극의 크기 별 비율을 확인하였다. 같은 영역의 표면을 대상으로 각각 1000배, 3000배, 5000배의 배율로 이미지를 관찰하여 공극의 분포를 확인한 결과 최소 3000배 이상의 배율에서 관찰해야 100 nm 이하의 공극까지 관찰되어 작은 스케일의 공극 분포까지 분석할 수 있는 것이 확인되었다. 본 연구에서 소개된 방법론을 통해 셰일 가스 저류층을 포함한 비전통 자원의 저류층 내공극의 분포를 단시간에 파악할 수 있는 방법론이 확인되었으며 향후 비전통 저류층 내 공극 구조 파악에 활용할 수 있을 것이 기대된다.

• 자원환경지질
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• 제36권4호
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• pp.295-304
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• 2003

옥천대의 흑색셰일 및 점판암이 존재하는 덕평-추부 지역의 암석-토양-작물계에서의 As의 부화정도, 분산양상, 환경지구화학적 관점에서 판단되는 잠재적 위해도의 평가를 위하여 암석, 토양 및 농작물시료를 채취하여 INAA, ICP-AES, ICP-MS를 이용하여 As을 포함한 잠재적 특성원소의 화학분석을 수행하였다. 암석분석의 결과 덕평 및 추부지역의 흑색셰일에서 As의 평균 함량은 각각 23 mg/kg, 57 mg/kg 로 전 세계 계일 및 흑색셰일의 평균값보다 부화된 값을 나타하였다. 이외에도 Ba, Cr, Mn, Mo, Ni, Se, U 및 V가 매우 부화된 양상을 보였다. 흑색셰일로부터 유래된 토양중의 As는 덕평지역의 밭토양은 28 mg/kg, 추부지역의 밭토양과 논토양은 33 mg/kg와 23 mg/kg로 농작물에 독성을 줄 수 있는 토양중의 잠재적 독성원소들의 최대 허용한계치(tolerable level) 보다도 부화된 값을 나타냈다. 토양시료들에 대한 As의 함량과 Mo, Se, U, Cu, Sb, Tl 간에는 비교적 좋은 양의 상관관계를 보였다 흑색 셰일 기반암 지역의 토양에서 재배된 농작물 시료에 대한 화학분석 결과, 벼의 줄기와 잎에 As의 축적이 매우 커서 덕평과 추부지역에서 각각 1.14 mg/kg와 1.35 mg/kg의 함량을 보인다. 토양내의 원소 함량과 작물 내로의 흡수정도인 생물학적 흡수계수(BAC, biological absorption coefficient)의 산출결과, As는 벼줄기와 잎>옥수수 잎>고추>콩잎=깻잎>옥수수 줄기>옥수수 열매의 순으로 감소하였으며, As가 열매와 같은 cereal products보다 잎과 식물에 토양으로부터 더 많은 양이 농축된다는 것을 추론학 수 있다.

• 한국지구과학회지
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• 제42권6호
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• pp.646-661
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• 2021

자그로스 습곡대는 신생대 시기에 아라비아 판과 유라시아 판이 충돌하며 형성되었다. 이 습곡대는 터키에서 호르므즈 지역까지 북서-남동 방향으로 2,000 km 이어진 산맥을 이룬다. 전세계 석유의 약 8%가 자그로스 산맥(충상단층)의 전면부에 발달한 습곡으로 이루어진 배사구조에 집적되어 있다. 지금까지 알려진 자그로스 지역의 5개 석유시스템 가운데 백악기 중기-마이오세 초기 석유 시스템의 원시 자원량이 가장 많다. 백악기 중기-마이오세 초기 석유 시스템의 근원암은 Kazhdumi층과 Pabdeh층으로 석유 생성 이상으로 숙성되었으며, 저류암은 Bangestan층군(Sarvak, Ilam층)과 Asmari층이며, 덮개암은 증발잔류암층인 Gachsaran층과 셰일 층인 Gurpi층이다. Bangestan층군과 Asmari층에 트랩되어 있는 원유는 90%이상이 Kazhdumi층에서 기원하였고 그 외 나머지 원유는 Pabdeh층에서 기원하였다. 데즈풀만 지역에서 고각의 배사구조를 이루고 있는 Asmari, Sarvak, Khami층은 이미 많은 부분이 탐사된 반면 좀더 깊은 곳에 위치한 퇴적층과 저각의 소규모 배사구조는 아직 탐사되지 않았다. 그러므로 이 지역의 개발 잠재력은 자그로스 습곡대 석유시스템의 이해를 필요로 한다.

• 한국지구과학회:학술대회논문집
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• 한국지구과학회 2010년도 춘계학술발표회 논문집
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• pp.108-109
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• 2010

IMPACT Silver 주식회사는 Zacualpan 프로젝트의 Royal Mines(이하 로얄 광산)을 인수했다. $124.5\;km^2$에 해당하는 지역의 소유권은 두 개의 멕시코 사기업으로부터 가행중인 광산의 채굴권 구입과 운영 중인 기반시설의 임대를 조건으로 한다. 프로젝트 지역은 멕시코시티로부터 남서방향으로 100 km와 Taxco Silver 광산으로부터 북서방향으로 25 km 떨어진 지점에 위치한다. 기반시설은 비포장 도로, 충분한 전력과 물의 공급 및 숙련공들을 갖추어 우수한 평가를 받고 있다. 소유권은 멕시코인의 개인소유 하에서 무한한 매장량 혹은 자원량을 갖고 운영된 채광과 가공시설을 인수하는 것이다. 소유권 지역을 대상으로 한 IMPACT Silver사의 주 탐사목적은 이미 알려진 광화대의 확장을 위한 잠재성 평가와 다른 지역에서 신규 광상의 유망지역을 발견하는 것이다. Zacualpan 프로젝트의 로얄 광산은 남동 Guerrero terrane의 북부에 위치한다. Teloloapan subterrane은 주로 저변성 녹색편암상으로 구성된 쥬라기 후기에서 백악기 초기의 화산성 퇴적층으로 구성된다. 대부분의 유망지역은 Lower Villa de Ayala층의 중성 내지 염기성 화산성 쇄설암을 모암으로 한다. 다상의 변성작용은 지역 전반에 걸쳐 나타나고, Zacualpan 광산지역에서 수반되는 광화작용을 규제한다. Zacualpan 광산지역은 Sierra Madre del Sur로 알려진 유망 광화대에 해당한다. 이 지역은 화산성 괴상 황화광상과 천열수 맥상광상이 우세하다. 대부분의 천열수 광화작용은 3.2-3.8억 년 전 마그마의 생성이 활발한 판구조 체제 동안 발생하였다. 역사적으로 가장 주요한 지역은 Lipton Vein이다. 현재 Zacualpan 지구에서 채광량은 은 200-500 g/t 정도로 보고되고 있다. 일부 지역은 고품위 은 광화작용(은 1,000 g/t 이상)을 수반하고 있으며, 이는 탐사의 주 타겟이 되고 있다. Zacualpan에서 은 광화작용은 은이 부화된 중유황 천열수 맥상광상으로 상당히 유명하다. Fresnillo, Pachuca 및 Taxco 광산을 포함한 멕시코 소유의 대규모의 잘 알려진 광산들이 이에 해당한다. 이러한 광산들은 부산물로서 금, 아연, 연이 생산된다. 이러한 광상들은 맥상과 각력상 및 산점상 또는 망상세맥의 형태로 산출된다. 광화작용은 석영과 탄산염 맥 내에 주로 황철석과 다양한 섬아연석, 방연석, 은 혹은 금 광물들을 수반한다. 경제성을 갖는 광화작용의 수직적인 연장은 평균적으로 대략 300 m이고, 멕시코 중부에 위치한 Fresnillo의 광화작용은 100 m에서 960 m의 연장을 갖는 것으로 알려져 있다. 아주 오랫동안 Zacualpan에서 광산관계자의 관측과 IMPACT Silver에서 최근 작업의 결과를 토대로, Zacualpan 광산지역의 탐사모델은 새로운 광상의 탐사를 위한 가이드로서 개발되었다. Zacualpan 광산지역에서 가장 높은 경제성을 갖는 광화작용은 북서와 남북방향의 맥 구조를 따라 수반된다. 이러한 맥 구조들은 종종 이 지역을 가로질러 수 km까지 추적되지만, 경제성을 갖는 광화작용은 맥 구조를 따라서 구조적으로 유리한 지역에서 부광대를 형성한다. 부광대를 형성하기 위한 가장 유리한 구조적 지역은 북서와 남북방향으로 발달한 맥 구조들이 교차하는 지역이다. 지난 30년간 채광된 주요 부광대는 폭이 2-6 m 이고 수평연장은 30-150 m 그리고 수직연장은 230-300 m에 이른다. 가장 높은 생산량을 보이는 부광대는 남북방향의 이차 맥들이 Guadalupe 광산의 Lipton 맥을 가로지르는 지역에서 발달한다. 남동쪽으로 현재 Compadres 광산의 Silver Shoot No. 1으로부터 고품위 은을 생산하는 지역은 북서방향의 San Agustin 맥이 북향의 Cometa Navideno 맥에 의해 절단되는 지역에서 산출한다. 모암은 광화작용을 규제하는 또 다른 중요한 요소이다. 광산지역에서 경제성을 갖는 모든 광화작용은 중성 내지 염기성 화산암 특히 안산암과 관련 모암에 배태된다. 부광대가 셰일 혹은 편암으로 전이되는 지역에서, 맥들은 소규모의 세맥으로 나뉘어 진다. Zacualpan의 전형적인 천열수 광상에서 부광대는 상부로 가면서 은의 함량이 증가하고, 하부로 가면서 연 아연의 함량이 증가하는 수직적 대상을 보인다. 금의 함량 변화는 보다 예측이 어려우나 상당히 중요하다. Zacualpan 광산지역의 탐사모델에 사용된 토양 채취, 정밀지도제작, 트렌치 및 시추탐광은 현재 IMPACT Silver사가 이 지역을 대상으로 한 가장 효율적인 탐사방법으로 입증되었다. Zacualpan 프로젝트의 로얄 광산은 하루 500 톤을 제련하는 기반시설과 수반된 채굴권을 갖는 가행 광산들을 포함한다. 현재 IMPACT Silver사는 두 곳의 타겟 지역에서 정밀지도제작, 토양 및 암석 채취, 12공 총 1866 m의 시추탐광에 의한 사전조사로 구성된 4 단계 탐사를 수행했다. 암석 1,953개, 토양 1,631 개, 389 개의 시추코어 시료가 채집되고 분석되었다. 이러한 작업은 추가탐사를 요구하는 수많은 유망 광화대를 규명했다. Compadres 광산에서 현재 가행중인 지하갱 시료는 레벨 1에서 0.9 m의 폭을 갖는 광체에서 은 680 g/t과 금 0.3 g/t, 레벨 3에서 1.67 m의 폭을 갖는 광체에서 은 12,591 g/t과 금 12.07 g/t의 품위를 갖는 것으로 나타났다. 레벨 1에서 3까지 2-3 m의 폭과 30-40 m 연장으로 채광되었다. 시추탐광은 고품위를 갖는 몇몇의 중첩된 맥을 발견했다. Compadres 광산에서 남동방향으로 200 m지점에 위치한 Soledad 지역에서 5 개의 시추공으로부터 동일 맥 시스템이 발견되었고, 고품위 부광대의 상부로 간주되는 몇몇 중요 지점이 발견되었다. 초기 단계의 탐사는 유망 시추탐광 지역인 중간정도 내지 고품위 유망 광화대를 규명했다.

• 자원환경지질
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• 제45권3호
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• pp.317-333
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• 2012

전기 고생대 태백산분지 영월층군은 탄산염-규산쇄설성 퇴적암 복합체로서 하부로부터 삼방산층, 마차리층, 와곡층, 문곡층, 영흥층으로 이루어져있다. 영월층군에 대한 순차층서학적 분석에 따르면 중기 캠브리아기에 일어난 범람에 의해 최하부의 규산쇄설성 사질 퇴적암이 우세한 삼방산층이 퇴적되었다. 이어지는 후중기 캠브리아기 ~ 전후기 캠브리아기에 지속적으로 발생한 빠른 해수면 상승으로 마차리층 하부에는 셰일, 입자암, 각력암층을 협재한 사면 혹은 심부 램프 시퀀스가 형성되었다. 후기 캠브리아기 동안 지속된 해수면 상승은 실질적인 퇴적가능공간을 창출하였고, 조하대 환경에 탄산염 퇴적물 공장이 만들어졌으며, 탄산염 대지에는 마차리층을 구성하는 탄산염암이 우세한 조하대 시퀀스가 형성되었다. 마차리층 상부의 와곡층은 후후기 캠브리아기의 완만한 해수면 상승국면에서 만들어진 탄산염 램프 시퀀스로 해석되며, 퇴적 당시에는 리본 탄산염암과 탄산염 역암을 포함하는 이회암으로 구성되었던 것으로 보인다. 와곡층은 퇴적직후에 일차적으로 캠브리아기와 오르도비스기 사이의 해수면 하강국면에서 불안전 백운암화 과정을 거치고, 후에 심부 매몰 속성환경에서 광범위한 백운암화 작용을 받은 것으로 해석된다. 전기 오르도비스기에도 세계적인 해수면 상승과 해침은 지속되었으며, 영월층군의 조하대 램프 퇴적환경은 그대로 유지되어 탄산염 역암층을 협재하는 석회이암과 이회암이 교호하는 전형적인 램프 시퀀스인 문곡층이 형성되었다. 문곡층은 중기 오르도비스기에 퇴적된 것으로 알려진 영흥층에 덮여 있다. 영흥층은 주로 윤회층리를 보이는 조석대지 탄산염암으로 이루어져 있으며, 문곡층의 최상부에서 조하대 퇴적환경이 영흥층의 조석대지 퇴적환경으로 변화한다. 세계적 1차 규모 순차 경계면인 소크(Sauk)와 티피카누(Tippecanoe) 시퀀스의 경계는 영흥층 중부에서 관찰되는 최소퇴적가능공간 부근에서 인지된다. 중기 오르도비스기 초기의 세계적 해수면 하강과 이어지는 해수면의 급격한 상승은 영흥층의 전반적인 상향 천해화 윤회층의 전진퇴적체를 형성하였다. 영월층군이 퇴적된 영월 탄산염 대지의 상대적 해수면 변동곡선을 복원해 보면 같은 태백산 분지의 태백층군이 퇴적된 태백 탄산염 대지의 해수면 변동 곡선과 유사함을 확인할 수 있다. 이것은 두 개의 탄산염 대지가 유사한 조 구조적 운동 역사를 갖는다는 것을 의미하며, 이러한 유사성은 영월층군이 형성된 영월 탄산염 대지가 비록 태백층군이 퇴적된 태백 탄산염 대지와 상이한 퇴적시스템을 갖기는 하지만 상대적으로 가까운 지역에 속해 있었음을 암시한다. 퇴적층서 분석결과에 따르면 영월 탄산염 대지는 태백 탄산염 대지에 비해 상대적으로 열린 천해 환경이었을 것으로 추측된다. 고생대 후기와 중생대 전기에 걸쳐 발생한 북중국지괴와 남중국지괴의 충돌 시기에 영월 탄산염 대지와 태백 탄산염 대지가 복잡한 이동과정을 거쳐 현재의 태백산 분지에 모이게 된 것으로 해석된다.