에너지자원탐사 및 실험 - 탄성파 속도 측정

목차

1. 실험 목적

2. 실험 기기

3. 실험 이론

4. 실험 방법

5. 실험 결과

6. 결론 및 고찰

본문내용

험은 크게 3가지로 분류할 수 있다. 첫 번째로 PUNDIT 장비를 이용하여 암석시료 별 고유의 탄성파 속도 측정, 두 번째로 암석시료의 부피와 질량을 측정하여 밀도 계산, 세 번째로 Oscilloscope를 이용하여 시료의 방향성 파악으로 나눌 수 있다.
우리가 처음으로 실험한 탄성파 속도 측정 실험을 보면, Transducer에서 송신되는 탄성파가 암석시료를 거쳐 다시 Transducer로 수신하기까지의 Travel Time을 측정하고, 사전에 측정한 암석시료의 축 방향 길이와 함께 계산을 해주면 속도()를 계산할 수 있다.
결과 값을 보면 3번 시료의 탄성파 속도가 가장 빠르고, 2번 시료가 가장 느린 것을 볼 수 있다.
다음으로 암석시료의 밀도 측정 실험을 보면, 먼저 암석시료의 삼축의 길이를 각각 4회씩 측정하고, 각 축끼리의 평균값을 계산하여 곱해 줌으로써 부피를 구할 수 있다. 그런 다음 암석시료의 질량을 전자저울로 4회씩 측정해주면, 암석시료의 밀도()를 계산할 수 있다. 결과 값을 보면 탄성파 속도와 마찬가지로 3번 시료의 밀도가 가장 높고, 2번 시료의 밀도가 가장 낮다.
이 두 실험을 통해 탄성파 속도는 암석시료의 밀도와 연관이 있다는 걸 알 수가 있다. 즉, 쉽게 말해서 암석이 단단할수록 탄성파 전파 속도는 빨라진다는 것을 뜻한다.
마지막 실험인 Oscilloscope를 이용한 시료의 방향성 측정 실험은 장비를 연결하는데 중요한 부분이 있었다. Pulse/Receiver가 110V를 사용하기 때문에 변압기를 사용해야 한다는 점이었다. 드물지만 간혹 이 부분에서 실수하는 팀이 몇몇 있었다며 주의를 줬기에 우리조는 다시 한 번 이 부분을 상기하면서 장비를 연결했다. 방법은 첫 번째 실험과 유사한데 차이점은 삼축에 대해서 모두 탄성파 속도를 측정한다는 것이었다.
시료의 각 축에 대해서 탄성파 속도를 측정한 결과, Aluminum은 비교적 삼축의 탄성파 속도가 비슷한데 반해, Bakelite의 탄성파 속도는 축마다 다른 것을 볼 수 있다.
이것으로 보아 Aluminum은 등방성, Bakelite는 이방성인 것을 알 수 있었다.
이번 실험을 직접 수행해 봄으로써 저번 학기 때 배웠던 탄성파 탐사에 대해 더욱 심도 깊게 이해 할 수 있었던 시간이었다.
000 : 이번 탄성파탐사 속도 측정 실험을 통해 각 암석의 물성 값을 계산을 통해 알 수 있다는 것을 알게 되었다.
각 암석에 대한 물성 값을 실험을 통해 알게 되면 앞으로 지질탐사를 탄성파 탐사로 하게 되면 지질구조가 어떻게 이루어 져 있는지 더 정확하게 파악하고 탐사의 질을 높일 수 있을 것 같다.
이 실험을 통해 각 암석 및 재료에 대한 물성 값의 오차를 줄이고 조금 더 정확한 정보를 가지는 것이 중요하다.
첫 번째 실험에서는 각 암석에 대한 길이와 질량 그리고 탄성파 통과 시간을 측정하여 각 암석별로 탄성파의 속도를 계산하였다.
그리고 x, y, z축 길이를 측정하여 암석의 부피를 구하고 앞에서 측정한 질량 값을 가지고 밀도를 계산 하였다.
이렇게 간단한 실험과 계산을 통해 우리가 얻고자 하는 물성 값을 얻을 수 있었다.
그리고 두 번째는 실험한 등방성과 이방성에 대한 실험을 하였는데 이 실험이 첫 번째 한 실험 보다 더 중요한 것 같다.
그 이유는 암석이 퇴적된 상태나 굳은 상태 그대로 있으면 상관이 없지만 습곡이나 단층작용을 받아서 암석이 퇴적되어 있던 상태와 다른 방향으로 놓여 있다면 다른 탄성파 결과가 나오기 때문이다.
등방성의 경우 측정하는 방향이 달라져도 그 성질이 거의 변화가 없기 때문에 판단하는데 어려움을 겪지 않지만 이방성의 경우 측정하는 방향이 달라져 버리면 그 성질이 변하기 때문에 다른 암석으로 착각할 가능성이 있기 때문이다.
많은 암석이나 재료들이 등방성이라면 특정 몇 시료들의 정보만 정확히 파악하면 되지만 실제로 자연 상태에서 등방성을 나타내는 재료들은 거의 없기 때문에 각 재료에 대한 정확한 정보가 필요하다.
그리고 이번에 우리가 측정한 Aluminum과 Bakelite에 대한 결론을 내리면 Aluminum은 각 축당 탄성파 속도가 로 거의 같은 것을 알 수 있다.
따라서 Aluminum은 등방성 물질로 볼 수 있다.
반면에 Bakelite는 각 축당 탄성파 속도가 , , 로 확연한 차이나 나는 것을 알 수 있다.
따라서 Bakelite는 이방성 물질로 볼 수 있다.
이렇게 재료가 등방성인지 이방성인지를 알게 되면 탄성파를 이용해 탐사하는데 좀더 정확한 정보를 얻을 수 있고 탐사의 질을 높일 수 있을 것이다.
000 : 먼저 PUNDIT으로 초음파가 시료를 통과하는데 걸리는 시간을 측정하고 Vernier calipers로 시료의 길이를 측정하여 탄성파 속도를 계산하고, 암석의 부피와 질량을 이용하여 암석의 밀도를 재어보았다.
탄성파 속도를 계산할 때는 각 암석 시료의 길이도 다르고 측정한 초동도 달라서 탄성파 속도도 다르게 나타났고 3번,1번,5번,4번,2번 암석의 순으로 속도가 작아지는 것을 볼 수 있었다.
또 시료의 길이가 길수록, 걸리는 시간이 짧을수록 탄성파 속도가 크게 나타나는 것을 실험으로 확인해볼 수 있었다.
또한 암석의 밀도를 계산하여 1번,3번,5번,4번,2번 암석의 순으로 작아지는 것과 질량이 클수록 부피가 작을수록 값이 커지는 것을 실험을 통해 확인할 수 있었다.
그 다음 실험에서는 Osilloscope를 이용하여 Aluminum, Bakelite의 x축,y축,z축에 따른 초동 시간을 noise와 구별하여 올바른 초동을 측정하고, Vernier calipers로 각 암석시료의 3축의 길이를 재어 최종적으로 탄성파 속도를 계산하였다.
앞서 실험했었던 PUNDIT으로 암석시료를 측정한 시간은 약간의 오차가 나타났었는데 Osilloscope로 측정한 Aluminum, Bakelite 의 시간은 3차례 모두 동일하게 측정되었다.
탄성파 속도를 계산해보니 Aluminum은 탄성파 속도가 x축,y축,z축 방향에 따라 균일하고 Bakelite는 균일하지 않은 것을 확인하였고, 이를 통해서 Aluminum은 등방성, Bakelite는 이방성임을 알 수 있었다.

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