전기 전도성(전기비저항)과 전기 용량성(충전율과 이완시간)을 동시에 얻을 수 있는 유도분극은 황화광물 탐사에 상당히 효과적인 지구물리학적 방법으로 알려져 있다. 시간영역 유도분극은 시간에 따른 전위차의 감쇄 곡선을 이용하여 지층의 유도분극 특성을 직관적으로 파악할 수 기술이다. 전위차 감쇠 곡선에서 초기 시간의 자료는 유도분극 효과뿐만 아니라 전자기 잡음이 결합 문제가 제기있었다. 이를 해결하기 위해 다중 주파수를 이용하여 높은 주파수에서 발생되는 전자기 잡음을 제거할 수 있는 광대역유도분극법이 도입되었다.
과거 반암형 동 광상의 다양한 암석을 대상으로 광대역유도분극 특성을 평가하기 위한 연구가 수행됐지만, 그 이후 광물산업 침체기 동안 광상과 관련된 연구가 거의 수행되지 않았다. 이러한 이유로 아직 다른 유형 광상에 대한 광대역유도분극 특성은 규명되지 않았다. 따라서 이 연구는 태백산 분지 내 스카른 광상인 가곡광상과 한덕철광 대표적인 암석을 대상으로 실내실험을 통해 얻은 자료를 이용하여 광대역유도분극 특성을 평가하고자 한다.
등가회로 분석은 광대역유도분극 자료로부터 유도분극 물성을 얻기 위한 유용한 방법이다. 이 분석에서는 암석 내 광물과 공극수 사이 계면에서의 분극과 관련된 전기화학적 매커니즘에 기반한 등가회로 모델의 가정이 반드시 필요하다. 하지만 이 가정된 등가회로 모델은 모호성의 문제를 내재하기 때문에 지난 수 십 년간 지구물리학에서는 다양한 등가회로 모델이 제안되었다. 이러한 모델들 중에서 보다 현실성 있는 유도분극 물성을 얻기 위해 합리적인 회로모델의 선택이 매우 중요하다. 그러므로 이 연구에서는 다양한 등가회로 모델을 평가하고 자료 분석에 적합한 등가회로 모델을 제시하고자 한다. 등가회로 평가에서 기존 디아즈 모델과 콜-콜 모델을 이용한 분석에서 문제점이 발견되었다. 따라서 전기이중층 이론에 바탕을 둔 새로운 등가회로 모델을 개발했고, 이 모델은 다른 모델을 이용한 분석결과와 비교하여 상대적으로 더 적절하였다.
암석의 측정결과 광화작용을 받지 않은 화성암과 탄산염암은 100 Hz 이하의 주파수 반응이 약하고, 100 Hz 이상의 주파수 반응은 강하다. 반면 광화작용을 받은 스카른 암석과 스카른 광석은 100 Hz 이하의 주파수반응이 이전 암석들과 비교하면 상대적으로 강하고, 심지어 스카른 광석에서 이 반응은 100 Hz 이상의 주파수 반응보다 강했다.
화성암의 분석결과에서 전기비저항 평균이 12,999 ohm-m, 충전성 평균이 179 mV/V, 이완시간 평균이 1.72 × 100 s이었다. 화성암은 주로 석영, 조장석, K-장석과 같은 비유전체로 이루어졌기 때문에 낮은 충전성을 가진다. 한덕철광 화강암에 비해 열수변질을 강하게 받은 가곡광산의 화강암은 공극률이 높고, 견운모화가 더 진행되었다. 공극률은 전기비저항에 반비례하고, 견운모는 신선한 장석에 비해 전기용량이 크다. 따라서 가곡광산의 평균 전기비저항이 더 낮고, 가곡광산의 평균 이완시간은 더 크다.
스카른 암석의 분석결과에서 전기비저항 평균이 8,435 ohm-m, 충전성 평균이 364 mV/V, 이완 시간 평균이 9.14 × 101 s이었다. 스카른 광석의 분석결과에서 전기비저항 평균이 171 ohm-m, 충전성 평균이 971 mV/V, 이완 시간 평균이 4.35 × 104 s이었다. 이러한 분석결과는 화성암의 분석결과와 상당히 달랐고, 스카른 광석의 SIP 특성은 상당히 강했다. 이는 풍부한 광석광물의 영향으로 판단하였다. 황화광물을 포함하는 가곡광산의 스카른 광석은 자철석을 주로 하는 한덕철광의 광석에 비해 낮은 전기비저항과 높은 충전성을 보였고, 자철석의 입자의 크기가 황화광물 보다 크기 때문에 이완 시간이 길었다.
탄산염암의 분석결과에서 전기비저항이 20,612 ohm-m, 충전성이 121 mV/V, 이완 시간이 1.74 × 10-1 s이었고, 이러한 SIP 특성들은 암석 중에서 가장 약하다. 따라서 광화작용을 받지 않은 광대역유도분극 특성은 열수변질에 의해 야기되는 견운모화 내지 방해석의 재결정화 정도에 의한 영향을 받았고, 반면에 광화작용을 받은 암석의 광대역유도분극 특성은 광석광물의 함량, 종류, 입자크기에 좌우된다. 이 연구에서의 광대역유도분극 특성은 스카른 광상을 탐사하는데 도움이 될 것으로 판단된다.

Induced polarization (IP), which is used to simultaneously measure the electrical conductive properties such as direct current (DC) resistivity and the capacitive properties such as chargeability and relaxation time, is known to be one of the most effective mineral exploration methods in geophysics applications. Time domain IP (TDIP) has been applied in early researches, because this method intuitively characterizes the IP effect of subsurface rocks. However, TDIP data obtained at the early part of the decay curve combines the IP effect with electromagnetic noise. To resolve this problem, spectral-IP (SIP), which can remove the electromagnetic noise at high frequencies by using multiple frequencies, is employed.
SIP characterization of rocks from a porphyry copper deposit has been performed in previous studies. However, the rocks from other ore deposits have not characterized thus far, because the related research is rare during the period of the decline in the mining industry. Therefore, the SIP characteristics of the typical rocks from Gagok mine and Handuk iron mine of the skarn deposits in the Taebaeksan mineralized district were evaluated in this thesis.
Equivalent circuit analysis is a powerful tool for acquiring the IP properties from the measured SIP data. In this analysis, it was essential to assume a circuit model based on the electrochemical mechanism of the interfacial polarization between the minerals and pore water in the rocks. Because of an inherent ambiguity of the assumed circuit model, a variety of the circuit models in geophysics have been suggested in the past decades. Moreover, it is important to determine a reasonable circuit model for the acquisition of the more realistic IP properties. Hence, the various circuit models were assessed, and an appropriate circuit model for data analysis was suggested. In the assessment, weaknesses in the analysis of the traditional Dias and Cole-Cole models were noted. Thus, a new circuit model based on the electrical double layer theory was developed, and the analysis of this model was in good agreement with the data compared of traditional circuit models.
The frequency responses below 100 Hz of the non-mineralized igneous and carbonate rocks were poor, whereas those above 100 Hz were strong. The frequency responses below 100 Hz of the mineralized rocks skarn rocks and ores were stronger than those of the non-mineralized rocks, and the responses of skarn ores were strongest.
In the analysis results of igneous rocks, the average resistivity was 12,999 ohm-m, the average chargeability was 179 mV/V, and the average relaxation time was 1.72 × 100 s. Because the igneous rocks consisted of dielectric minerals such as quartz, albite, and K-feldspar, the chargeability values were low. The igneous rocks of Gagok mine, which underwent the more hydrothermal alteration than those of Handuk iron mine, had high porosity and were more sericitized. It is reported that porosity is reversely proportional to the resistivity, and the capacitance of the sericite is larger than that of the fresh feldspars. Thus, the average resistivity and relaxation time of Gagok mine were lower and longer than those of Handuk iron mine.
The average resistivity was 8,435 ohm-m, the average chargeability 364 mV/V, and the relaxation time was 9.14 × 101 s in the analysis results of the skarn rocks. The average resistivity was 171 ohm-m, the average chargeability was 971 mV/V, and the relaxation time was 4.35 × 104 s in the analysis results of the skarn ores. These analysis results differ from those of the igneous rocks, and the SIP characteristics of the skarn ores were significantly strong. This is considered to be influenced by the abundance of ore minerals. The skarn ores of Gagok mine containing abundant sulfides had the lower average resistivity and higher average chargeability than those of Handuk iron mine containing abundant magnetite. However, the average relaxation time of Handuk iron mine was longer than that of Gagok mine owing to the larger grain size of the rocks in Handuk iron mine.
The average resistivity was 20,612 ohm-m, the average chargeability was 121 mV/V, and the average relaxation time was 1.74 × 10-1 s in the analysis results of the carbonate rocks. The SIP characteristics of these rocks were the poorest of the aforementioned lithologies. Therefore, the SIP characteristics of the non-mineralized rocks were influenced by the degree of sericitization or the recrystallization of the calcite, whereas those of the mineralized rocks were dependent on the abundance, type, and grain size of the ore minerals. These SIP characteristics revealed in this study are helpful for exploring the skarn deposits.