전극의 기하학적 형상이 전기비저항 탐사에 미치는 영향: 수치 해석 연구

김태영,이승훈,류희환,정성훈 사단법인 한국터널지하공간학회 2023 한국터널지하공간학회논문집 Vol.25 No.2

Electrical resistivity survey have been widely conducted at diverse scales, from a few centimeters for laboratory tests to kilometers for field tests. It measures electrical resistance through relationship of electric potential difference and current between two electrodes penetrated on the surface of medium, and eventually quantifies electrical resistivity known as inherent properties of the medium. In field or full-scale test, it assumes the electrodes as equivalent half-sphere electrodes that have a same surface area with different electrodes for ease of calculation because the contact area between electrode and medium is small and sufficient distance between two electrodes. However, small-scale laboratory test is significantly affected by the electrode geometries (penetrated depth, height, radius of electrode and distance between electrodes), which change the equipotential surface and electric current flow. Indeed, the electrode geometries may eventually cause a difference of electrical resistivity value. This study reviews the theoretical electrical resistance derived with various electrode geometries (half-sphere, cylinder, cylindrical with half-spherical tip, cylindrical with conical tip) and verifies the developed numerical module by comparing results with the theoretical electrical resistance. The distributions of electrical resistance around electrodes and among electrodes are analyzed. In addition, it is discussed how the electrical characteristic of cylindrical electrode with conical tip widely used in field test has effect on the electric current flow.

Investigation of Slope Subsurface Structure using the Drone-Grounded Electrical Source Airborne Transient Electromagnetic System (D-GREATEM)

( Yohei Morifuji ),( Kenji Kubota ),( Shiro Tanaka ),( Akira Jomori ),( Atsuyoshi Jomori ) 대한지질공학회 2019 대한지질공학회 학술발표회논문집 Vol.2019 No.2

Slope failures due to heavy rain and earthquakes have occurred frequently in Japan. To evaluate the risk of slope failures, it is necessary to survey the subsurface structure and identify areas having risk of collapses. However, much time and labor is associated with conducting surveys on slopes, and the range of the survey area is often limited. Therefore, in this study, the grounded electrical source airborne transient electromagnetic system using a drone (D-GREATEM) was applied to a slope to reveal the resistivity structure which is an index of the rock geological features and the groundwater level. To avoid fall accidents, the drone flied at several constant elevations. Although the distance between the platform and the ground should be constant for analysis, it is difficult to maintain a specific flight height from the ground on a slope. This problem was approached by correcting the flight height in the analysis. To evaluate the resistivity results, a ground electrical survey was also conducted. The resistivity structure obtained from the electromagnetic survey conducted using the drone showed three layers of resistivity: a higher resistivity zone at depths shallower than 30 m, a lower resistivity zone from 50-100 m, and a higher resistivity zone at greater depth. The shallowest higher resistivity zone indicates the detritus and talus deposit distributed near the surface. The ground electrical survey also showed a higher resistivity zone in the area. The electromagnetic survey conducted using the drone could easily obtain the resistivity structure in the slope.

폐기물 매립지 침출수 조사를 위한 전기비저항 탐사

이근수 ( Keun Soo Lee ),조인기 ( In Ky Cho ),목종구 ( Jong Koo Mok ),김정우 ( Jeong Woo Kim ) 한국지구물리·물리탐사학회 2016 지구물리와 물리탐사 Vol.19 No.2

환경오염부지의 오염원은 대부분 전기비저항이란 고유물성과 상관관계를 보이기 때문에 전기비저항 탐사는 지중환경오염조사에 매우 효과적인 방법이다. 이 연구에서는 폐기물 매립장 주변에서 전기비저항 탐사를 수행하여 매립장 주변 지역의 하부 지질구조를 규명하는 한편 침출수 존재 여부 및 영향 범위를 파악하였다. 또한, 주변 관측정의 수질분석결과와 전기비저항 탐사의 연관성에 대해 분석하였다. 그 결과, 전기비저항 탐사는 수질분석 자료와 매우 높은 연관성을 보였으며, 시추조사 결과와도 상당히 일치하는 것을 확인하였다. The electrical resistivity method is an effective geophysical tool to detect subsurface contamination because the contaminated zones show generally lower electrical resistivity. In this study, the electrical resistivity surveys were applied to a waste landfill site to image the subsurface structure around the landfill and to identify the contaminated zones. First, the dipole-dipole 2D resistivity surveys were conducted along the boundaries of landfill to define the developed contaminated zones. Then the crosshole resistivity tomography was applied to confirm the suspected contaminated zones at depth. The results of drilling and geochemical analysis of ground water supported that the low resistivity zones coincide well with the contaminated zones and the leachate pathways could be delineated effectively from the resistivity survey.

국내 맥상광체조사를 위한 3차원 전기비저항 모델링자료의 3차원 역산 해석

이호용,정현기,정우돈,곽나은,이효선,민동주 한국지구과학회 2009 한국지구과학회지 Vol.30 No.6

최근 들어 국내 광산개발에 대한 관심이 고조되면서 새로운 광상탐사 및 기존 광상의 연장성 확인 등의 목적으 로 물리탐사를 적용하는 사례가 늘고 있다. 금속광상 탐사의 경우, 광화대가 주변에 비해 높은 전기전도도를 갖기 때문 에 이를 탐지하기 위하여 전기비저항 탐사를 수행하는 것이 일반적이며, 현실 여건상 대부분 2차원 탐사가 수행된다. 그러나 국내 금속광상의 대부분이 맥상으로 분포하고 있으며, 광맥의 폭이 변한다거나 광맥이 단층에 의해 끊어져 있는 등 매우 복잡한 3차원 구조를 띤다. 따라서 3차원 광체구조에 대하여 2차원 탐사 및 2차원 해석을 수행할 경우 왜곡된 해석을 초래할 수 있다. 이에 이 연구에서는 이러한 3차원 광체구조에 대한 3차원 전기비저항 탐사의 적용성을 검토하 기 위해 주향에 수직한 여러 측선에 대하여 2차원 쌍극자-쌍극자 탐사를 수행하여 얻은 자료와 3차원 단극자-단극자 배열을 이용하여 얻은 자료들을 각각 3차원 역산한 후 이들을 2차원 해석결과와 비교하였다. 3차원 맥상광체로는 맥폭 이 변하는 모형과 맥이 단층에 의해 어긋난 모형 등을 가정하였다. 2차원 쌍극자-쌍극자 배열자료에 대해 3차원 역산을 수행하여 얻은 결과를 3차원 단극자-단극자 배열자료와 비교하면 단극자-단극자 탐사자료가 전체적인 구조는 잘 보여주 나 배열의 특성상 쌍극자-쌍극자 탐사자료만큼 정확한 결과를 제시하지 못함을 확인할 수 있었다. 따라서 실제 탐사시 주향의 방향에 대한 정보를 알 수 있다면 주향에 수직한 2차원 측선들에 대해 쌍극자-쌍극자 탐사를 수행하고 이를 3 차원 해석하는 것이 가장 바람직하다. 그러나 지표면에 광체가 드러나 있는 경우에 대해서는 이미 개발이 완료된 상태 이며, 현재 남아있는 광상은 지하 깊은 곳에 매몰되어 있는 경우가 대부분이다. 이러한 경우 주향에 대한 정보를 알기 어려우므로 비록 해상도는 떨어지더라도 3차원 단극자-단극자 탐사를 수행하고 해석하는 것이 바람직할 것으로 보인다. Recently as the interest in the development of domestic ore deposits has increased, we can easily find some studies on exploration geophysics-based ore-deposit survey in literature. Based on the fact that mineralized zone are generally more conductive than surrounding media, electrical resistivity survey among several geophysical surveys has been applied to investigate metallic ore deposits. Most of them are grounded on 2-D survey. However, 2-D inversion may lead to some misinterpretation for 3-D geological structures. In this study, we investigate the feasibility of the 3-D electrical resistivity survey to 3-D vein-type ore deposits. We first simulate 2-D dipole-dipole survey data for survey lines normal to the strike and 3-D pole-pole survey data, and then perform 3-D inversion. For 3-D ore-body structures, we assume a width-varying dyke, a wedge-shaped, and a fault model. The 3-D inversion results are compared to 2-D inversion results. By comparing 3-D inversion results for 2-D dipole-dipole survey data to 3-D inversion results for 3-D pole-pole survey data, we could note that the 2-D dipole-dipole survey data yield better inversion results than the 3-D pole-pole data, which is due to the main characteristic of the pole-pole array. From these results, we are convinced that if we have certain information on the direction of the strike, it would be desirable to apply 2-D dipole-diple survey for the survey lines normal to the strike. However, in most cases, we do not have any information on the direction of the strike, because we already developed the ore deposit with the outcrops and the remaining ore deposits are buried under the surface. In that case, performing 3-D pole-pole electrical resistivity survey would be a reasonable choice to obtain more accurate interpretation on ore body structure in spite of low resolution of pole-pole array.

지구물리탐사와 지질조사에 의한 양산단층대 남부구간의 기하학적 특성

이현재 ( Hyoun-jae Lee ),함세영 ( Se-yeong Hamm ),박삼규 ( Samgyu Park ),류충렬 ( Chung-ryul Ryoo ) 대한지질공학회 2017 지질공학 Vol.27 No.1

현재까지 양산단층대 노출 구간의 전기비저항탐사를 통하여 단층대와 전기비저항 값을 부분적으로 비교·분석하는 몇몇 연구들이 수행되었다. 그러나 양산단층대과 같은 대규모 단층 내에서 단층면을 직접 관찰하기 어려울 뿐만 아니라 단층핵부의 풍화작용으로 인해 단층운동 특성을 직접적으로 관찰하기가 쉽지 않다. 본 연구에서는 양산단층대 남부 언양지역의 전기비저항탐사 및 미소지형 측량과 지질조사 결과를 종합적으로 해석하여 양산단층의 위치, 발달양상과 단층핵 구간과 이를 중심으로 발달하는 단층 손상대의 지하 발달 특성을 파악하였다. 전기비저항탐사에 의하면 북북동 내지 북동 방향으로 발달하는 저비저항 이 상대가 확인되었으며, 전기비저항탐사, 미지형 측량 및 야외 지질조사 결과를 종합할 때, 양산단층대는 하나의 단층핵 또는 파쇄대가 아닌 최소 3~5매의 단층핵, 단층 손상대 또는 파쇄대가 복합적으로 발달하는 것으로 밝혀졌다. To date, several studies have been carried out to partially compare and analyze the resistivity values within the Yangsan fault zone through the electrical resistivity survey of the exposed fault zone. However, it is not easy to directly observe a large scaled fault like Yangsan fault that has been weathered, especially due to the weathering of the fault core. This study aimed to reveal the characteristics of location, geometry, the fault core zone as well as underground distribution of the associated fault damage zone, based on the results of electrical resistivity and micro-topographic surveys as well as field geology survey in the southern Yangsan fault zone (Eonyang area). The resistivity anomaly zones developed in the NNE to NE direction were confirmed by the electrical resistivity survey. According to the electrical resistivity, micro-topographic, and field geologic surveys, the Yangsan fault has been formed by three to five fault cores, fault damage zones and/or fractured zones.

실규모 굴착 시험장에서의 시간경과 물리탐사 자료 분석

신동근,송서영,김빛나래,유희은,기정석,남명진 대한지질공학회 2019 지질공학 Vol.29 No.2

Geophysical exploration techniques are effective for monitoring changes in the ground condition around the excavation project to prevent subsidence risks during excavation work, therefore, improving analysis techniques is required for applying and supplementing various geophysical exploration technologies. In this study, a field-scale on-site test was conducted to detect possible ground subsidence hazards and areas of relaxation zone that may occur during excavation work and due to underground water level changes. In order to carry out the field test, a real-scale excavation test bed was constructed and the geophysical exploration methods, such as electrical resistivity survey and multi-channel analysis of surface wave (MASW) survey for urban sites condition, have researched for optimal geophysical exploration parameter, design and correlation analysis between the results by reviewing the validity of each individual geophysical exploration and modeling. The results of this study showed the impact of each geophysical exploration on the relaxation zone and, in particular, the location of the underground water surface and the effects of excavation were identified using electrical resistivity survey. Further research on modeling will be required, taking into account the effects of excavation and groundwater. 굴착공사 중 발생할 수 있는 지반함몰 사고를 방지하기 위해 굴착공사 주변 지층변화를 분석하고 모니터링하는 탐사기법과 기술이 필요함에 따라 다양한 탐사기술들을 적용, 보완함으로써 해석 기법을 향상시키는 것이 요구된다. 이 연구에서는 굴착공사 중 발생할 수 있는 지반침하 위험요소와 굴착, 지하수 등에 의한 이완영역을 탐지하기 위한 실규모 현장 실험을 실시하였다. 현장 실험을 수행하기 위해 실규모 굴착현장 테스트베드를 구축하고, 도심지 현장을 고려한 탐사법 중 전기비저항 탐사, 다중채널분석표면파탐사를 활용, 각 개별탐사의 적용 유효성 검토 및 모델링을 이용한 최적 탐사변수 도출과 설계, 탐사결과의 상호연관성을 비교 해석하였다. 이 연구 결과, 각 탐사별로 이완영역에 대한 영향을 확인할 수 있었으며, 특히 전기비저항탐사를 이용해 지하수면위치를 확인하고 굴착에 대한 영향 파악할 수 있었다. 추후 지하수의 영향을 고려한, 즉 굴착면을 고려한 모델링에 대해 추가 연구가 필요할 것으로 보인다.

전기비저항탐사를 이용한 성토하부 연약지반의 변형 해석

김재홍 ( Jae Hong Kim ),홍원표 ( Won Pyo Hong ),김규범 ( Gyoo Bum Kim ) 대한지질공학회 2011 지질공학 Vol.21 No.2

해안 매립 연약지반상에 도로나 제방을 성토할 경우 연약지반 속에서는 침하, 융기, 측방유동 등의 지반변형이 빈번하게 발생한다. 연약지반의 지반변형 거동을 지상에서 원지반을 훼손하지 않고 조사하기 위하여 전기비저항탐사법을 적용하여 보았다. 본 연구에서 해안지역의 점토질 퇴적층이 주로 분포하는 서해안 시화지구의 매립지역에서 실험성토를 실시하였다. 실험성토후, 성토하중에 의한 연약지반의 변형 영향범위를 확인하기 위하여 전기비저항탐사법을 실시한 결과, 수평방향으로는 성토 지역에서 남측으로 약 5 m 범위, 수직 방향으로는 지표하부 약 5~6 m로서 성토 높이의 약 1.0~1.2배 심도까지 높은 전기비저항으로 성토의 영향을 받는 것으로 나타났다. 본 연구결과 성토에 의한 연약지반의 변형을 해석하는데 전기비저항탐사 방법을 적용이 가능한 것을 확인하였다. Soil deformations such as settlement, heaving and lateral flow have frequently happened on marine reclaimed soft grounds due to embankment filling or banking. The electrical resistivity survey was applied to investigate on ground surface such soil deformation without disturbance of ground. A test embankment was performed to assess soil deformation in marine reclaimed soft grounds, where was located at Sihwa area in western coast of Korean peninsula. The soft ground was composed of clayey sediments. After embankment filling, the boundary of soil deformation affected by the filling could be investigated with application of the electrical resistivity survey. The result of electric resistivity survey shows that the extent of deformation is about 5 m laterally to the southern direction of embankment and about 5~6 m vertically in depth, which is about 1-1.2 times of embankment height. This shows that the electric resistivity survey can be applied to interpret the ground deformation in a soft ground region.

편마암 풍화사면에서의 지구물리탐사 및 안정성 해석 사례연구

김만일 ( Man Il Kim ),김종태 ( Jong Tae Kim ),김재홍 ( Jae Hong Kim ),노병돈 ( Byung Don Ro ),정교철 ( Gyo Cheol Jeong ) 대한지질공학회 2008 지질공학 Vol.18 No.3

암반사면은 다수의 불규칙한 패턴의 불연속면들이 내재되어 있는 불연속체로써 암반 내에 존재하는 절리는 암반의 수리적, 역학적 거동을 좌우하는 중요한 요소이다. 이러한 절리들의 수리적, 역학적인 특성은 각각 다르게 나타날 수 있으며, 이러한 특성은 사면 설계에 중요한 요소이다. 다수의 절리패턴을 가진 암반의 구조적 특성을 사면안정해석과 물리탐사 결과로부터 분석하여 지반의 구조적 문제점을 분석하였다. 본 연구지역은 5개 구간을 설정하여 총 5개 측선에 대해 전기비저항 쌍극자탐사를 실시하였으며, 20개 사면에 대해 SWEDGE 및 SLIDE 프로그램을 이용해 사면 안정성 해석을 함께 수행하였다. Rock slope has a variety of irregular discontinuities and represents a discontinuous mass. Rock joint plays an important role of control hydraulic and mechanic movements in the rock mass. These characteristics between hydraulic and mechanic movements at the rock joints could be represent difference. Therefore they are quiet important factor for slope design. In this study the weathered rock slopes were carried out to analysis of slope stability and geophysical survey. The electrical resistivity survey with dipole-dipole array conducted five profiling sites, and SWEDGE and SLIDE for slope stability analysis were applied on 20 rock slopes for assessment of slope stability and understand to geological situations due to the weathering.

전기비저항탐사와 시추조사에 의한 저수지 제방의 누수 구간 결정

정웅원,김민환 한국환경기술학회 2019 한국환경기술학회지 Vol.20 No.3

It is necessary to judge in advance whether there is a physical or functional defect in the aging reservoir embankment. This should prevent disasters and, if necessary, repair or reinforce them to enhance the stability of the reservoirs and promote public safety. For this purpose, it is necessary to check the leakage of the reservoir bank. A visual survey of the reservoir embankment, electrical resistivity survey, and drilling survey were carried out to determine the mutual relationship. First, visual inspection and electrical resistivity survey were carried out on the leakage of reservoir bank. As a result of electrical resistivity survey, the resistivity band, which is expected to be the saturation of the blue series, was widely measured at the dam crest line. In the downstream slope line, the expected resistivity range as saturated with the blue series was measured extensively. This shows the relationship of leakage between the dam crest and downstream slope line. The relationship between visual inspection and electrical resistivity survey results was estimated. The drilling survey was carried out in order to obtain the reliability of the electrical resistivity survey results. In this study, the permeability coefficients of the embankment layer and the center clay(8.96×10-4 cm/s, 5.18×10-4 cm/s) were found to be larger than the target value(2.0 × 10-4 cm/s). The reservoir embankment need to be improved.

전기비저항 탐사를 이용한 가축사체 매몰지 특성 분석

고진석,박천영,김봉주,최낙철,김성배,박정안 대한지질공학회 2013 지질공학 Vol.22 No.4

In this study, an electrical resistivity survey and a drilling investigation were conducted at an animal carcass disposal site. Chemical analysis of leachate collected from the site was also performed (sampling times: May 2011 and June 2012). Five lines of dipole?dipole electrical resistivity surveys were carried out, along with drilling investigations at 3 points within the disposal areas and 11 points near the disposal site. Two-dimensional inverse modeling of the collected resistivity data was performed to evaluate the properties (size, depth, and form) of the disposal site. Leachate analysis showed that pH of leachate decreased from 7.4 to 6.7, while Eh changed from -358mV to -48mV over time. In addition, dissolved ions increased due to the progression of carcass decomposition. Results of the electrical resistivity survey indicated that low resistivity zones (minimum value, 0.64Ωm) existed at a depth of 8 m from the surface. Considering the bedrock location and carcass disposal depth, there was no evidence of bedrock contamination by leachate. The results of the electrical resistivity survey are consistent with those of the drilling investigation, which indicates that electrical resistivity effectively depicted the properties of the disposal site. This study demonstrates that electrical resistivity survey is a suitable technique for investigation of animal carcass disposal sites. 가축사체 매몰지로부터 유출되는 침출수는 환경적으로 치명적인 영향을 주는 고농도 오염폐수의 일종이다. 본 연구에서는 효율적인 가축사체 매몰지의 특성을 파악하기 위하여 전기비저항 탐사와 함께 시추조사를 실시하였다. 또한, 가축사체 매몰지에서 샘플링한 침출수의 화학적 분석을 실시하였다. 매몰지 내부에서 5측선의 쌍극자 전기비저항 탐사와 3지점의 시추조사를 실시하였으며, 매몰지 주변의 11지점에서 시추조사를 수행하였다. 전기 비저항 탐사에 의하여 수집된 자료를 이용하여 2차원 역산 모델링을 수행하여 매몰지의 특성(크기, 심도, 형태 등)을 평가하였다. 침출수 분석결과, pH는 7.4에서 6.7로 감소하였고, Eh는 –358 mV에서 –48mV로 변화하였다. 또한, 가축사체 부패에 의하여 용존 이온이 증가하였다. 전기비저항 탐사 자료의 해석결과, 지표에서 심도 8 m 이내에서 최소 0.64 Ωm의 낮은 비저항값을 가지는 영역이 나타났다. 이 지역의 기반암 위치와 가축사체의 매립 깊이를 고려할 때, 매립지 내부에서는 침출수에 의한 기반암의 오염은 진행되지 않은 것으로 나타났다. 전기비저항 탐사의 결과는 시추조사의 결과와 잘일치 하였으며, 이는 전기비저항 탐사가 가축매몰지의 특성을 효과적으로 묘사한다는 것을 보여주었다. 본 연구에 의하면, 전기비저항 탐사가 가축사체 매몰지의 현황을 조사하는데 적합한 기술로 판단된다.