물리탐사 기술의 석회암 지반침하 지역 공동탐지 적용성 연구

박영수,임형래,이명종,손정술,김정호,박삼규,김창렬 한국지구물리탐사학회 2006 지구물리와 물리탐사 Vol.9 No.4

국내 지반침하의 주요 원인 중의 하나인 석회암 공동에 대한 조사는 단순한 지반침하 원인의 규명 이외에 지반침하 지역 또는 예상지역의 보강 설계 및 사후 관리에 이르기까지 폭넓은 지반 정보를 제공하는 역할을 수행한다는 측면에서 매우 중요하다고 할 수 있다. 지반침하지역 공동탐지에 유용하게 사용되는 물리탐사기법으로 한 종류의 지반 물성을 이용하는 단위 물리탐사기술보다는 여러 가지 물성의 지하를 조명하는 복합 물리탐사기술에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 지반침하조사 시 지하공동 탐지를 위한 복합 물리탐사 시스템 구축의 일환으로 전라남도 무안군 무안읍 용월리에 과거 석회암 공동에 의한 지반침하 경력이 있는 지역을 현장 실험장으로 이용하여 다양한 종류의 물리탐사를 실시하였다. 그 중 전기비저항탐사, 전자탐사 그리고 고정밀 중력탐사 결과로부터 지하 공동의 위치 및 분포를 추정・해석하고, 시추조사 결과와 비교함으로서 단위 물리탐사 기술의 공동탐지 적용성에 대하여 고찰하였다. 시추조사결과, 실험장 지역 기반암내 공동은 대부분 지하수 또는(물로 포화된) 점토로 채워져 있어 주위 기반암에 비하여 매우 낮은 전기비저항 및 밀도를 가지며, 넓은 지역에 걸쳐 망구조로 분포하고 있는 것으로 해석된다. 실험장에 적용한 전기비저항, 전자 및 고정밀 중력 탐사 결과, 저비저항대와 음의 중력 이상대 분포 지역이 시추 조사에서 확인된 지하 공동의 분포 위치와 상당 부분 일치함을 보여 이들 각 탐사법들이 지하 공동 분포 파악에 효과적임이 입증되었다. 또한 개별 탐사 기법 해석과 아울러 각종 탐사결과를 종합함으로써 보다 정확한 지하공동의 분포 해석이 가능하였으며, 특히 국내에서의 사용이 미비하였던 고정밀 중력탐사기법이 지하공동 탐지에 매우 유용함을 확인하였다.

지표물리탐사 자료의 상관해석-충북 초정지역

권일룡,김지수,김경호,Gwon, Il Ryong,Kim, Ji Su,Kim, Gyeong Ho 한국지구물리물리탐사학회 1999 지구물리 Vol.2 No.1

물리탐사의 최근 주된 관심 분야는 대상지역에 대한 각종 탐사자료를 복합적으로 해석하여 탐사대상의 지하구조를 3차원적으로 정확히 규명하는 작업이다. 이 연구에서는 연구 지역에 대한 1차원의 슐럼버져배열 전기비저항 수직탐사를 2차원 및 3차원적으로 확장·해석하기 위해 먼저 전기비저항 자료를 영상화한 뒤 이들을 서로 보간하여 전기비저항의 단면·입체도를 재건하였다. 파쇄대와 같은 전기비저항 불연속면은 재건된 단면·입체도에서 더욱 공간적으로 파악될 수 있었고 대상지역의 파쇄대와 관련된 것으로 보이는 저비저항대는 지역의 중앙부에서 화강암질 기반암 하부까지 확장된 것으로 나타난다. 선구조 부근의 탄성파속도는 약 3,000 m/s로서 주위에 비해 작게 나타나며 이를 축으로 풍화대의 깊이는 남동쪽이 북서쪽보다 상대적으로 큰 것으로 해석되었다. 초정지역에 대한 전기비저항, 탄성파속도, 방사능 등의 속성자료는 지리정보시스템 소프트웨어인 ARC/INFO를 이용하였고 복합해석도의 영상강화를 통해 나타난 주요 단열 및 파쇄대는 전기비저항과 탄성파속도가 모두 낮게 나타나는 대상지역의 남동부에 많이 발달한 것으로 보인다. 이에 반하여 방사능 자료는 전기비저항, 탄성파 속도와 비교할 때 지질경계면에서 잘 반응하지 못한 것으로 나타난다. A recent major subject of geophysical exploration is research into 3-D subsurface imaging with a composite information from the various geophysical data. In an attempt to interpret Schlumberger sounding data for the study area in 2-D and 3-D view, resistivity imaging was firstly performed and then pseudo-3-D resistivity volume was reconstructed by interpolating several 1-D resistivity plots. Electrical resistivity discontinuities such as fracture zone were successfully clarified in pseudo-3-D resistivity volume. The low resistivity zone mainly associated with fracture zone appears to develop down to granitic basement in the central part of the study area. Seismic velocity near the lineament is estimated to be approximately as small as 3,000 m/s, and weathering-layer for the southeastern part is interpreted to be deeper than for the northwestern part. Geophysical attributes such as electrical resistivity, seismic velocity, radioactivity for the Chojeong Area were analysed by utilizing a GIS software Arc/Info. The major fault boundaries and fracture zones were resolved through image enhancement of composite section (electrical resistivity and seismic refraction data) and were interpreted to develop in the southeastern part of the area, as characterized by low electrical resistivity and low seismic velocity. However, radioactivity attribute was found to be less sensitive to geological discontinuities, compared to resistivity and seismic velocity attributes.

공간 모델링을 이용한 자기지전류 탐사의 전자기 잡음 예측

이춘기,권병두,이희순 한국지구물리탐사학회 2005 지구물리와 물리탐사 Vol.8 No.4

자기지전류 탐사의 적용에 있어 인공잡음의 영향은 탐사의 승패를 좌우하는 중요한 요소이며 인공잡음의 영향을 최소화할 수 있는 탐사의 설계와 자료처리가 요구되고 있다. 이 연구에서는 수치공간자료를 이용한 공간모델링을 통 해 MT 주파수 대역에서의 잡음을 예측하고 실제 탐사 자료와 비교분석하여 MT 잡음 모델링의 가능성을 살펴보았다. 수치지도로부터 추출된 잡음원일 가능성이 높은 건물, 도로, 고압 송전선에 의해 발생하는 전자기장의 강도를 지하매질의 전기전도도에 따른 전자기파의 전파 특성을 고려하여 예측하는 잡음모델을 제안하였다. 제안된 잡음모델로부터 예측된 잡음 파워와 실제 탐사를 통해 측정된 MT 자료와의 상관도 분석을 수행한 결과, 전반적으로 전기장에서는 넓은 주파수 대역에서 높은 상관관계를 보이는 반면 자기장은 60 Hz 부근의 대역에서만 상관관계를 가진다. 이 연구에서 제안된 공간 모델링을 통한 잡음 예측은 특히 고도로 산업화되어가는 도시 주변지역에서의 MT 탐사를 수행하는데 있어 유용한 정보 를 제공할 수 있을 것이다

시간경과에 따른 반복적 물리탐사 기법을 이용한 이산화탄소의 지중처리 모니터링

최지향,송윤호,이태종,김희준,한누리,남명진,서정희 한국지구물리탐사학회 2005 지구물리와 물리탐사 Vol.8 No.4

장기적인 관점에서 이산화탄소 지중처리는 대기 중의 온실 가스를 제거하는 가장 효과적인 방법 중 하나이다. 본 해설에서는, 이산화탄소 지중처리를 위한 세 가지 모니터링 프로젝트에 대해 살펴보고자 한다. 먼저 북해 Sleipner West 필드의 경우로, 여기에서는 염류대수층에 이산화탄소를 주입하고, 해수면에서 반복적으로 탄성파탐사를 실시하였다. 이를 통해, 대수층 내에서 이산화탄소 기포가 확산된 범위와 형태를 파악하였다. 다음은 Weyburn 유전의 경우로, 복잡한 파쇄 구조로 된 탄산염 저류층에 대규모의 이산화탄소를 주입하고 있던 이 유전에서 시간 경과에 따른 고해상도 P파 탐사를 실시하여 각기 다른 암석으로 이루어진 두 지층 사이의 이산화탄소 거동특성을 파악하였다. 마지막으로, 미국 캘리포니아 중부에 위치한 Lost Hills 유전의 경우는 시간 경과에 따라 시추공간 전자탐사 영상화 기법을 적용하여 동일한 시추공에 서 얻은 유도 검층 자료와 잘 일치하는 전기전도도 영상을 얻고, 전기전도도가 시간 경과에 따라 감소하는 것으로부터 이산화탄소가 염수를 대체했다는 사실을 확인하였다.

엇갈린 격자를 이용한 3차원 유한차분 시간영역 전자탐사 모델링

장한길로,남명진,조성오,김희준,Jang, Hangilro,Nam, Myung Jin,Cho, Sung Oh,Kim, Hee Joon 한국지구물리물리탐사학회 2017 지구물리와 물리탐사 Vol.20 No.3

Interpretation of time-domain electromagnetic (TEM) data has been made mostly based on one-dimensional (1-D) inversion scheme in Korea. A proper interpretation of TEM data should employ 3-D TEM forward and inverse modeling algorithms. This study developed a 3-D TEM modeling algorithm using a finite difference time-domain (FDTD) method with staggered grid. In numerically solving Maxwell equations, fictitious displacement current is included based on an explicit FDTD method using a central difference approximation scheme. The developed modeling algorithm simulated a small-coil source configuration to be verified against analytic solutions for homogeneous half-space models. Further, TEM responses for a 3-D anomaly are modeled and analyzed. We expect that it will contribute greatly to the precise interpretation of TEM data. 국내에서 시간영역 전자탐사(time-domain/transient electromagnetic, TEM) 자료의 해석은 1차원 알고리듬에 주로 의존하고 있는 실정이기 때문에 정밀한 해석을 위하여 3차원 모델링 및 역산 해석 프로그램의 개발이 필요한 상황이다. 이 연구에서는 엇갈린 격자를 이용한 시간영역 유한차분(staggered-grid finite-difference time-domain, FDTD)법에 기초하여 3차원 TEM 반응 모델링 알고리듬을 개발하였다. 시간영역 전자탐사의 모델링을 위해 맥스웰 방정식을 현시적 중앙점 FDTD법을 이용하여 이산화하였으며 수치 안정성을 높이기 위해 가상 변위전류항을 도입하였다. 일반적으로 많이 활용되는 소형 코일 송신원을 수치적으로 구현하여 균질 반무한 공간에서의 해석해와 비교 검증하고 3차원 이상체에 대한 반응을 분석하였다. 이 연구에서 개발된 모델링 프로그램은 향후 TEM 전자탐사 자료의 정밀 해석에 기초가 될 것으로 기대한다.

확장 Born 근사에 의한 소형루프 전자탐사법의 2.5 차원 모델링

조인기,송성호,서정희 한국지구물리탐사학회 2007 지구물리와 물리탐사 Vol.10 No.4

소형루프 전자탐사법은 다양한 현장에 성공적으로 적용되어 온 효과적인 물리탐사법으로 특히 천부 지반조사나 환경오염대의 정성적 조사에 널리 사용되고 있다. 최근 들어, 지하의 지질구조를 보다 정량적으로 파악하고 역산에 근거한 영상화 기법이 도입되면서 소형 루프 전자탐사 자료에 대한 모델링과 역산이 시도되고 있다. 하지만 2.5차원 소형 루프 전자탐사 자료의 모델링은 여러 개의 파수에서 그 해를 구한 다음 다시 공간영역으로 변환하는 과정이 요구되며, 이 경우 적지 않은 계산시간이 소요된다. 본 논문에서는 이러한 변환이 필요 없는 확장 Born 근사법에 의한 2.5차원 소형루프 전자탐사 알고리듬을 개발하고 이를 HCP 배열 소형루프 전자탐사에 적용하여 그 타당성을 검증하였다.

유적지 발굴을 위한 효율적 3차원 GPR 탐사

김정호,박삼규,손정술,조성준,이명종 한국지구물리탐사학회 2005 지구물리와 물리탐사 Vol.8 No.4

역사유물은 지질구조와는 달리 일정한 방향성이 없이 매몰되어 있는 경우가 많으므로 고적지 탐사를 위해서는 근본적으로 2차원 보다는 3차원 물리탐사가 바람직하다. 그러나 3차원 GPR 탐사는 매우 조밀한 측선설정과 아울러 대 단히 많은 자료를 획득하여야 하므로 자력, 전자탐사와 같이 유적지 탐사에 많이 응용하는 다른 탐사방법에 비하여 상대 적으로 현장탐사기간이 길어질 뿐만 아니라 많은 경비가 소요된다. 이 연구에서는 두 조의 송, 수신 안테나와 안테나 이 동 궤적을 연속적으로 자동 기록할 수 있는 측량 시스템을 이용하여 소규모의 3차원 GPR 자동연속 탐사 시스템을 구성 하였다. 3차원 측선을 미리 측량함 또한 상당한 기간과 경비가 소요되므로 미리 설정하지 않은 임의의 경로를 따라 자료 를 취득하는 개념을 도입하였다. 이와 병행하여 개발한 자료취득 시스템으로 획득한 자료를 효율적으로 전산처리하고 영 상화하는 소프트웨어 또한 개발하였다. 개발한 시스템을 이용하여 부여 외곽 백제 유적지로 추정되는 지역에서 3차원 GPR 탐사를 수행하였다. 약 17,000 m2에 걸친 지역의 3차원 GPR 탐사에 약 6 시간의 현장작업시간이 소요되었으며 이 는 개발한 시스템의 효율성을 입증한다. 미리 설정한 격자망 측선이 아닌 임의의 측선 경로를 따라 자료를 획득하였음에 도 불구하고 고분해능 3차원 지하 영상의 획득이 가능하였으며, 이로부터 경작지, 수로, 인공 구조물 또는 유물 등의 존 재를 알려주는 이상대들을 파악할 수 있었다. 이 연구를 통하여, 3차원 GPR 탐사 또한 국부적인 이상대의 규명뿐만 아 니라 광역적인 유적지 조사에도 다른 물리탐사와 마찬가지로 쉽게 활용될 수 있다는 결론을 얻을 수 있었다.

송수신기 배열에 따른 굴절 주시 역산의 영향 인자 및 신뢰성 분석

이동욱,박윤희,편석준,Lee, Donguk,Park, Yunhui,Pyun, Sukjoon 한국지구물리물리탐사학회 2017 지구물리와 물리탐사 Vol.20 No.3

육상 탄성파 탐사에서 불규칙한 지표 고도차와 천부 지층의 풍화대는 자료의 반사파 신호를 왜곡시킨다. 그러므로 일반적인 육상 탄성파 탐사 자료는 정적 보정(static correction)을 통해 이러한 왜곡을 보정해야 한다. 정적 보정을 하기 위해 천부 지층의 속도가 필요하며, 이 속도는 굴절법 탐사를 통해 구할 수 있다. 그러나 육상 탄성파 탐사자료는 탐사 현장에 대한 허가나 현장 여건 그리고 장비 보유 현황에 따라 제한된 형태로 취득되는 경우가 많다. 이러한 상황에서는 송수신기 배열이 제한되어 굴절법 탐사에 적합한 자료를 얻을 수 없기 때문에 반사법 자료로 굴절법 해석을 수행할 수 밖에 없다. 따라서 본 연구에서는 불규칙 지표 모델에서 제한된 송수신기 배열을 이용하여 얻은 반사법 자료로 굴절 주시 역산을 수행하고 결과의 신뢰성을 분석하였다. 불규칙한 지표와 평탄한 지표를 갖는 모델에 대한 역산 결과를 비교하여 지표 고도 차이가 역산 결과의 신뢰성에 약간의 영향을 주는 것을 확인하였다. 또한, 송신원 개수에 따른 역산을 통해 극히 적은 수의 송신원이 아니라면 역산 결과의 신뢰성에 크게 영향을 주지 않음을 보였다. 반면에 제한된 배열의 수신기를 사용할 경우에는 수신기 전개영역의 중첩된 부분에서 속도왜곡이 발생함을 관찰하였고, 속도왜곡이 발생하지 않기 위한 최소 중첩영역의 크기를 제안하였다. 마지막으로 현장 자료의 지형 조건과 송수신기 배열 정보를 이용하여 수치 모형 실험을 수행하였고, 신뢰성 분석 결과를 검증하였다. 신뢰성 분석 결과를 토대로 현장 자료 역산 결과에 신뢰할 수 있는 영역과 해석에 유의해야 할 영역을 구분하였다. In land seismic exploration, irregular surface topography and weathering layer in near surface distorts the reflected signals of data. Therefore, typical land seismic data should be compensated for this distortion by static correction. To perform the static correction, near-surface velocity is required, which can be obtained by seismic refraction survey. However, land seismic data is often acquired in a limited form of geometry depending on the equipment availability, accessibility condition, and permission for the survey site. In this situation, refraction analysis should be performed using reflection data because it is impossible to acquire refraction-oriented data due to limited source and receiver geometry. In this study, we aimed to analyze the reliability of the results obtained by refraction traveltime tomography when using reflection data with a limited number of sources and receivers from irregular surface topography. By comparing the inversion result from irregular topography with that from flat surface, we found that the surface topography affects the reliability of the inversion results to some degree. We also found that the number of sources has little effect on the inversion results unless the number of sources are very small. On the other hand, we observed that velocity distortion occurred in the overlapped part of receiver arrays when using a limited number of receivers, and therefore suggested the size of the least overlapping ratio to avoid the velocity distortion. Finally, we performed numerical tests for the model which simulates the surface topography and acquisition geometry of the survey region and verified the reliability analysis of inversion results. We identified reliable areas and suspicious area of the inverted velocity model by applying the analysis results to field data.

전자탐사를 이용한 지하 이상대 영상화

조인기,김학수,Jo, In-Gi,Kim, Hak-Su 한국지구물리물리탐사학회 2002 지구물리 Vol.5 No.2

전자탐사는 매우 다양한 탐사 방법론 및 탐사 장비가 개발되어 있으며 그 적용 분야 또한 매우 넓다. 전자탐사는 탐사기법 및 사용되는 기기 즉, 특정 송 · 수신 배열이나 사용 주파수 대역 등에 따라 탐사심도 및 분해능이 서로 다른 결과를 제공한다. 또한 현대의 전자탐사 측정장비는 그 복잡성에 비추어 장비의 이동성이 뛰어나므로 지반조사 및 환경 오염대의 조사와 같은 지반 · 환경 물리탐사에 적용이 용이하다. 비록 전자탐사는 이론이 복잡하지만, 최근 급속한 컴퓨터 기술의 발달에 힘입어 정확한 모델링 및 역산 기법이 지속적으로 개발되고 있다. 여기서는 다양한 전자탐사 방법 중에서 환경분야 및 지반조사에 효과적이고 현재 국내에서 수행 가능한 방법 및 조속한 시일 내에 국내에 도입 가능한 전자탐사법의 원리 및 방법을 간략하게 소개하고 각 방법에 대한 현장자료를 소개한다. Among the geophysical exploration methods, electromagnetic method(EM) has the broadest range of instrumental systems and remarkable range of applications. There are a lot of available techniques and instruments which have different depth of investigation and resolution depending on the operating frequency and source-receiver configuration. Furthermore, it is very easy to apply on the engineering and environmental problems since modern EM equipments are remarkably portable, considering their sophistication. Even though electromagnetic theory is very complex and not easy to understand, rapid avances in recent computer technology have made it possible to conduct accurate forward modeling and inversion of various EM exploration data. Here, we are going to provide brief theoretical principles, survey techniques and case histories of some selected EM methods that can be applied to geotechnical and environmental problems in Korea.

PXI를 이용한 다목적 물리탐사 측정 시스템

김정호,정지민,조성준,성낙훈 한국지구물리탐사학회 2005 지구물리와 물리탐사 Vol.8 No.3

현장 물리탐사 수행 시 상용화된 장비로는 탐사 대상 매질의 물성, 대상체의 크기, 모양 등의 탐사목적 및 현장여건에 의해 탐사가 불가능 하거나 탐사 목적에 맞는 분해능을 얻지 못하는 경우를 종종 만나게 된다. 이러한 다양한 현장 조건 및 탐사 목적에 효과적으로 적용할 수 있는 다목적 물리탐사 측정 시스템을 개발하였다. 이 다목적 측정 시스템은 PXI를 기반으로 하며 A/D 변환기 또는 GPIB 인터페이스를 이용한 측정 장치를 통해 신호를 측정하게 되며 확장성이 커 다양한 문제에 적용이 가능하다. 구성된 측정 시스템을 이용하여 시추공 레이다 탐사 시스템과 시추공 초음파 탐사 시스템, 전자기적 잡음 측정 시스템을 구축하였다. 시추공 레이다 탐사 시스템은 네트워크 분석기를 GPIB를 통해 제어하고 현장 조건에 따라 임의로 안테나의 길이 조절이 가능한 스텝 주파수 레이다 탐사 시스템이며, 시추공 초음파 탐사 시스템은 압전 송수신기 센서, 고출력 송신기와 A/D 변환기로 구성되어 시추공 내에서 초음파를 이용하여 착맥된 지하공동의 범위를 측정하기 위해 구성된 시스템이며, 전자기적 잡음 측정 시스템은 3개의 자기장 센서와 2개의 전기장 센서 그리고 A/D 변환기로 구성되며 임의로 측정시간과 샘플링 주파수의 조절이 가능하고 임의의 시간에 예약 측정이 가능한 시스템이다. 시추공 레이다 탐사 시스템은 상용 시스템으로 불가능했던 지하공동의 넓이와 지장물을 찾는 탐사에서 효과적인 결과를 보여주었으며, 시추공 초음파 탐사 시스템도 지하공동의 넓이를 측정하는 실험에서 가능성을 확인할 수 있었다. 한편 전자기적 잡음 측정 시스템을 이용하여 도심지 내 전자기적 잡음특성을 파악할 수 있었으며, 이를 변형하여 전기비저항 탐사 시 사용되는 다양한 케이블에 대한 케이블 내의 전자기적 유도 현상 및 그에 따른 신호 왜곡을 규명하는 실험에 적용하여 시스템의 확장성을 확인하였다.