중력자료를 이용한 한반도 중부 대륙-해양 지역의 지각구조 연구

유상훈,민경덕,박찬홍,원중선 대한자원환경지질학회 2002 자원환경지질 Vol.35 No.5

자료의 부족 및 육.해양을 동시에 감안해야 하는 상황으로 인하여 아직까지 한반도 중부 대륙에서 해양지역으로 이어지는 대륙연변부에서의 심부지각구조에 관한 심층적인 지구물리학적 연구는 이루어지지 못하였다. 본 연구에서는 중력자료를 이용하여 대륙과 해양을 잇는 대륙연변부 북위37$^{\circ}$~38$^{\circ}$, 동경128$^{\circ}$~132$^{\circ}$지역에 대한 심부지각구조를 해석하였다. WCA보정을 이용하여 해상지역의 선상중력자료에 나타나는 탐사측선상의 잡음으로 판단되는 고주파성분을 제거하고, 보정된 해상지역의 free-air 중력이상을 동일한 고도 기준면을 갖는 육상지역의 부게 중력이상과 결합하였다. 연구지역의 중력이상을 4개 지역으로 나누고, 각각의 지역에 대한 파워스펙트림 분석에 의해 산출한 모호면으로 판단되는 밀도 경계면은 한반도 내륙 부에서 대륙주변부를 지나 동해 울릉분지 쪽으로 갈수록 심도가 점점 얕아지는 양상을 보인다. 파워스펙트럼 결과에 의해 기초 모델로 설정하고 모델링을 실시한 결과, 모호면의 심도는 한반도 내륙지역에서는 약 33~35 km로 나타나고, 대륙주변부에서의 모호면의 심도는 18~28 km로서 한반도 내륙지역에 비해 얕아진다. 이와 같은 구조적 특성은 울릉분지의 주변부를 따라 나타나고 있는 중력변화에서도 잘 나타나고 있다. 울릉도 남쪽 해역에서의 모호면은 약 16~17 km로 대륙 쪽의 모호면 깊이보다 훨씬 얕다. 이와 같이 중력자료로부터 구한 지각모델의 결과는 인근 지역에서 이루어진 탄성파탐사를 통한 지각모델링 결과와 매우 유사하게 나타났다. There have been few geophysical studies on the crustal structure of the continent-ocean zone around the middle eastern part of Korean peninsula, because of the lack of database in both land and ocean. The area for the study on the internal crustal structure using gravity data is bounded by the latitude of 37$^{\circ}$-38"N and longitude of 128$^{\circ}$-132$^{\circ}$E. WCA correction is applied to shipborne gravity data to integrate with gravity anomalies obtained on land. The high frequency components of the shipborne gravity data which are considered as the noise on survey track are effectively removed by means of correlating with satellite gravity data. The corrected shipborne free-air gravity anomaly is integrated with the Bouguer gravity anomaly on land under the same condition. The integrated gravity anomaly is divided into four areas for power spectrum analysis. The depths of Moho discontinuity increases gradually from inland to Ulleung basin. As the result of modeling based on power spectrum analysis, Moho discontinuity depth is about 33-35 km in the continental zone of Korea and 18-28 km at the continental margin. Such structural character is well elucidated in changing gravity data around Ulleung basin. The depths of Moho discontinuity in the southern ocean of Ulleung-island is 16--17 km, which is much lower than in the land. The result of crustal structure modeling in this study is similar to that computed by prior seismic exploration around this area.

사각형 수로에서 중력류의 다상흐름 수치모의

김병주,백중철 한국수자원학회 2019 한국수자원학회논문집 Vol.52 No.10

다상흐름 모델링 기법과 하이브리드 난류 모델링 기법을 결합한 수치모형을 이용하여 사각형 수로에서의 중력류를 수치모의 하였다. 이 연구에서 적용한 다상흐름 해석기법은 밀도가 큰 중력류 유체, 상대적으로 밀도가 작은 주변류 유체 그리고 자유수면 위에서 흐르는 공기를 3개의 상으로 처리하며, 각 상에 대해서 분리된 흐름 지배방정식을 적용한다. 난류흐름은 벽경계 근처에서는 RANS 모드로 모의하고 벽에서 떨어진 영역에서는 LES 모드로 해석하는 하이브리드 RANS/LES 방법의 일종인 IDDES 기법을 이용하여 해석한다. 이 연구에서 적용한 모델링 기법은 중력류의 머리의 전파속도를 실험값과 일치하게 잘 예측하는 것으로 나타났다. 수치해석 결과는 아울러 낮은 레이놀즈수 난류모형을 이용한 RANS 수치모의에서 이용되는 정도의 격자해상도에서도 큰 규모의 Kelvin-Helmholtz 형식의 경계면 와의 발달과 이들 와가 지속적으로 3차원 형식의 붕괴를 거쳐 작은 난류구조로 분해되면서 난류에너지가 소산되는 현상을 성공적으로 예측함을 보여준다. 적용한 수치모의 기법은 공학적으로 접근 가능한 격자해상도에서 돌출-쪼개짐 흐름 불안정을 동반한 중력류 머리부분의 3차원 거동 특성을 잘 재현하며, 이 결과는 보다 높은 격자해상도에서 구해진 LES 결과에 상응하는 것으로 나타났다. 이 연구결과는 하이브리드 난류모델링 기법과 다상흐름 해석기법을 병합한 수치모형이 자연상태에서 복잡한 중력류의 물리적 거동을 예측하는데 공학적으로 유망한 방법임을 보여준다. A multiphase flow modeling approach equipped with a hybrid turbulence modeling method is applied to compute the gravity currents in a rectangular channel. The present multiphase solver considers the dense fluid, the less-dense ambient fluid and the air above free surface as three phases with separate flow equations for each phase. The turbulent effect is simulated by the IDDES (improved delayed detach eddy simulation), a hybrid RANS/LES, approach which resolves the turbulent flow away from the wall in the LES mode and models the near wall flow in RANS mode on moderately fine computational meshes. The numerical results show that the present model can successfully reproduce the gravity currents in terms of the propagation speed of the current heads and the emergence of large-scale Kelvin-Helmholtz type interfacial billows and their three dimensional break down into smaller turbulent structures, even on the relatively coarse mesh for wall-modeled RANS computation with low-Reynolds number turbulence model. The present solutions reveal that the modeling approach can capture the large-scale three dimensional behaviors of gravity current head accompanied by the lobe-and-cleft instability at affordable computational resources, which is comparable to the LES results obtained on much fine meshes. It demonstrates that the multiphase modeling method using the hybrid turbulence model can be a promising engineering solver for predicting the physical behaviors of gravity currents in natural environmental configurations.

변수 최적화 기법을 이용한 미소중력 상황에서 발생하는 추진제 움직임의 모델링에 관한 연구

이동연,탁민제 한국항공우주학회 2015 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.11

본 논문에서는 미소 중력 상황에서 발생 할 수 있는 추진제 움직임의 모델링에 관한 연구를 수행한다. 자유롭게 움직이는 유체를 적절히 표현하기 위해서 포텐셜 필드 기법을 활용하여 유체의 영향력을 나타내었으며, 영향력이 유체가 처해진 상황에 따라 적절히 변화하도록 관련 변수를 정의하였다. 이러한 변수들은 모델링이 유체를 적절히 표현할 수 있도록 변수 최적화 기법을 이용하여 정해지며, 사용된 변수 최적화 기법은 빠른 연산시간을 가지는 PSO 알고리즘이다. 최적화는 아리안 5 ECA 발사체의 상단에서 나타날 수 있는 환경을 기반으로 이루어지며, 최종적으로 얻어진 모델링 변수에 대해서 CFD 데이터를 비교하여 성능에 대한 검증을 수행하였다. In this paper, the research about the modeling of propellant motion in micro-gravity condition is conducted. In order to describe the freely moved fluid, the potential field method is used for the influence field of fluid. And, the parameters related to the influence field are defined and changed according to the condition of fluid. These parameters are determined by parameters optimization algorithm to represent the fluid condition properly, the parameters optimization algorithm used in this paper is PSO algorithm having fast calculation ability. The optimization based on the environments which can be generated in Ariane 5 ECA Launch Vehicle Upper Stage is performed. Finally, the verification about the performance of modeling parameters is conducted using CFD data comparison.

중력모델링과 중력참조항법에의 적용

이지선(Lee, Jisun),권재현(Kwon, Jay Hyoun),유명종(Yu, Myeongjong) 한국측량학회 2011 한국측량학회지 Vol.29 No.5

팔공산화강암체와 그 인근지역에서의 중력탐사 연구

황종선(Jong-Sun Hwang),민경덕(Kyung Duck Min),최철(Chul Choi),유상훈(Sang Hoon Yu) 대한자원환경지질학회 2003 자원환경지질 Vol.36 No.4

연구는 중력자료를 이용하여 팔공산화강암체의 분포양상, 인근지역의 지하지질 및 지질구조, 경상분지와 영남 육괴와의 관계규명 등을 밝히는데 그 목적이 있다. 연구지역은 북위 35°45 -36°21 , 동경 128°15 -129°00 에 해당한다. 중력자료는 서울대학교, 한국지질자원연구원, 부산대학교 및 연세대학교에서 측정한 기존의 중력자료 826개와 팔공산화강암체를 포함하는 주변지역에서 금번에 측저된 중력자료 140개에 대해 계기보정, 조석보정, 위도보정, 푸리에어보정, 부게보정, 대기보정, 지형보정을 실시하여 부게중력이상을 구하였다. 연구지역의 부게중력이상은 -12.88 ∼ 26.01mgal의 분포를 보이며, 평균치는 11.27mgal이다. 연구지역의 소쪽에 위치한 영남육괴에서는 평균에 비해 상당히 낮은 저이상대를 보이며, 연구지역의 서쪽에서 동쩍으로 갈수록 이상값이 높아진다. 팔공산화강암체와 영남 육괴 분포지역에서 부게중력이상이 낮게 나타나는 것은 이들의 밀도가 경상분지의 퇴적암보다 낮기 때문인 것으로 해석된다. 부게중력이상으로부터 지하에 존재하는 민도 불연속면의 평균심도를 구하기 위해 진폭스펙트럼과 공간 주파수를 이용한 파워스펙트럼분석을 실시한 결과, 민도 불연속면의 평균 심도는 4.9km와 10.45km이며, 이는 각각 분지기반암과 콘라드면의 평균심도로 해석된다. 연구지역의 동쪽에서 갑자기 낮아지는 저이상대는 신령단층과 노고산 환상단층의 영향으로 해석된다. 2차원 모델링에 의한 팔공산화강암체의 심도는 연구지역의 중앙을 기준으로 서쪽에서 동쪽으로 갈수록 감소한다. 각 측선의 2차원 모델링에 의한 팔공산화강암체의 분포 심도가 두 지점에서 첨예하게 깊게 나타나며, 각각의 심도는 측선 AA1에서는 5.3km, 측선 BB1에서는 팔공산화강암체의 최대심도인 약 7km이다. 또한, 팔공산 화강암체 주변의 천부지역에는 작은 화강암체들이 관입해 있음을 알 수 있다. 각 측선별 2차원 모델링에 의해 얻어진 자료의 보간을 통해 구현한 3차원 해석으로부터 팔공산화강암체의 뿌리는 지표에 나타나는 팔공산화강암체를 중심으로 남서쪽부근에 위치하며, 지하에 분포하는 팔공산화강암체의 전체 부피는 약 31.211km3으로 추정된다. This study was performed to delineate the subsurface geology, geologic structure, and distribution pattern of the Palgongsan granitic body, and to reveal the relationship between the Kyeongsang basin and Yongnam massif by gravity survey. The study area is located between the latitude of 35°45 -36°21 N and longitude of 128°15 -129°00 E. Total of 966 gravity data measured by Seoul National University, KIGAM(Korea Institute of Geology, Mining & Materials), Pusan National University and Yonsei University were used. The Bouguer gravity anomaly in the study area ranges from -12.88 to 26.01mgal with a mean value of 11.27mgal. A very low anomaly zone is located in the Yongnam massif in west of the study area. The anomaly value increases going from west to east. A low anomaly distribution in Palgongsan granite and Yongnam massif is interpreted as the effect of their lower density than that of Kyeongsang Super Group. Power spectrum analysis is applied to evaluate the average depth of basement the Kyeongsang Basin and Conrad discontinuity from gravity anomaly. The average depths of density discontinuities are calculated 10.45km and 4.9km, and these are interpreted as Conrad discontinuity and depth of basement of the Kyeongsang Basin, respectively. The depth of Palgongsan granite is derived by means of 2-dimensional modeling and it decreases gradually toward the east. The gravity anomaly east of the study area decreases abruptly due to Shingryeong fault and Nogosan ring fault. Two deepest and sharp roots of Palgongsan granite are recognized by 2-dimensional medeling of each profiles. The depths of those roots are 5.3km on a profile AA and 7km on a profile BB which is the maximum depth of Palgongsan granite. Small granitic bodies are also seen to be intruded around the Palgongsan granite. The root of Palgongsan granite is shown by 3-dimensional analysis based on the interpolation of 2-dimensional modeling along each profiles to exist in the southwest vicinity of Palgongsan gran ite. The total volume of Palgongsan granite is approximately 31.211km3.

동해 울릉분지 북동부지역의 지구물리학적 특성 및 지구조 연구

김창환,박찬홍,Kim, Chang-Hwan,Park, Chan-Hong 대한자원환경지질학회 2010 자원환경지질 Vol.43 No.6

본 연구에서는 울릉분지 북동부지역에서 획득한 중력, 자력, 수심자료 등 지구물리자료를 이용하여 이 지역의 지구물리학적 특성 및 지구조를 고찰하고자 하였다. 각각의 자료는 조사기간 및 사용 장비의 차이로 인하여 자료간의 오차가 나타나는데 상대적인 보정을 실시한 후 통합하였다. 울릉분지 북동부에 위치한 연구지역은 울릉도와 독도해산들, 그리고 한국해저간극으로 이루어져 있으며 최대수섬은 약 -2500 m를 보인다. 후리에어이상는 지형의 영향을 잘 반영하며 전체적으로는 울릉도와 독도 및 해산들에서 높은 값을 보인다. 부게이상은 해산들에 의한 국지적인 이상치를 보이지만 한국해저간극 및 울릉분지를 중심으로 고이상을 보이는데 이는 맨틀상승에 의한 영향이라 판단된다. 자기이상도를 살펴보면 화산체(섬과 해산들)들을 중심으로 복잡한 자기이상대를 나탄낸다. 연구지역 부게중력이상의 파워스펙트럼 분석으로부터 계산된 연구지역 모호면의 평균 깊이는 -16.1 km로 나타났다. 이 파워스펙트럼 분석을 이용하여 모호면 심도 역산을 수행하였다. 이 역산법으로 계산된 모호면의 심도는 한국해저간극지역에서 -16~17 km 정도이며 오끼뱅크 및 울릉도의 북서부쪽으로 갈수록 심도가 깊어지는 결과가 나타났다. 이 역산결과는 울릉분지의 해양지 각이 일반적인 해양지각에 비해 두껍다는 기존 결과와 일치한다. 2차원 중력 모델링 결과에서도 모호면의 심도가 해저면지진계 탐사측선이 지나가는 안용복해산과 독도 사이의 한국해저간극지역에서 얕은 것을 볼 수 있으며 오끼뱅크쪽으로 갈수록 깊어진다. 자화분포도에서는 울릉도와 독도 등 화산체에 의한 강한 자기이상대에 의해 나타나는 자화 분포대를 제외하면 주로 북동-남서방향의 선형배열이 나타난다. 섬도역산 결과, 2차원 중력모델링 및 자화분포 결과를 종합해보면 동해의 생성사 울릉분지의 가능성 있는 spreading center(해저면 확장중심) 위치가 한국해저간극에서부터 울릉분지까지 북동-남서 방향일 것이라는 기존 논문들의 주장과 부합된다고 판단된다. The geophysical characteristics and geological structure of the northeastern part of the Ulleung Basin were investigated from interpretation of geophysical data including gravity, magnetic, bathymetry data, and seismic data. Relative correction was applied to reduce errors between sets of gravity and magnetic data, obtained at different times and by different equipments. The northeastern margin of the Ulleung Basin is characterized by complicated morphology consisting of volcanic islands (Ulleungdo and Dokdo), the Dokdo seamounts, and a deep pathway (Korea Gap) with the maximum depth of -2500 m. Free-air anomalies generally reflect the topography effect. There are high anomalies over the volcanic islands and the Dokdo seamounts. Except local anomalous zones of volcanic edifices, the gradual increasing of the Bouguer anomalies from the Oki Bank toward the Ulleung Basin and the Korea Gap is related to higher mantle level and denser crust in the central of the Ulleung Basin. Complicated magnetic anomalies in the study area occur over volcanic islands and seamounts. The power spectrum analysis of the Bouguer anomalies indicates that the depth to the averaged Moho discontinuity is -16.1 km. The inversion of the Bouguer anomaly shows that the Moho depth under the Korea Gap is about -16~17 km and the Moho depths towards the Oki Bank and the northwestern part of Ulleung Island are gradually deeper. The inversion result suggests that the crust of the Ulleung Basin is thicker than normal oceanic crusts. The result of 20 gravity modeling is in good agreement with the results of the power spectrum analysis and the inversion of the Bouguer anomaly. Except the volcanic edifices, the main pattern of magnetization distribution shows lineation in NE-SW. The inversion results, the 2D gravity modeling, and the magnetization distribution support possible NE-SW spreading of the Ulleung Basin proposed by other papers.

미국 알래스카 산악파 난류 수치모의 및 물리 모수화 과정에 대한 민감도

신예원,김정훈 한국기상학회 2021 한국기상학회 학술대회 논문집 Vol.2021 No.10

2012년 12월 30일 1013 UTC에 한국에서 캐나다로 향하던 항공기가 미국 알래스카 남부 산악 지역고도 10 km에서 강한 난류를 조우하였다. 이 연구에서는 난류 발생 원인을 규명하기 위해 Weather Research and Forecasting (WRF)을 이용하여 고해상도 수치모의 실험을 수행하였다. 모델에 사고지점 중심으로 세 개의 둥지격자체계 영역을 사용하였으며, 가장 안쪽 영역의 수평 격자 간격을 1 km로 설정하였다. 종관 분석 결과, 알래스카 남쪽 해상의 강한 저기압에 의해 강한 하층 남동풍과 상층 남풍이 산악으로 유입되었다. 배경 바람에서 정체파인 산악파의 임계고도가 나타나지 않아 이로 인한 파동 파괴 조건은 만족되지 않았다. 하지만 강한 하층 바람에 의해 형성된 연직으로 전파하는 진폭이 큰 산악파가 대류권계면 근처에서 깨지면서 수평 파장이 짧은 2차 파동이 형성되고 강한 난류가 발생하였다. 이는 사고지점 근처의 강한 대류 불안정, 파동 파괴로 형성된 임계고도, 큰 연직 속도, 짧은 수평 파장에서의 큰 에너지로부터 확인되었다. 추가로, 대기경계층 물리 모수화 과정과 아격자 규모지형에 의한 산악 중력파 항력에 대한 산악파 난류 특성의 민감도를 분석하였다. Mellor-Yamada (MY) 계열 대기경계층 물리 모수화 과정인 MYJ와 MYNN 방안은 경계층뿐만 아니라 자유대기에서도 난류 운동에너지 방정식으로 아격자 규모 연직 혼합을 예단하기 때문에 항공기 난류 강도를 파악할 수 있다. 또한 아격자 규모 지형에 의한 산악 중력파 항력의 효과가 산악 근처에서 모델이 분해 가능한 규모의 흐름을 변화시킨다. 아격자 산악 중력파 항력 효과를 포함하면, 산악 바로 전면의 하층 풍속은 줄어들고, 풍하측 하층 난류가 강해지며, 연직으로 전파하는 산악파의 진폭은 작아진다. 아격자 규모 및 분해 가능한 난류운동에너지의 크기와 분포는 대기경계층 물리 모수화 과정 및 산악 중력파 항력에 따라 크게 달라진다. 수치모델에서 산출된 난류운동에너지를 난류에너지소산율로 변환하고, 항공기의 Quick Access Recorder (QAR) 자료로부터 계산된 것과 비교함으로써 난류 강도에 대한 모델 예측성을 검증하였다.

Spatial distribution of hydrocarbon reservoirs in the West Korea Bay Basin in the northern part of the Yellow Sea, estimated by 3D gravity forward modeling

최승찬(Sungchan Choi),유인창(In-Chang Ryu) 대한지질학회 2018 지질학회지 Vol.54 No.6

터널굴착 시뮬레이션을 위한 터널굴착장비의 개발에 대한 연구

김상환 사단법인 한국터널지하공간학회 2003 한국터널지하공간학회논문집 Vol.5 No.2

Tunnel modelling in the field of geotechnical engineering essentially requires models of tunnelling machines and the simulation of tunnelling processes to clarify the detailed behaviour of tunnel construction. Modern advanced mechatronics, including construction processes, machinining and control technologies, are making it possible to fabricate such models. These technologies, however, are essentially developed in a gravity field condition and are needed to examine in a 1g or cenrifuge field condition. This paper presents the simulation method for tunnelling processes and the design method for tunnelling machines with special reference to the problem of earth pressure acting on the lining of a shield tunnel. The paper then introduces and verifies the design method for tunnelling machines in the 1g field by means of checking the reproduceability of experiment data and their comparison with data in the field. 지반공학적인 측면에서의 터널에 대한 모델링작업은 실질적인 터널공사시 야기되는 상세거동을 재현할수 있는 터널장비의 개발로 터널굴진과정을 실질적으로 묘사하는데 있다고 볼수 있다. 최신기계정보활용기술은 즉 시공과정 및 기계제어기술등을 실험실에서 재현할 수 있도록 하였다. 그러나, 이러한 기술 등은 중력장상태에서 사용되도록 개발되어지고, 1g 또는 원심장 (Centrifuge Field)상태의 실험에서 주로 활용되고 있다. 이에 따라 본 논문은 터널링과정에 대한 씨뮬레이션기법과 실험실에서 활용되는 쉴드터널장비의 설계기법 및 개발에 대한 연구 결과를 수록하였다. 또한 개발된 장비의 정밀성과 신뢰성을 반복적인 실험을 통하여 검증하고, 개발된 장비를 이용하여 얻은 결과와 실질적인 현장자료와 비교분석하였다.

터널굴착 시뮬레이션을 위한 터널굴착장비의 개발에 대한 연구

김상환,Kim, Sang-Hwan 한국터널지하공간학회 2003 터널기술 Vol.5 No.2

Tunnel modelling in the field of geotechnical engineering essentially requires models of tunnelling machines and the simulation of tunnelling processes to clarify the detailed behaviour of tunnel construction. Modern advanced mechatronics, including construction processes, machinining and control technologies, are making it possible to fabricate such models. These technologies, however, are essentially developed in a gravity field condition and are needed to examine in a 1g or cenrifuge field condition. This paper presents the simulation method for tunnelling processes and the design method for tunnelling machines with special reference to the problem of earth pressure acting on the lining of a shield tunnel. The paper then introduces and verifies the design method for tunnelling machines in the 1g field by means of checking the reproduceability of experiment data and their comparison with data in the field. 지반공학적인 측면에서의 터널에 대한 모델링작업은 실질적인 터널공사시 야기되는 상세거동을 재현할수 있는 터널장비의 개발로 터널굴진과정을 실질적으로 묘사하는데 있다고 볼수 있다. 최신기계정보활용기술은 즉 시공과정 및 기계제어기술등을 실험실에서 재현할 수 있도록 하였다. 그러나, 이러한 기술 등은 중력장상태에서 사용되도록 개발되어지고, 1g 또는 원심장 (Centrifuge Field) 상태의 실험에서 주로 활용되고 있다. 이에 따라 본 논문은 터널링과정에 대한 씨뮬레이션기법과 실험실에서 활용되는 쉴드터널장비의 설계기법 및 개발에 대한 연구 결과를 수록하였다. 또한 개발된 장비의 정밀성과 신뢰성을 반복적인 실험을 통하여 검증하고, 개발된 장비를 이용하여 얻은 결과와 실질적인 현장자료와 비교분석하였다.