직육면체 프리즘에 의한 중력, 자력, 중력 변화율 텐서 및 자력 변화율 텐서의 반응식

임형래 한국지구물리.물리탐사학회 2020 지구물리와 물리탐사 Vol.23 No.1

The closed-form expressions of gravity, magnetic, gravity gradient tensor, and magnetic gradient tensor due to a rectangular prism are derived. The vertical gravity is derived via triple integration of a rectangular prism in Cartesian coordinates, and the two horizontal components of vector gravity are then derived via cycle permutation of the axis variables of vertical gravity through the axial symmetry of the rectangular prism. The gravity gradient tensor is obtained by differentiating the vector gravity with respect to each coordinate. Using Poisson’s relation, a vector magnetic field with constant magnetic direction can be obtained from the gravity gradient tensor. Finally, the magnetic gradient tensor is derived by differentiating the vector magnetic with respect to appropriate coordinates. 직육면체 프리즘에 대한 중력, 자력, 중력 변화율 텐서 및 자력 변화율 텐서 반응식을 정리하였다. 직교 좌표계에서 직육면체 프리즘에 대한 삼중 적분으로 수직 중력을 유도하고, 직육면체의 축 방향 대칭성을 이용하여 순환 치환으로 두 개의 수평 중력 성분을 유도한다. 벡터 중력을 각 성분 별로 미분하여 중력 변화율 텐서를 유도한다. 포아송(Poisson) 관계식을 이용하면 일정한 방향으로 자화된 벡터 자력은 중력 변화율 텐서로부터 얻어진다. 벡터 자력을 각 방향으로 미분하여 최종적으로 자력 변화율 텐서를 유도하였다.

타원 기둥에 의한 벡터 중력 및 중력 변화율 텐서 반응식

임형래 한국지구물리.물리탐사학회 2023 지구물리와 물리탐사 Vol.26 No.1

This study derives the expressions of vector gravity and gravity gradient tensor due to an elliptical cylinder. The vector gravity for an arbitrary three-dimensional (3D) body is obtained by differentiating the gravitational potential, including the triple integral, according to the shape of the body in each axis direction. The vector gravity of the 3D body with axial symmetry is integrated along the axial direction and reduced to a double integral. The complex Green's theorem using complex conjugates subsequently converts the double integral into a one-dimensional (1D) closed-line integral. Finally, the vector gravity due to the elliptical cylinder is derived using 1D numerical integration by parameterizing a boundary of the elliptical cross-section as a closed line. Similarly, the gravity gradient tensor due to the elliptical cylinder is second-order differentiated from the gravitational potential, including the triple integral, and integrated along the vertical axis direction reducing it to a double integral. Consequently, all the components of the gravity gradient tensor due to an elliptical cylinder are derived using complex Green’s theorem as used in the case of vector gravity. 이 논문에서는 타원 기둥에 대한 벡터 중력과 중력 변화율 텐서 반응식을 유도하였다. 임의의 3차원 이상체에 대한 벡터 중력은 이상체 의 모양에 따른 3중 적분이 포함된 인력 포텐셜을 각 축 방향으로 미분하여 구한다. 축 대칭성을 가진 이상체에 의한 벡터 중력은 먼저 축 방향으로 적분하여 2중 적분 형태로 축약한다. 켤레 복소수를 도입한 복소 그린 정리를 이용하면 2중 적분은 1차원 폐곡선 선적분 형태 로 변환된다. 최종적으로 타원 기둥에 의한 벡터 중력은 타원 기둥 단면의 경계를 폐곡선의 매개변수로 설정하여 1차원 수치적분으로 유 도된다. 같은 방식으로 타원 기둥에 의한 중력 변화율 텐서는 인력 퍼텐셜을 2차 미분하여 3중 적분으로 표현된 중력 변화율 텐서를 구한 후, 수직 축 방향으로 적분하여 2중 적분으로 축약한다. 벡터 중력에서 적용한 방법과 동일한 복소 평면에서의 그린 정리를 도입하여 타 원 기둥에 의한 중력 변화율 텐서 반응식의 모든 성분을 유도한다.

선형 이상체에 의한 중력 및 중력 변화율 텐서 반응식

임형래 한국지구물리.물리탐사학회 2022 지구물리와 물리탐사 Vol.25 No.1

이 논문에서는 선형 이상체에 대한 벡터 중력과 중력 변화율 텐서 반응식을 유도하였다. 축대칭성을 가지는 이상체를 멀리서 관측하면 선 형 이상체로 근사가 가능하므로 선형 이상체에 대한 중력 및 중력 변화율 해석해가 필요하다. 선형 이상체에 대한 중력 퍼텐셜을 1차원 적분식으로 정의하고 이를 직교 좌표계에서 미분하여 벡터 중력을 유도한다. 중력 변화율 텐서 반응식은 벡터 중력을 직교 좌표계에서 한 번 더 미분하여 유도한다.

중력 변화율 텐서를 이용한 선형 이상체 위치 결정

박창석,임형래 한국지구과학회 2017 한국지구과학회지 Vol.38 No.4

The determination algorithm of the location of a line source with strike and dip using the gravity gradient tensor on a single profile is proposed. We already proposed the determination of strike and dip in the previous paper and then, now we improved the algorithm to locate a line source after determining strike and dip. The strike and dip of the line source can be determined by rotating the gravity gradient tensor matrix as reducing 2 independent components. Using the ratio of remaining 2 components, the location can be determined by the least square manner of the pointing vectors on each observation point. A synthetic model is tested for proving the usefulness of the proposed algorithm. 한 개 측선에서 얻어진 중력 변화율 텐서 자료를 이용하여 주향과 경사를 가지는 선형 이상체의 위치를 결정하는 알고리즘을 제시하였다. 기존에 연구된 중력 변화율 텐서를 이용한 선형 이상체의 주향과 경사를 결정하는 방법을발전시켜서, 선형 이상체의 주향과 경사를 결정한 이후 이상체의 위치를 결정하는 알고리즘을 개발하였다. 선형 이상체의 주향과 경사는 2차원 이상체로부터 얻어지는 중력 변화율 텐서가 회전 변환 후 2개의 독립 성분만을 가진다는 특징을 이용하여, 중력 변화율 텐서의 5개의 독립 성분을 2개의 독립 성분으로 축소시키는 회전 변환 각으로부터 선형 이상체의 주향과 경사를 결정한다. 이상체의 위치를 가리키는 방향 벡터는 중력 변화율 텐서의 회전변환 후 남은 2개 독립 성분의 비를 이용하여 유도하였다. 여러 측점에서 계산된 이상체를 가리키는 방향 벡터가 수렴하는 영역이 선형 이상체의 위치로 결정된다. 최소자승법을 이용하여 방향 벡터의 수렴 영역을 결정하는 알고리즘을 제시하였고, 수치모델링 자료를 통하여 유용성을 검토하였다.

타원판에 의한 벡터 중력 및 중력 변화율 텐서 반응식

임형래 한국지구물리.물리탐사학회 2024 지구물리와 물리탐사 Vol.27 No.1

이 논문에서는 타원판의 벡터 중력과 중력 변화율 텐서 반응식을 유도하였다. 타원판의 벡터 중력은 이중 적분으로 표현한 타원판에 의한 중력 퍼텐셜을 각 축 방향으로 미분하여 유도한다. 이중 적분으로 정의된 타원판에 의한 벡터 중력은 복소 그린 정리를 이용하여 타원판 경계를 따라 폐곡선의 선적분으로 변형한다. 최종적으로 타원판 경계를 매개변수로 설정하여 1차원 수치적분을 통하여 타원판에 의한 벡터 중력을 유도한다. 타원판에 의한 중력 변화율 텐서의 xz, yz, zz성분은 타원판의 벡터 중력을 수직 방향으로 미분하여 구한다. xx, yy, xy성분은 이중 적분 형태의 벡터 중력의 수평 성분을 먼저 수평 방향으로 미분한 후 복소 그린 정리를 이용하여 유도한다. In this paper, the vector gravity and gravity gradient tensor of an elliptical disk are derived. The vector gravity of an elliptical disk is defined by differentiating the gravitational potential due to the elliptical disk expressed by a double integral with respect to each axial direction. The vector gravity defined by the double integral is then transformed into a line integral of a closed curve along the elliptical disk boundary using the complex Green's theorem. Finally, vector gravity due to the elliptical disk is derived by 1D parametric numerical integration along the elliptical disk boundary. The xz, yz, zz components of the gravity gradient tensor due to the elliptical disk are obtained by differentiating the vector gravity with respect to vertical direction. The xx, yy, xy components are derived by differentiating the horizontal components of the vector gravity in the form of a double integral with respect to horizontal directions and then using the complex Green's theorem.

중력 변화율 텐서를 이용한 선형 이상체의 주향과 경사 결정

임형래,정현기 한국지구과학회 2014 韓國地球科學會誌 Vol.35 No.7

In this paper, the automatic determination algorithm of strike and dip of a line source using gravity gradient ona single profile is proposed. In general, the gravity gradient tensor due to a line source has only two independent components because of its 2-Dimensional (2-D) characteristics. However, if the line source has the strike and dipregarding the observation profile, it comes to have five independent components. The proposed algorithm of the determination both strike and dip is based on the rotational transform that converts full gravity gradient tensor to reduced 2-D gravity gradient tensor. The least-square method is applied in order to find optimum rotational angles that make one of the row components minimalized simultaneously. The two synthetic cases of a line source are represented; one has strike only and the other has both strike and dip. This study finds that the automatic determination method using gravity gradient tensor can find directions of a line source in each case. 이 논문에서는 한 개의 측선에서 측정된 중력 변화율 텐서를 이용하여 선형 이상체의 주향과 경사를 자동 결정하는 알고리즘을 제시한다. 선형 이상체의 중력 변화율은 측선에 수직으로 배열되어 있는 경우 이차원 효과를 보이므로, 이론적으로 두 개의 독립 성분을 제외하고는 값을 갖지 아니한다. 반면 주향과 경사를 가지는 선형 이상체는 5개의 독립 성분을 가지게 된다. 이와 같은 선형 이상체가 가지는 중력 변화율 텐서의 이차원 특성을 활용하여 5개의 독립 성분 중 3개가 동시에 최소 값이 되도록 하는 회전변환의 변환각은 곧바로 선형 이상체의 주향과 경사를 의미한다. 이 논문에서는 최소자승법을 이용하여 5개의 중력 변화율 성분 중 3개를 최소로 하는 변환 행렬 각을 구하였고 이를 이용하여 선형 이상체의 주향과 경사를 자동 결정할 수 있음을 보였다. 이 논문에서는 모델 계산을 통하여 주향만 있는 경우와 주향과 경사 모두를 가지는 경우에 대하여 각각의 방향각들을 자동 결정할 수 있음을 보였다.

원통형 이상체에 의한 자력 반응식

임형래,엄주영 한국지구물리.물리탐사학회 2020 지구물리와 물리탐사 Vol.23 No.1

Herein, the closed-form expressions of the magnetic field due to an axially symmetric body such as a right cylinder, are derived. The magnetic field due to a right cylinder is converted from the gravity gradient tensor using Poisson’s relation; the magnetic field induced by a constant magnetization can be obtained from the gravity gradient tensor with a constant density. Because of the axial symmetry of the cylinder, the expressions of gravity gradient tensor are derived in cylindrical coordinate and then transformed into Cartesian coordinates for the three components of the magnetic field using an arbitrary magnetization direction. 이 논문에서는 축 방향 대칭성을 가지는 원통형 이상체 대한 자력 반응식을 유도하였다. 일정한 방향으로 자화된 이상체가 생성시키는 자력장은 일정한 밀도를 가지는 이상체에 의한 중력 변화율 텐서로부터 변환 가능한 포아송(Poisson) 관계식을 이용하여 기존에 이미 유도된 원통형에 의한 중력 변화율 텐서로부터 3성분 자력 벡터를 유도하였다. 축 방향 대칭성을 이용하여 중력 변화율 텐서를 원통 좌표계에서 유도하였고 이를 직교 좌표계로 변환한 후 이상체의 자화 방향과 결합하여 3성분 자력 벡터를 유도하였다.

원판형 이상체에 의한 벡터 중력 및 중력 변화율 텐서 반응식

임형래 ( Hyoungrea Rim ) 한국지구물리·물리탐사학회 2021 지구물리와 물리탐사 Vol.24 No.1

The closed-form expressions of the vector gravity and gravity gradient tensor due to a circular disk are derived. The gravity potential due to a circular disk with a constant density is defined for a cylindrical system. Then, the vector gravity is derived by differentiating the gravity potential with respect to cylindrical coordinates. The radial component of the vector gravity in the cylindrical system is converted into horizontal gravity components in the Cartesian system. Finally, the gravity gradient tensor due to a circular disk is obtained by differentiating the vector gravity with respect to the Cartesian coordinates.