임해지역에서의 해수침투 평가를 위하여 서로 다른 수리지질학적 특성을 갖고 있는 3개의 연구지역, 9개의 시추공에서 전자유도검층, 공내수의 온도 및 전기전도도검층, 자연감마선검층을 수행하였다. 지표 물리탐사 이외에 물리검층을 추가로 활용함으로써 3개 연구지역의 해수침투와 관련된 지질학적 특성을 해석하는데 큰 도움을 얻을 수 있었다. 즉, 해수침투 평가에 물리검층을 활용함으로써 지표 물리탐사자료 해석의 정확성을 높일 수 있고, 지하수의 장기 모니터링을 위한 최적심도를 알아 낼 수 있으며, 지층의 투수성 여부에 관한 수리지질학적 단위를 구분할 수 있음을 보였으며 그밖에 물리검층 모니터링의 적용성에 대하여도 예시하였다. 시추공내 염수의 영향을 비교적 작게 받으면서 지층의 전기비저항을 측정하고, PVC케이싱이 설치된 소구경의 시추공 내에서도 공극율을 측정할 수 있는 방법이 모색되면 물리검층으로 보다 정량적인 해수침투 관련 정보를 얻을 수 있을 것이다.
임해지역에서의 해수침투 평가를 위하여 서로 다른 수리지질학적 특성을 갖고 있는 3개의 연구지역, 9개의 시추공에서 전자유도검층, 공내수의 온도 및 전기전도도검층, 자연감마선검층을 수행하였다. 지표 물리탐사 이외에 물리검층을 추가로 활용함으로써 3개 연구지역의 해수침투와 관련된 지질학적 특성을 해석하는데 큰 도움을 얻을 수 있었다. 즉, 해수침투 평가에 물리검층을 활용함으로써 지표 물리탐사자료 해석의 정확성을 높일 수 있고, 지하수의 장기 모니터링을 위한 최적심도를 알아 낼 수 있으며, 지층의 투수성 여부에 관한 수리지질학적 단위를 구분할 수 있음을 보였으며 그밖에 물리검층 모니터링의 적용성에 대하여도 예시하였다. 시추공내 염수의 영향을 비교적 작게 받으면서 지층의 전기비저항을 측정하고, PVC 케이싱이 설치된 소구경의 시추공 내에서도 공극율을 측정할 수 있는 방법이 모색되면 물리검층으로 보다 정량적인 해수침투 관련 정보를 얻을 수 있을 것이다.
In order to assess the seawater intrusion, induction, temperature and conductivity of fluid, and natural gamma logs were obtained in nine wells at the three study areas having different hydrogeologic characteristics. Besides surface geophysical exploration, supplementary geophysical well logs were c...
In order to assess the seawater intrusion, induction, temperature and conductivity of fluid, and natural gamma logs were obtained in nine wells at the three study areas having different hydrogeologic characteristics. Besides surface geophysical exploration, supplementary geophysical well logs were carried out to understand the hydrogeological characteristics related to the seawater intrusion in the study areas. The geophysical well logs have been proved to increase the accuracy of interpretation of the surface geophyscial exploration's data for assessment of seawater intrusion, and to get the optimum depth for a long monitoring of groundwater. They, also, revealed that the identification of hydrogeological units for strata's porosity was able to be achieved and were illustrated the applicability of geophysical well logs monitoring. Finally, geophysical well logs are expected to play to get the more quantitative information of seawater infusion, if it is fully collaborated with a better method that is strata's resistivity determination with not relatively much effected by seawater within the drilled borehole and that is the porosity measurement with built on small diameter PVC casing.
In order to assess the seawater intrusion, induction, temperature and conductivity of fluid, and natural gamma logs were obtained in nine wells at the three study areas having different hydrogeologic characteristics. Besides surface geophysical exploration, supplementary geophysical well logs were carried out to understand the hydrogeological characteristics related to the seawater intrusion in the study areas. The geophysical well logs have been proved to increase the accuracy of interpretation of the surface geophyscial exploration's data for assessment of seawater intrusion, and to get the optimum depth for a long monitoring of groundwater. They, also, revealed that the identification of hydrogeological units for strata's porosity was able to be achieved and were illustrated the applicability of geophysical well logs monitoring. Finally, geophysical well logs are expected to play to get the more quantitative information of seawater infusion, if it is fully collaborated with a better method that is strata's resistivity determination with not relatively much effected by seawater within the drilled borehole and that is the porosity measurement with built on small diameter PVC casing.
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문제 정의
물리검층 자료를 취득하기 전에 현장에서 검출 기 교정을 실시하였다. 검출기의 교정은 제작년 수에 따라서 변하는 검출기의 민감도를 보정하거나 물리적으로 의미가 있는 값을 측정하기 위하여 실시하였다. 검출 기 교정은 제작사에서 제공한 2차 교정장치를 이용하여 전자유도검출기와 자연감마선 검출기에 대하여 실시하였으며, 이에 관한 자세한 내용은 이상규 외(1998)에 기술되어 있다.
시추공 주변의 지층이나 공 내수의 다양한 물성을 시추공전 구간에 걸쳐 연속적으로 측정할 수 있는 물리검층은 지층평가 (formation evaluation), 공 내수의 특성 측정 (fluid logging), 지표탐사 자료 해석의 신뢰성 확인, 수리모델링에 필요한 수리지질학적인 단위 구분 등 다양한 목적으로 활용될 수 있을 것이라는 판단에서, 본 연구에서는 해수 침투 평가에 대한 물리검층의 적용성을 다각적인 관점에서 검토하고자 하였다.
가설 설정
온도검층은 공 내수가 교란받지않은 상태에서 온도를 측정하는 검층법으로 시추공을 따라 내리면서 수행하며 통상적으로 모든 검층 중에서 가정 먼저 수행한다. 심도별 온도 측정 결과로부터 단위 심도 변화에 따른 온도 변화율(differential temperature)을 계산할 수 있는데 이것은 한 개의 센서에 의한 시간 지연 비교를 통하여 이루어지는 것이 보통이며 이를 위해서는 매우 높은 정밀도를 요한다.
제안 방법
Monitoring of induction logging for detecting seawater intrusion's interval at borehole KJ-1. (a) Repeatability test of induction log, (b) Difference of induction log at flow and ebb time, (c) Core log of borehole KJ-1.
1호공에서 1999년 7월 15~16일 사이에 매 2시간마다 전자유 도검층을 수행하였다
. Fig.
검출기의 교정은 제작년 수에 따라서 변하는 검출기의 민감도를 보정하거나 물리적으로 의미가 있는 값을 측정하기 위하여 실시하였다. 검출 기 교정은 제작사에서 제공한 2차 교정장치를 이용하여 전자유도검출기와 자연감마선 검출기에 대하여 실시하였으며, 이에 관한 자세한 내용은 이상규 외(1998)에 기술되어 있다.
경기도 화성지역의 3개 시추공(HS-1, HS-2, HS-3)에 대한 물리 검층은 1998년 4월 21에서 5월 8일 사이에 실시하였다. 공 내수의 온도/전기전도도 검층은 물리검층 시스템의 문제로 연속 측정이 불가능하여 1m 간격으로 측정하였다. 전라북도 김제지역의 4개 시추공 중에서 지압에 의하여 PVC 케이싱이 변형된 KJ-4공을 제외한 3개의 시추공(KJ-1, KJ-2, KJ-3)은 1999년 7월 중순과 12월 말에 두 번에 걸쳐서 물리검층을 실시하였다.
모든 시추공은 NX 구경으로 굴착한 직후 붕락방지를 위하여 PVC 케이싱을 전 구간에 설치하였으며 공 내수의 유동이 가능하도록 PVC 케이싱에 strainer를 설치하였다. 4종의 물리검층은 모두 2회씩 측정하여 자료의 반복성을 확인하였으며 측정 속도는 2m/min의 일정한 속도를 유지하였다.
물리검층 자료를 취득하기 전에 현장에서 검출 기 교정을 실시하였다. 검출기의 교정은 제작년 수에 따라서 변하는 검출기의 민감도를 보정하거나 물리적으로 의미가 있는 값을 측정하기 위하여 실시하였다.
(b)는 일직선상에 놓여 있는 KJ-1, KJ-2, KJ-3 시추공들을 잇는 직선 하부에 대하여 전자유도 검층의 의한 전기비저항을 단면도로 표현한 것이다. 심도 10m와 24m 부근에 중심을 둔 두 개의 저비저항층이 존재함을 볼 수 있으며 이를 근거로 수리지질학적 단위를 구분하였다. 전기비저항이 낮고 자연 감마선이 낮으며 지하수의 온도나 전기전도도에 변화가 있는 층준은 해수침투가 있는 투수성 모래층이며 로 표기) 전 기비저항이 낮지만 자연감마선이 높고 지하수의 온도나 전기전도도에 큰 변화가 없는 층준은 점토 함량이 많은 불투수층으로 해석된다(민경덕 외, 1987).
검출기에서 감지된 값이 케이블을 통하여 계수형으로 본체에 전송되며 동시에 6개까지 물리검층 자료 획득이 가능하다. 자료 획득에 이용한 검출기는 시추공 주변 지층의 전기전도도를 측정하는 전자유도 검출기, 공내수의 온도/전기전도도와 자연감마선검층을 수행할 수 있는 검출기이다. 측정 간격은 1cm이며 온도/전기전도도 검층은 검출기를 내리면서 전자유도 검층은 검출기를 올리면서 측정하였다.
자료 획득에 이용한 검출기는 시추공 주변 지층의 전기전도도를 측정하는 전자유도 검출기, 공내수의 온도/전기전도도와 자연감마선검층을 수행할 수 있는 검출기이다. 측정 간격은 1cm이며 온도/전기전도도 검층은 검출기를 내리면서 전자유도 검층은 검출기를 올리면서 측정하였다.
대상 데이터
경기도 화성지역의 3개 시추공(HS-1, HS-2, HS-3)에 대한 물리 검층은 1998년 4월 21에서 5월 8일 사이에 실시하였다. 공 내수의 온도/전기전도도 검층은 물리검층 시스템의 문제로 연속 측정이 불가능하여 1m 간격으로 측정하였다.
물리검충자료는 영국 Robertson Geologging사의 Prologger n 물리검층 시스템(Robertson, 1995)으로 취득하였다. 물리검층 시스템은 본체(surface equipment), 윈치와 케이블, 그리고 다양한 계수형 검출기(probe 또는 sonde)들로 구성된다.
물리검층은 경기도 화성군 우정면 석천리 일대, 전라북도 김. 제시 죽산면 대창리 일대와 전라남도 영광군 백수읍 하사리 일대 등 3개의 연구지역에서 해수 침투 평가를 위해 연구용으로 굴착한 모니터링 시추공에서 수행되었다.
해안에 인접한 곳에서는 담수 지하수의 흐름이 매우 느리기 때문에 상대적으로 해수와의 농도차에 의한 확산 현상이 지하수 조성에 큰 변화 요인으로 작용할 수 있으며 산에 접해 있는 지역은 상대적으로 지하수의 흐름이 빠를 것이다. 연구지역의 지질은 시추 결과, 대략 지표에서부터 10~15m까지는 뻘층이, 25 m 정도까지는 모래층이 존재하며, 25 m 이하에서는 기반 암인 화강암이 존재한다.
전라북도 김제지역의 4개 시추공 중에서 지압에 의하여 PVC 케이싱이 변형된 KJ-4공을 제외한 3개의 시추공(KJ-1, KJ-2, KJ-3)은 1999년 7월 중순과 12월 말에 두 번에 걸쳐서 물리검층을 실시하였다. 전라남도 영광지역 3개의 시추공(YK-1, YK-2, YJ-3) 에 대한 물리 검층은 2000년 5월 25일~30일에 실시하였는데 시추공 YK-3에서는 PVC 케이싱의 변형으로 약 19m까지만 자료를 취득할 수 있었다.
공 내수의 온도/전기전도도 검층은 물리검층 시스템의 문제로 연속 측정이 불가능하여 1m 간격으로 측정하였다. 전라북도 김제지역의 4개 시추공 중에서 지압에 의하여 PVC 케이싱이 변형된 KJ-4공을 제외한 3개의 시추공(KJ-1, KJ-2, KJ-3)은 1999년 7월 중순과 12월 말에 두 번에 걸쳐서 물리검층을 실시하였다. 전라남도 영광지역 3개의 시추공(YK-1, YK-2, YJ-3) 에 대한 물리 검층은 2000년 5월 25일~30일에 실시하였는데 시추공 YK-3에서는 PVC 케이싱의 변형으로 약 19m까지만 자료를 취득할 수 있었다.
물리검층은 경기도 화성군 우정면 석천리 일대, 전라북도 김. 제시 죽산면 대창리 일대와 전라남도 영광군 백수읍 하사리 일대 등 3개의 연구지역에서 해수 침투 평가를 위해 연구용으로 굴착한 모니터링 시추공에서 수행되었다.
성능/효과
1. 지표물리탐 사 이외에 물리검층을 추가로 활용함으로써 해 수침투와 관련된 지질학적 특성의 해석에 큰 도움을 얻을 수 있었다. 화성지역은 수직적 단층 파쇄대가 해수침투의 주 경로 역할을 하고 있으며, 전남 김제지역은 기반암 상부의 입도가 큰 모래층이 해수침투의 수평적 통로 역할을 하고 있고, 전남 영광지역 역시, 기반암 상부의 모래층이 해수침투의 수평적 통로 역할을 하고 있으나, 그 상부 뻘층의 물성과 큰 차이를 나타내지 않는 특징을 보이고 있었다.
2.연안지역의 해수 침투 평가를 위하여 물리검층을 활용함으로써 지표물리탐사자료 해석의 정확성을 높일 수 있고, 지하수의 장기 모니터링을 위한 최적심도를 알아낼 수 있으며, 지층의 투수성 여부에 관한 수리지질학적 단위를 구분할 수 있음을 보였으며 그 밖에 물리검층을 이용한 모니터링의 적용성에 대하여도 예시하였다.
3개 시추공에 대한 물리검층중, 공내수 전기전도도검층 기록을 보면 구해안선에 인접하여 있는 시추공 HS-1과 HS-2에 서는 각각 1350-1550 pS/cm, 1750-1850 µS/cin로, 비교적 높은 전기전도도를 나타내며 내륙 쪽에 위치한 시추공 HS-3은 약 220 µS/cm인 담수지하수의 범위로 내륙 방향으로 갈수록 공내수의 전기전도도가 감소함을 알 수 있다. 시추공 HS-2에서 특히 공 내수의 전기전도도가 제일 높고, 심도변화에 따른 편차가 크지 않은 점은 이 시추공의 위치가 해수 침투의 주요 경로인 급경사단층 파쇄 대 부근에 위치해 있기 때문인 것으로 해석된다.
모든 시추공은 NX 구경으로 굴착한 직후 붕락방지를 위하여 PVC 케이싱을 전 구간에 설치하였으며 공 내수의 유동이 가능하도록 PVC 케이싱에 strainer를 설치하였다. 4종의 물리검층은 모두 2회씩 측정하여 자료의 반복성을 확인하였으며 측정 속도는 2m/min의 일정한 속도를 유지하였다.
전기비저항 수직탐사는 심도의 변화에 따론 전기비저항의 1차원 구조를 지표에서 수행한 탐사자료를 통하여 파악하기 때문에 심도나 비저항에서 오차가 발생할 수 있다. 따라서, 시추공이 있는 위치에서 시추주상도 나 물리 검층의 결과를 전기 비저항 수직탐사의 역산 결과와 비교하여 물리탐사의 신뢰성을 확인하거나 주변 측점에 대한 역산의 초기 입력자료로 사용하여 전기 비저항 수직탐사의 정확성을 제고할 수 있다.
이 지역은 해안 방향으로 담수의 이동이 매우 느리기 때문에 상대적으로 해수와 담수의 농도차에 의한 확산 현상이 지하수의 조성에 큰 변화 요인으로 작용할 수 있다. 연구지역의 지질은 시추 결과, 대략 지표에서부터 2~3m까지는 담회색의 뻘층이, 그리고 대략 15 m까지는 세립질 모래층으로 보여지는 실트층이 존재하며, 25 m까지는 조립질의 황토색 모래층이 존재하는데, 이는 기반 암인 화강암의 풍화산물로 보여진다.
m 내외의 전기비저항을 보이는 제3층은 심하게 풍화된 편마암이 해수로 침윤된 상태인 것으로 해석된다. 이와 같은 전기 비저항 수직탐사의 역산 결과는 기반 암의 심도에서 약 10% 정도의 오차 내로 잘 일치하며 매우 높은 분해능으로 심도에 따른 전기 비저항을 측정하는 전자유도 검층은 주상도상의 기반암심도와 잘 일치하는 것을 볼 수 있다. 전기비저항 수직탐사는 심도의 변화에 따론 전기비저항의 1차원 구조를 지표에서 수행한 탐사자료를 통하여 파악하기 때문에 심도나 비저항에서 오차가 발생할 수 있다.
9는 물리검층의 해석 결과에 근거하여 시추공 KJ-1의 서로 다른 심도(10m, 23 m 및 28 m)에서 전기전도도를 모니터링한 결과를 나타낸 것이다. 전기비저항이 낮고 자연 감마선이 낮아서 투수성 모래층으로 해석되는 심도 23 m에서 조석운동 영향에 의한 전기전도도의 주기성을 확인할 수 있었다.
지표물리탐 사 이외에 물리검층을 추가로 활용함으로써 해 수침투와 관련된 지질학적 특성의 해석에 큰 도움을 얻을 수 있었다. 화성지역은 수직적 단층 파쇄대가 해수침투의 주 경로 역할을 하고 있으며, 전남 김제지역은 기반암 상부의 입도가 큰 모래층이 해수침투의 수평적 통로 역할을 하고 있고, 전남 영광지역 역시, 기반암 상부의 모래층이 해수침투의 수평적 통로 역할을 하고 있으나, 그 상부 뻘층의 물성과 큰 차이를 나타내지 않는 특징을 보이고 있었다.
후속연구
3.시추공내의 염수의 영향을 비교적 적게 받으면서 지층의 전기비저항(bulk resistivity)!- 측정할 수 있고, PVC 케이싱이 설치된 NX 구경의 시추공 내에서도 공극율을 측정할 수 있는 방법을 적용하면 물리검층으로 보다 정량적인 해수 침투 관련 정보를 얻을 수 있을 것이다. 이를 위하여 송 .
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