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문제 정의
- 이는 전기비저항의 특성이 지층의 풍화상태와 정도및 단층 파쇄대를 반영하는 경우가 많기 때문이다. 본 연구에서는 단층 구조를 밝히기 위해 전기비저항 탐사를 통해 2차원구조 해석을 실시하였다.
- 이번 연구에서는 이러한 결점을 해결하고 정량적인 해석과 지표 지형에 의해 왜곡된 물성치를 보정하기 위해서 비선형문제를 반복적 최소자승기법의 하나인 평활화 제약 최소자승법을 사용하고, 앞서 탐사지 역의 지형 기복을 적절하게 표현한 유한요소 블록구조를 구성하여 이를 역산 단계에서 함께 반영되어지도록 하였다(Kim, 1986; 1988; 1990). 현장자료가 지하구조에 대한 반응을 얻는 것이므로 역산을 통하여 그 지하구조를 추정하고, 이때 현장자료와 계산된 자료를 비교하여 반복 검증함으로써 조사지역의 지하구조 해석을 하게된다.
제안 방법
- 경주시 외동읍 개곡리 지역 (Fig. 1)에서 SE 방향으로 흐르는 얕은 계곡 측면의 단구면에서 발견된 단층을 토대로 단층의 흔적 이 잘 보이는 노두로부터 그 연장으로 추정되는 주향 방향에 대해 수직으로 3개의 측선을 설정하였다(Fig. 3). 지형은 복잡하지 않고 거의 평탄하지만 측선 중간에는 무시 못할 정도의 단구형 계단식 논으로 되어 있고, 측선 중앙을 가로질러 약 2m 높이의 소단을 형성하고 있어, 탐사 자료 해석시 이러한 지형적 특징을 역산에 반영해야 했다.
- 탐사에서는 전극 간격 이 3 이인 쌍극자배 열 (dipole-dipole array)을 채택하였고, 길이가 100m 내외인 3개의 측선에서 자료를 획득하였다. 그리고 앞에 기술한 방법들에 의해 전기비저항 2차원 단면도를 작성하여 지하구조 및 단층구조 해석을 실시하였다.
- 노두의 단층지점과 만난다. 위의 결과를 바탕으로 탐사 지역의 3차원 단면과 전기비저항 탐사결과로부터 단층선을 도시하였다(Fig. 8). 각 전기탐사 측선 상의 단층지점들(Line 1의 63 m, Line 2의 55 m, Line 3의 43 m)을 연결하면 단층의 연장 방향을 파악할 수 있는데 그 방향은 N80°W이었다.
- 탐사자료의 해석을 위해 평활화 제약최소자승법을 이용하였고, 역산시 지형의 기복을 표현하기 위해 지하를 유한요소 블록구조로 구성하고 이를 함께 계산되어지도록 하였다. 이때 간편하게 임의의 블록에서 전기비저항값의 범위를 제한할 수 있도록 부등식 제약을 적용하였다.
- 마찬가지로 Line 2의 모델에서는 72번과 76 번 사이를, Line 3의 모델에서는 88번과 92번 사이를 경사로 설정하였다. 이로써 지표의 지형에 의한 전기비저항 값의 왜곡을 역산시 교정할 수 있도록 모델을 구성하였다.
- 최근 울산단층을 중심으로 그동측 지괴에서 입실단층을 비롯한 여러 단층들이 발달하고 있는 것으로 보고되었다(류충렬 등, 1996; 1997). 이를 바탕으로 개곡리 지역에 발달하는 파쇄대와 그 연장성을 조사하기 위해 전기비저항 탐사를 실시하였다.
- , 1999). 일반적으로 지반을 구성하는 지표층과 암석은 10, 000 ohm-m범위 내외이므로 본 연구의 역산에서는 모든 블록의 전기비저항이 1 < 0 < 10, 000 ohm-m범위에서 계산되도록 하였다.
- 전극배열은 수직, 수평 탐사를 동시에 수행하는 효과를 얻을 수 있는 장점을 가지고 있고, 그 결과 2차원 해석이 용이하도록 가단면도를 형성할 수 있는 쌍극자배열을 이용하였다. 전극간격 (a)은 3 m, 전극 전개수 (n)는 11로 하여 정밀탐사가 가능하도록 하였다. 현장의 지형적인 특징인 단구의 위치는 Line 1에서는 절점 52번과 56번 사이에 위치하고, Line 2는 절점 72번과 76번 사이에, 그리고 Line 3은 절점 88번과 92번 사이에 위치하고있다(Fig.
- 전기비저항 탐사 자료에 포함된 지형의 효과를 고려하기 위해서 전기비저항 모델링에 유한요소법을 사용하였으며, 지표지형을 잘 묘사할 수 있는 mesh를 만들었다. 3개의 측선을 가로 질러가는 각각의 단구의 높이를 측정한 결과, 그 높이는 약 2m이었다.
- 이는 전극으로부터 먼 수평방향과 연직방향의 심부는 자료의 감도가 작기 때문에 역산시 이를 고려하기 위함이다. 절점 12번부터 전극을 배치하여 절점 144번까지 34개의 점에 쌍극자배열로 전극을 배열해 나가며 현장에서 얻은 자료를 분석하게 된다. Line 2와 3의 경우도 마찬가지로 전극전개수에 따라 그 격자가 결정되며 역산을 위한 모델을 형성하게 된다.
- 탐사를 수행하였다. 탐사자료의 해석을 위해 평활화 제약최소자승법을 이용하였고, 역산시 지형의 기복을 표현하기 위해 지하를 유한요소 블록구조로 구성하고 이를 함께 계산되어지도록 하였다. 이때 간편하게 임의의 블록에서 전기비저항값의 범위를 제한할 수 있도록 부등식 제약을 적용하였다.
- 현장 자료에 대한 이러한 방법들의 적용성을 검토하기 위해서 울산단층에 인접한 경북 경주시 외동읍 개곡리 일대의 제 4기 천부 단층 파쇄대를 가로질러 전기비저항 탐사를 실시하였다. 탐사에서는 전극 간격 이 3 이인 쌍극자배 열 (dipole-dipole array)을 채택하였고, 길이가 100m 내외인 3개의 측선에서 자료를 획득하였다.
- 현장 탐사는 울산단층 인근의 경주 외동읍 개곡리의 제 4기 단층이 지나가리라 추정되는 지점에서 3개의 측선을 설정하여, 전극 간격은 3 m, 전극 전개수(n)는 11인 쌍극자배열 전기비저항 탐사를 수행하였다. 탐사자료의 해석을 위해 평활화 제약최소자승법을 이용하였고, 역산시 지형의 기복을 표현하기 위해 지하를 유한요소 블록구조로 구성하고 이를 함께 계산되어지도록 하였다.
- 하였다(Kim, 1986; 1988; 1990). 현장자료가 지하구조에 대한 반응을 얻는 것이므로 역산을 통하여 그 지하구조를 추정하고, 이때 현장자료와 계산된 자료를 비교하여 반복 검증함으로써 조사지역의 지하구조 해석을 하게된다. 즉, 현장 자료와 계산자료의 차이가 최소가 될 때까지 반복하여 계산한다(齋藤正德, 1983a; b; 松岡俊文, 1986).
대상 데이터
- 부족한 상태에서 명칭이 혼용되어 왔다. 본 연구에서 사용흐}는 울산단충은 경주시 북부에서 양산단층으로부터 분기되어 북북서-남남동 방향으로 울산만까지 약 50 km 정도의 연장선을 갖는 단층대를 의미한다. 최근 울산단층을 중심으로 그동측 지괴에서 입실단층을 비롯한 여러 단층들이 발달하고 있는 것으로 보고되었다(류충렬 등, 1996; 1997).
- 본 연구의 전기비저항탐사 수행을 위하여 사용된 측정 장비는 프랑스 IRIS사의 Syscal Junior 전기비저항 탐사기이다.
- 연구지역은 울산단층선으로 추정되고 있는 북북서 방향의경주-울산간의 7번 국도를 중심으로 동쪽으로 1.5 km에 위치하고 있으며 행정구역상으로 경상북도 경주시 외동읍 개곡리일대에 해당한다(Fig. 1). 탐사지역 주변의 지형은 낮은 산지와 구릉으로 되어있고, 주변 일대에 고위, 중위, 저위의 개석(開析) 선상지의 단구면이 잘 발달하고 있으며 이러한 지형면을 절단하는 일련의 저단층애가 N-S 방향으로 약 3~5m의 높이차로 발달하고 있다.
- 탐사에서는 전극 간격 이 3 이인 쌍극자배 열 (dipole-dipole array)을 채택하였고, 길이가 100m 내외인 3개의 측선에서 자료를 획득하였다. 그리고 앞에 기술한 방법들에 의해 전기비저항 2차원 단면도를 작성하여 지하구조 및 단층구조 해석을 실시하였다.
이론/모형
- 또한, 역산에서는 비교적 간편하게 임의의 블록에서 전기비저항 값의 범위를 제한할 수 있는 부등식 제약(inequality con- straint)을 적용하였다(Kim et al., 1999). 일반적으로 지반을 구성하는 지표층과 암석은 10, 000 ohm-m범위 내외이므로 본 연구의 역산에서는 모든 블록의 전기비저항이 1 < 0 < 10, 000 ohm-m범위에서 계산되도록 하였다.
- 본 연구는 전기비저항탐사를 통하여 지하의 단층 파쇄대와 그 연장성을 밝히기 위해 지형조건을 고려한 평활화제약 (smoothness-constrained) 최소자승법을 이용한 2차원 역산 기법으로 해석하였다.
- 설정하였다. 전극배열은 수직, 수평 탐사를 동시에 수행하는 효과를 얻을 수 있는 장점을 가지고 있고, 그 결과 2차원 해석이 용이하도록 가단면도를 형성할 수 있는 쌍극자배열을 이용하였다. 전극간격 (a)은 3 m, 전극 전개수 (n)는 11로 하여 정밀탐사가 가능하도록 하였다.
성능/효과
- 3개의 측선에 대한 역산 결과는 단층 구조를 잘 보여주는 것으로 나타났다. 즉 각 측선에서의 2차원 해석 결과, 뚜렷한 저비저항대와 고비저항대로 양분되는 모습을 보여주었으며 그경계를 단층으로 판단할 수 있었다.
- 잘 묘사할 수 있는 mesh를 만들었다. 3개의 측선을 가로 질러가는 각각의 단구의 높이를 측정한 결과, 그 높이는 약 2m이었다. 이러한 현장의 지형기복을 모델에 표현하면 Line 1의 모델에서는 절점 1번에서 52번까지 지표를 Om라 가정하고 52번과 56번 사이는 경사로 표시하고, 이후 155번까지는 2 m3.
- 나타났다. 즉 각 측선에서의 2차원 해석 결과, 뚜렷한 저비저항대와 고비저항대로 양분되는 모습을 보여주었으며 그경계를 단층으로 판단할 수 있었다. 그리고 이 제 4기 단충은 N&HV의 방향으로 최소한 50 m까지 연장되어 있음이 금번전기비저항 탐사에 의해 확인되었다.
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