전기비저항토모그래피는 지하의 전기비저항 분포를 영상화할 수 있는 매우 중요한 정밀 물리탐사법으로 지반조사 및 환경 오염대의 조사에 널리 사용되고 있다. 전기비저항 토모그래피 탐사의 경우 다양한 전극배열법이 사용될 수 있으며 각 배열법은 나름대로의 장단점을 가지고 있다. 예를 들어 단극배열의 경우에는 신호대 잡음비는 높으나 분해능이 벌어지며, 쌍극자배열의 경우에는 분해능은 높지만 신호대 잡음비가 너무 낮다. 단극-쌍극자 배열의 경우에는 중간정도의 분해능과 신호대 잡음비를 갖는다. 최근 개발된 변형된 단극-쌍극자 배열의 경우에는 단극-쌍극자 배열 수준의 신호대 잡음비와 분해능을 갖는다. 그러나 단극배열을 제외한 이들 전극배열법은 전류 및 전위 전극의 위치에 따라서는 겉보기 비저항이 발산할 수도 있다는 단점을 갖는다. 또한 단극배열의 경우에는 측정된 겉보기 비저항이 이상체의 전기비저항을 그대로 반영하지 못한다는 단점이 있다. 본 연구에서는 전류전극과 전위전극의 상대적인 위치에 따라 단극-쌍극자 배열과 변형된 단극-쌍극자 배열을 혼용하는 소위 혼합배열이라는 새로운 전극배열법을 제안하고자 한다. 이 새로운 전극배열법은 신호대 잡음비 및 분해능은 단극-쌍극자 배열의 수준을 유지하며, 측정 시추공상에서 겉보기 비저항이 발산하지 않는 특성을 갖는다. 또한 측정되는 겉보기 비저항은 항상 이상체의 전기비저항을 잘 반영한다.
전기비저항 토모그래피는 지하의 전기비저항 분포를 영상화할 수 있는 매우 중요한 정밀 물리탐사법으로 지반조사 및 환경 오염대의 조사에 널리 사용되고 있다. 전기비저항 토모그래피 탐사의 경우 다양한 전극배열법이 사용될 수 있으며 각 배열법은 나름대로의 장단점을 가지고 있다. 예를 들어 단극배열의 경우에는 신호대 잡음비는 높으나 분해능이 벌어지며, 쌍극자배열의 경우에는 분해능은 높지만 신호대 잡음비가 너무 낮다. 단극-쌍극자 배열의 경우에는 중간정도의 분해능과 신호대 잡음비를 갖는다. 최근 개발된 변형된 단극-쌍극자 배열의 경우에는 단극-쌍극자 배열 수준의 신호대 잡음비와 분해능을 갖는다. 그러나 단극배열을 제외한 이들 전극배열법은 전류 및 전위 전극의 위치에 따라서는 겉보기 비저항이 발산할 수도 있다는 단점을 갖는다. 또한 단극배열의 경우에는 측정된 겉보기 비저항이 이상체의 전기비저항을 그대로 반영하지 못한다는 단점이 있다. 본 연구에서는 전류전극과 전위전극의 상대적인 위치에 따라 단극-쌍극자 배열과 변형된 단극-쌍극자 배열을 혼용하는 소위 혼합배열이라는 새로운 전극배열법을 제안하고자 한다. 이 새로운 전극배열법은 신호대 잡음비 및 분해능은 단극-쌍극자 배열의 수준을 유지하며, 측정 시추공상에서 겉보기 비저항이 발산하지 않는 특성을 갖는다. 또한 측정되는 겉보기 비저항은 항상 이상체의 전기비저항을 잘 반영한다.
Resistivity tomography has become an important tool to image underground resistivity distribution. This method has been widely applied to site investigation for engineering and environmental purpose. In resistivity tomography, various electrode arrays can be used and each array has both merits and d...
Resistivity tomography has become an important tool to image underground resistivity distribution. This method has been widely applied to site investigation for engineering and environmental purpose. In resistivity tomography, various electrode arrays can be used and each array has both merits and demerits. For example, the pole-pole array has high signal to noise ratio (S/N ratio), but its resolution is too low. The dipole-dipole array has low S/N ratio, but its resolution is very high. The Pole-dipole may has intermediate Snf ratio and resolution. The modified Pole-dipole array, recently proposed, shows reasonable S/N ratio and resolution, which are comparable to the pole-dipole array. These electrode arrays except the pole-pole array, however, have the problem that the apparent resistivity can diverge at some special electrode Positions. Also, the Pole-Pole array may not reflect the doe resistivity of an anomalous body. In this study, we propose a new electrode array, mixed array, where pole-dipole and modified pole-dipole ways are selectively used with the relative positions of current and potential electrodes. The mixed array has the same level of S/N ratio and resolution as the pole-dipole array and the apparent resistivity does not diverge in the receiver hole. Furthermore, the apparent resistivity using the array can reflect the true resistivity of the anomalous body.
Resistivity tomography has become an important tool to image underground resistivity distribution. This method has been widely applied to site investigation for engineering and environmental purpose. In resistivity tomography, various electrode arrays can be used and each array has both merits and demerits. For example, the pole-pole array has high signal to noise ratio (S/N ratio), but its resolution is too low. The dipole-dipole array has low S/N ratio, but its resolution is very high. The Pole-dipole may has intermediate Snf ratio and resolution. The modified Pole-dipole array, recently proposed, shows reasonable S/N ratio and resolution, which are comparable to the pole-dipole array. These electrode arrays except the pole-pole array, however, have the problem that the apparent resistivity can diverge at some special electrode Positions. Also, the Pole-Pole array may not reflect the doe resistivity of an anomalous body. In this study, we propose a new electrode array, mixed array, where pole-dipole and modified pole-dipole ways are selectively used with the relative positions of current and potential electrodes. The mixed array has the same level of S/N ratio and resolution as the pole-dipole array and the apparent resistivity does not diverge in the receiver hole. Furthermore, the apparent resistivity using the array can reflect the true resistivity of the anomalous body.
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문제 정의
그러나 이 전극배열법도 겉보기 비저항이 발산하는 영역이 존재하므로 이의 억제를 위한 대안이 모색되어야 한다. 본 논문에서는 기존의 전극배열법에 대한 문제점을 재검토하고 전류 및 전위 전극의위치에 따라 단극-쌍극자 배열과 변형된 단극-쌍극자 배열을사용하는 혼합배열 (mixed array)을 제안하고자 한다. 이 방법은 두 전극배열법의 장점을 살리면서 겉보기 비저항이 발산하는 영역을 제거해 주는 특성을 가지므로 향후 토모그래피 탐사에 실질적인 적용이 기대된다.
본 연구에서는 단극-쌍극자 및 변형된 단극-쌍극자 배열의 1 차 전위차의 분포특성에 착안하여 상부 전위전극(R)이 전류 전극보다 얕은 심도에 위치할 경우에는 변형된 단극-쌍극자 배열을, 깊은 경우에는 단극-쌍극자 배열을 사용하는 혼합 배열법을 제안하고자 한다, 즉 이 혼합 배열법은 근본적으로 1 차 전위차가 0에 수렴하는 영역을 제거하여 겉보기 비저항의 발산을 억제하고 신호대 잡음비 및 .분해능은 단극-쌍극자 배열의 수준을 유지할 수 있다.
그러나 사용하는 전극배열법에 따라 신호대 잡음비 및 분해능이 차이가 있으며, 배열법에 따라서는 현장 자료획득 자체가 불가능할 수도 있다. 본논문에서는 현재 전기비저항 토모그래피 탐사에서 적용되고있은 단극-쌍극자 및 변형된 단극-쌍극자 배열에 대하여 1차전위차 및 겉보기 비저항의 분포 양상을 분석하여 각 배열의장단점을 비교하고, 각 배열법의 단점을 보완한 혼합 전극 배열법을 제안하였다. 이 방법은 전류전극과 전위전극의 심도가같은 점을 기준으로 낮은 심도에서는 변형된 단극-쌍극자 배열을, 깊은 심도에서는 단극-쌍극자 배열을 적용하는 방법이다.
우선 전기비저항 토모그래피 탐사에서 가장 널리 사용되는단극배열에 관하여 살펴보자. 단극배열은 모든 배열 방법 중에서 신호대 잡음비가 높으나, 분해능이 떨어진다는 단점이 있다.
이와 같이 혼합배열을 사용할 경우 분명히 1차 전위차가 0 이 되는 영역이 존재함에도 불구하고 겉보기 비저항이 발산하지 않는 이유에 대하여 생각해 보자. 우선 0 전위차가 나타나는 이유는 1차 전위차의 계산시 Pl 전극의 하부에 p2 전극이 위치하므로 전류전극과 전위전극의 심도가 유사한 지점에서 전위차의 부호가 바뀌는 현상이 나타나며, 이로 인하여 Fig.
가설 설정
전기비저항 탐사에서 안정적 측정이 가능한 전위차를 10 mV/A 라고 가정하고, 그 이하의 값에서는 겉보기 비저항이 발산할 가능성이 높은 영역이라고 생각하자. 물론 주변 매질의전기비저항, 사용되는 측정기기 등에 따라 이 기준이 절대적인 것은 아니지만, 여기서는 하나의 판단 기준으로 제시한 값이다.
후속연구
이 새로운 전극배열법은 거의 모든 영역에서 안정적인 측정이가능하며, 겉보기 비저항이 발산하지 않는다. 또한 단극-쌍극자 배열 수준의 신호대 잡음비와 분해능을 가지며, 단극배열의경우와 같이 이상체의 전기비저항과 겉보기 비저항이 서로 대치되는 현상도 발생하지 않으므로 실제 현장 조사에 적용할경우 상당히 효과적인 것으로 기대된다.
본 논문에서는 기존의 전극배열법에 대한 문제점을 재검토하고 전류 및 전위 전극의위치에 따라 단극-쌍극자 배열과 변형된 단극-쌍극자 배열을사용하는 혼합배열 (mixed array)을 제안하고자 한다. 이 방법은 두 전극배열법의 장점을 살리면서 겉보기 비저항이 발산하는 영역을 제거해 주는 특성을 가지므로 향후 토모그래피 탐사에 실질적인 적용이 기대된다.
참고문헌 (5)
김정호, 이명종, 조성준, 정승환, 송윤호, 1997, 전기비저항 토모그래피의 분해능 향상에 관한 연구: 전기·전자탐사법에 의한 지하 영상화 기술연구, KR-97(C)-16, 한국자원연구소, 3-54
Cho, I. K., Kim, J, H., and Chung. S. H., 2001, Some considerations on the apparent resistivity in the cross-hole resistivity method, 63rd EAGE Conference & Exhibition, Extended Abstracts, M28, Amsterdam, Netherlands
Sasaki, Y., 1992, Resolution of resistivity tomography inferred from numerical simulation: Geophy. Prosp., 40, 453-463
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