본 논문은 지반의 물성과 전기비저항의 관계를 밝히기 위하여 실내에서 여러 종류의 흙과 암석 시료를 대상으로 농도가 다른 9종류의 NaCl 용액으로 공극을 포화시킨 후 전기비저항을 측정하고, 그 결과로부터 흙과 암석의 전기비저항을 좌우하는 물성요인과 이들 요인이 전기비저항에 미치는 영향에 대해서 기존의 경험식을 토대로 비교 검토하였다. 그 결과에 의하면 흙과 암석 시료의 종류에 관계없이 공극수의 전기비저항이 높아짐에 따라 시료의 전기비저항은 높아지고 있으나, 그 증가 폭은 작아지는 경향을 보였다. 이러한 이유는 공극수의 전기비저항이 10 ohm-m 이하의 영역에서는 시료의 전기비저항이 공극수의 전기비저항에 의해서 좌우되지만, 그 이상의 영역에서는 공극수의 전기비저항과 구성물질의 전도성에 영향을 받고 있기 때문으로 생각된다. 또한 glass beads와 세립분의 함량이 $5\%$ 이하인 흙 시료의 전기비저항 실측치는 Archie의 경험식으로부터 구한 계산치와 잘 일치하고 있으나, 그 외 세립분을 $20\%$ 이상 함유하고 있는 흙과 암석 시료의 전기비저항 실측치는 Patnode and Wyllie의 경험식으로 구한 계산치와 거의 일치하고 있었다. 이러한 결과로부터 일반적인 지하수의 전기비저항 영역($20\~200ohm-m$)에서 지반의 전기비저항은 간극수의 전기비저항과 구성물질의 전기전도성을 고려한 병렬 저항 회로 모델을 적용하는 것이 타당한 것으로 밝혀졌다.
본 논문은 지반의 물성과 전기비저항의 관계를 밝히기 위하여 실내에서 여러 종류의 흙과 암석 시료를 대상으로 농도가 다른 9종류의 NaCl 용액으로 공극을 포화시킨 후 전기비저항을 측정하고, 그 결과로부터 흙과 암석의 전기비저항을 좌우하는 물성요인과 이들 요인이 전기비저항에 미치는 영향에 대해서 기존의 경험식을 토대로 비교 검토하였다. 그 결과에 의하면 흙과 암석 시료의 종류에 관계없이 공극수의 전기비저항이 높아짐에 따라 시료의 전기비저항은 높아지고 있으나, 그 증가 폭은 작아지는 경향을 보였다. 이러한 이유는 공극수의 전기비저항이 10 ohm-m 이하의 영역에서는 시료의 전기비저항이 공극수의 전기비저항에 의해서 좌우되지만, 그 이상의 영역에서는 공극수의 전기비저항과 구성물질의 전도성에 영향을 받고 있기 때문으로 생각된다. 또한 glass beads와 세립분의 함량이 $5\%$ 이하인 흙 시료의 전기비저항 실측치는 Archie의 경험식으로부터 구한 계산치와 잘 일치하고 있으나, 그 외 세립분을 $20\%$ 이상 함유하고 있는 흙과 암석 시료의 전기비저항 실측치는 Patnode and Wyllie의 경험식으로 구한 계산치와 거의 일치하고 있었다. 이러한 결과로부터 일반적인 지하수의 전기비저항 영역($20\~200ohm-m$)에서 지반의 전기비저항은 간극수의 전기비저항과 구성물질의 전기전도성을 고려한 병렬 저항 회로 모델을 적용하는 것이 타당한 것으로 밝혀졌다.
This paper describes the physical properties of the factors controlling the electrical resistivity of the subsurface. Resistivities of various types of soil and rock samples saturated with sodium chloride solutions having nine different concentrations were measured, and the measured resistivities of...
This paper describes the physical properties of the factors controlling the electrical resistivity of the subsurface. Resistivities of various types of soil and rock samples saturated with sodium chloride solutions having nine different concentrations were measured, and the measured resistivities of these samples were compared with calculated resistivities obtained using the conventional empirical formulas. From the results obtained, we observed that the resistivity of the soil and rock samples increases with increasing in pore-fluids resistivity regardless of the media type. However, between 20 and 200 ohm-m, which is the normal range of resistivity of groundwater, the resistivity of the pore-fluids have little or no effect on the resistivities of the samples used. Below 10 ohm-m, the resistivities of the samples are mainly controlled by the pore-fluids, whereas, in the normal range of resistivity of groundwater, the sample resistivities are controlled by their intrinsic matrix resistivity more than by the pore-fluids resistivity. Also, the measured resistivity of rock and soil samples having more than $20\%$ clay contents showed a good agreement with the calculated resistivity using the parallel resistance model whereas, the calculated resistivities of glass beads correlate with that obtained using Archie's formula. When the pore-fluid resistivity is high, the computation of the resistivity values of the samples using the Archie's formula could not be carried out. Through this study, we were able to confirm that the tests are only applicable to the parallel resistance model considering the intrinsic matrix resistivity within the normal resistivity range of groundwater in the subsurface.
This paper describes the physical properties of the factors controlling the electrical resistivity of the subsurface. Resistivities of various types of soil and rock samples saturated with sodium chloride solutions having nine different concentrations were measured, and the measured resistivities of these samples were compared with calculated resistivities obtained using the conventional empirical formulas. From the results obtained, we observed that the resistivity of the soil and rock samples increases with increasing in pore-fluids resistivity regardless of the media type. However, between 20 and 200 ohm-m, which is the normal range of resistivity of groundwater, the resistivity of the pore-fluids have little or no effect on the resistivities of the samples used. Below 10 ohm-m, the resistivities of the samples are mainly controlled by the pore-fluids, whereas, in the normal range of resistivity of groundwater, the sample resistivities are controlled by their intrinsic matrix resistivity more than by the pore-fluids resistivity. Also, the measured resistivity of rock and soil samples having more than $20\%$ clay contents showed a good agreement with the calculated resistivity using the parallel resistance model whereas, the calculated resistivities of glass beads correlate with that obtained using Archie's formula. When the pore-fluid resistivity is high, the computation of the resistivity values of the samples using the Archie's formula could not be carried out. Through this study, we were able to confirm that the tests are only applicable to the parallel resistance model considering the intrinsic matrix resistivity within the normal resistivity range of groundwater in the subsurface.
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문제 정의
따라서 본 논문에서는 실내에서 여러가지 종류의 흙과 암석 시료의 전기비저항을 측정한 후 그 결과로부터 지반의 전기비저항을 좌우하는 물성요인을 밝히고 이들 요인이 지반의전기비저항에 미치는 영향에 대해서 기존의 경험식을 토대로 비교 검토코자 하였다.
본 논문은 여러가지 종류의 흙과 암석 시료를 NaCl 용액에 포화 시켜 전기비저항을 측정하고, 그 결과로부터 지반의 전기비저항을 좌우하는 물성요인을 밝히고 이들 요인이 지반의 전기비저항에 미치는 영향에 대해서 기존의 경험식을 토대로 비교 검토하였다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
제안 방법
시료 제작 방법은 증류수 및 NaCl 농도가 다른 수용액에 시료를 포화시킨 후 5등분으로 나누어 시료를 몰드에 집어넣고, 전술한 방법과 같이 각 층마다 플라스틱 해머로 몰드의 외벽을 두드리는 회수에 의해서 시료의 공극률이 일정하게 되도록 조정하였다. 그러나 동일한 방법으로 만든 시료라 하더라도 공극률이 일정하지 않은 경우가 많아각 실험대상 별로 10~20개의 시료를 준비하여 전기비저항을측정하였다. 측정결과로부터 전체 시료를 대상으로 공극률의 평균치를 구하고, 그 평균치에서 ±2% 이내의 자료만 채용하였다.
흙다짐을 하였다. 시료 제작 방법은 증류수 및 NaCl 농도가 다른 수용액에 시료를 포화시킨 후 5등분으로 나누어 시료를 몰드에 집어넣고, 전술한 방법과 같이 각 층마다 플라스틱 해머로 몰드의 외벽을 두드리는 회수에 의해서 시료의 공극률이 일정하게 되도록 조정하였다. 그러나 동일한 방법으로 만든 시료라 하더라도 공극률이 일정하지 않은 경우가 많아각 실험대상 별로 10~20개의 시료를 준비하여 전기비저항을측정하였다.
실험과정은 동일한 흙 시료를 이용하여 전기비저항이 높은 수용액부터 낮은 수용액 순으로 간극을 포화시켜 전기비저항을 측정하였으며, 이때 간극수의 전기비저항 변화와 관계없이 공극률이 일정하게 되도록 하기 위하여 동일한 방법으로 몰드 내의 흙다짐을 하였다. 시료 제작 방법은 증류수 및 NaCl 농도가 다른 수용액에 시료를 포화시킨 후 5등분으로 나누어 시료를 몰드에 집어넣고, 전술한 방법과 같이 각 층마다 플라스틱 해머로 몰드의 외벽을 두드리는 회수에 의해서 시료의 공극률이 일정하게 되도록 조정하였다.
실험과정은 시료의 공극에 수용액을 포화시키기 위하여 진공 펌프를 사용했으며, 진공 데시케이터 내에 NaCl용액을 넣고 그 속에 건조시킨 시료를 침전시켜 72시간 이상 진공펌프로 흡입했다. 이때 데시케이터를 손으로 흔들어 시료 표면에서 기포가 발생하지 않을 때까지 계속 진공펌프를 가동하여 시료 중의 공극이 수용액으로 완전히 포화될 수 있도록 하였다.
암석의 공극률, 점토함유량 등의 물성이 전기비저항에 미치는 영향을 밝히기 위해서 화강암 및 여러가지 퇴적암을 이용하여 원통형의 시료를 제작하고, 동일 시료를 이용하여 농도가 다른 9종류의 NaCl용액 (0.19~54.5ohm-m)을 낮은 농도에서 높은 농도 순으로 공극을 완전히 포화시켜 전기비저항을 측정하였다. 측정 시료에 대한 크기 및 공극률은 Table 3에 나타낸 것과 같다.
and Wyllie의 경험식으로 구한 계산치와 상호 비교하였다. 이때 두 경험식으로부터 계산치를 산출하기 위해서는 미지수 a, m과 Rs를 구해야 하는데, 본 연구에서는 상수 a를 0.6-3.551 범위에 속하는 2로 하였으며 , ni과 는 시료의 전기비저항과 간극수의 전기비저항을 아래 (6)식과 같이 시료의 전기전도도에 대한 1차식으로 바꾸어 기울기(/)와 절편(Q)을 이용하여 구했다.
흙의 물성과 전기비저항과의 관계를 분석하기 위하여 시료의 전기비저항 측정치를 Archie의 경험식과 병렬 저항 모델인 Patnode and Wyllie의 경험식으로 구한 계산치와 상호 비교하였다. 이때 두 경험식으로부터 계산치를 산출하기 위해서는 미지수 a, m과 Rs를 구해야 하는데, 본 연구에서는 상수 a를 0.
성능/효과
1. 흙과 암석 시료의 종류에 관계없이 공극수의 전기비저항이 높아짐에 따라 시료의 전기비저항은 높아지고 있으나, 그 증가 폭은 작아지는 경향이 있다.
2. 공극수의 전기 비저항이 10 ohm-m 이하의 영역에서는 시료의 전기비저항은 공극수의 전기비저항에 의해서 좌우되지만, 그 이상의 영역에서는 공극수의 전기비저항과 구성물질의 전도성에 영향을 받고 있다.
3. glass beads와 세립분의 함량이 5% 이하인 흙 시료의 전기비저항 실측치는 Archie의 경험식으로부터 구한 계산치와 잘 일치하고 있으나, 그 외 세립분을 20% 이상 함유하고 있는 흙과 암석 시료의 전기비저항 실측치는 Patnode and Wyllie의경험식으로 구한 계산치와 거의 일치하고 있다.
4. 이 결과로부터 일반적인 지하수의 전기비저항을 20~200 ohm-m로 가정하면 지반의 전기비저항은 간극수의 전기비저항과 구성물질의 전기전도성을 고려한 병렬 저항 회로 모델을 적용하는 것이 타당하다.
3은 흙 시료의 전기비저항과 간극수 전기비저항의 관계를 나타낸 것으로, glass beads(GB)와 세립분이 5%이하의 표준사(TS), 모래 (S)와 실트질 모래 (SM)의 경우는 시료의 전기비저항과 간극수 전기비저항의 관계가 거의 선형적이며, 이들 시료의 전기비저항은 간극수 전기비저항에 크게 의존하고 있음을 알 수 있다. 또한 시료의 종류나 입자의 크기에 따라 공극률이 다소 달라도 이들의 전기비저항에 대한 차이는 거의 없는 것으로 나타났다. 그러나 세립분이 20% 이상 포함되어있는 점토질 모래 (SC)와 실트(M)의 경우는 간극수의 전기비저항이 높아짐에 따라 비선형적인 변화를 보이고 있으며 전기비저항의 증가 폭도 점점 작아지는 경향이 나타났다.
전기비저항탐사 결과로부터 얻어지는 지반의 전기비저항은 지반의 전기적 성질에 관련된 물리량으로 지반을 구성하고 있는 흙과 암석의 물성에 따라 현저한 차이를 나타내고 있으며, 주로 포화도, 공극률, 간극수의 전기전도도, 세립분 및 점토함유량 등에의해서 결정된다. 그러나 탐사결과의 전기비저항은 지반의 여러 가지 물성의 복합체로 나타나기 때문에 어떠한 요인이 얼마만큼 전기비저항에 영향을 미치고 있는지 파악하기 어려우므로 탐사결과로부터 정확한 지반정보를 추출하기 위해서는 지반의 전기비저항과 물성의 관계를 정확하게 밝히는 것이 무엇보다도 중요하다.
이것은 암석의 전기비저항은 공극 수의 전기비저항이 낮은 영역에서는 공극수의 전기비저항에큰 영향을 받고 있지만, 일반지하수의 전기비저항 영역(약 20-200 ohm-m 범위로 가정)에서는 암석구성물질의 영향을 크게 받고 있다는 것을 시사하고 있다. 전체적으로는 화강암 시료의 실측치는 Patnode and Wyllie의 경험식으로 구한 계산치와 거의 일치하고 있으며, 이 결과로부터 Patnode and Wyllie 의 경험식은 점토질 모래뿐만 아니라 결정질 암석에서도 적용할 수 있을 것으로 생각된다.
참고문헌 (11)
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