[논문]다중채널 표면파 자료를 이용하여 구한 S파 속도와 감쇠지수 구조: 낙동강 하구의 연약 지반 특성

정희옥

다중채널 표면파 자료를 이용하여 구한 S파 속도와 감쇠지수 구조: 낙동강 하구의 연약 지반 특성
S-wave Velocity and Attenuation Structure from Multichannel Seismic surface waves: Geotechnical Characteristics of NakDong Delta Soil 원문보기

한국지구과학회지 = Journal of the Korean Earth Science Society, v.25 no.8, 2004년, pp.774 - 783

초록
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다중채널 탄성파 자료를 이용하여 낙동강 하구 삼각주 지역 연약지반의 지반 특성을 구하기 위하여 S파 속도와 Q$s^{-1}$ 구조를 구하고 이를 시추조사 결과와 비교하였다. 다중채널 신호의 분산곡선을 역산하여 S파 속도구조를 구하고 감쇠지수(attenuation coefficient)를 구하였다. 다중채널 신호 중 음원에서 가장 가까운 신호를 기준 신호로 정하고 10 Hz에서 45 Hz 사이의 주파수에 대하여 거리에 따라 기준 신호에 대한 진폭의 비가 감소하는 정도를 나타내는 기울기를 구하여 감쇠지수를 결정하였다. 이 감쇠지수를 역산하여 지반 최상부 8 m 층의 S파 속도와 함께 Q$s^{-1}$를 구하였다. 이 지역의 시추조사에 의하면 이 지역의 지층은 크게 상부 4 m 실트질 모래층과 하부 4 m 실트질 점토층으로 나누어진다. 표면파 역산에 의해 구해진 S파 속도와Q$s^{-1}$를 시추조사 결과와 비교해보면, 상부 실트질 모래층에서 S파 속도의 공간적 해상도는 약 80m/sec로 하부 실트질 점토층의 속도 40m/sec보다 상대적으로 높은 값을 보인다. 각 층에서 S파 속도의 공간적 해상도는 뚜렷하다. Q$s^{-1}$의 공간구조는 상부 실트질 모래층에서 약 0.02를 보이고 하부 실트질 점토층에서 0.03으로 증가하는 양상을 보인다. Q$s^{-1}$의 공간적 해상도는 상부 약 5 m 구간에서는 양호하나 그 보다 깊은 곳에서는 공간적 해상도가 아주 낮아지는 것을 볼 수 있다. 이 조사지역에서는 실트질 모래층에서 실트질 점토층보다 높은 S파 속도가 나타나고 낮은 Q$s^{-1}$ 값을 보인다. 그러나, 지반의 S파 속도와 Q$s^{-1}$를 결정하는 다른 많은 요인들이 있으므로 이를 일반화하기 위해서는 연약지반의 S파 속도와Q$s^{-1}$에 관한 자료와 연구가 집적되어야 할 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

The S wave velocity and Q$s^{-1}$ structure of the uppermost part of the soil in Nakdong Delta area have been obtained to determine the characteristics of the forementioned soil. The phase and attenuation coefficients of multichannel seismic records were inverted to obtain the S wave velocity and Q$s^{-1}$ structure of the soil. The inversion results have been compared with the borehole measurements of the area. The seismic signal of the nearest geophone from a seismic source was used as the source signal to obtain the attenuation coefficients. Amplitude ratios of the signal at each geophone to the source signal wave plotted as a function of distance for the frequency range between 10 Hz and 45 Hz. The slope of a linear regression line which fits amplitude ratio-distance relationship best for a given frequency was used as the attenuation coefficients for the frequency. The dispersion curve of Rayleigh waves and the attenuation coefficients were inverted to obtain the S-wave velocity and Q$s^{-1}$, respectively, in the uppermost 8 meter of soil layer. The borehole measurements of the area show that are two distinct layers; the upper 4 meter of silty-sand and the lower 4 meter of silty-clay. The inversion results indicate that the shear wave velocity of the upper layer is 80 m/sec and 40m/sec in the lower silty-clay layer. The spacial resolution of the shear wave velocity structure is very good down to a depth of 8 meter. The Q$s^{-1}$ in the upper silty-sand layer is 0.02 and increase to 0.03 in the lower silty-sand layer. The spacial resolution of quality factor is relatively good down to a depth of 5 meter, but very poor below the depth. In this study, the S-wave velocity is higher in the silty-clay and the Q$s^{-1}$ is smaller silty-sand than in the silty-clay. However, much more data should be analyzed and accumulated before making any generalization on the shear wave velocity and Q$s^{-1}$ of the sediments.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 중추식 음원 (weight-drop)과 24채널 탄성파 탐사기를 이용하여 획득한 레일리파의 위상속도와 진폭을 이용하여 지반의 S파 속도와 감쇠 지수를 구하는 방법과 이 방법을 낙동강 하구의 연약지반에 적용한 결과를 기술하였다.

가설 설정

E: 한 주기 동안 저장된 최대의 변형에너지(strain energy)이다.

제안 방법

이 연구에서는 감쇠지수를 구하기 위하여 음원으로부터 가장 가까운 수진기의 신호를 푸리에 변환하여 각 주파수의 Fz값으로 사용하였다. 24개 채널의 탄성파 기록을 푸리에 변환하여 진폭 스펙트럼을 구하고 거리에 따른 기하학적 퍼짐 효과를 보정하였다. 각 주파수에 대하여 모든 채널의 진폭을 R로 나누어 준 다음, 진폭의 비를 거리의 함수로 나타내었다.
둘째, 역산에 의하여 구한 河 속도와 qL 를 조사 지역의 시추조사와 비교하였다. 시추결과에 의하면 이 지역의 퇴적층 상부 8 m 두께의 지층은 크게 실 트질 모래층과 실트질 점토층으로 나누어진다.
위에서 구한 이 지역의 S파 속도와 Qs「' 구조를이 지역의 시추조사결과(Fig. 2)와 비교하여 보았다.
구할 수 있었다. 이 과정에서 음원에서 가장 가까운 신호를 기준 신호로 정하고 각 거리에서의 신호를 푸리에 변환 처리하여 각 주파수에 해당하는 진폭을 구하였다. 이를 기준 신호의 스펙트럼으로 나누어 준 다음 자연로그를 취하여 이를 거리의 함수로 나타내었다.
역산하는 과정은 정희옥(2003)에 자세히 기술되어 있다. 이 논문에서는 역산으로 구한 S파 속도를 가정한 경우 예측되는 분산곡선과 실제 관측값과의 오차를 줄이면서 동시에 공간적 해상도를 높이는 방법을 사용하였다(정희옥, 2001).
정해진 주파수에 대하여 식 (6)의 왼편항의 값을 거리의 함수로 나타내면, 식 (6)의 오른편에서와 같이 거리의 일차 함수가 되고 이때, 기울기는 TX0)가 된다. 이 연구에서는 감쇠지수를 구하기 위하여 음원으로부터 가장 가까운 수진기의 신호를 푸리에 변환하여 각 주파수의 Fz값으로 사용하였다. 24개 채널의 탄성파 기록을 푸리에 변환하여 진폭 스펙트럼을 구하고 거리에 따른 기하학적 퍼짐 효과를 보정하였다.
이 연구에서는 다중채널 탄성파 자료를 이용하여 지반의 S파 속도와 Qs「'를 구하는 방법을 낙동강 하구 삼각주 지역의 연약 지반에 적용하여 지반의 S파 속도와 Qs「'를 구하고 시추조사 결과와 비교하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
자료획득을 위하여 음원은 전기 모터와 스프링을 이용한 weight-drop을 사용하였다. 고유진동수 4.

대상 데이터

weight-drop을 사용하였다. 고유진동수 4.5 Hz의 수직형 수진기를 사용하였으며, 24개의 다중채널 탄성파 탐사기를 이용하여 신호를 기록하였다.
본 연구의 대상지역은 낙동강 하구 삼각주에 위치하며 Fig. 1에 나타나있다. 이 지역은 삼각주 지역으로 50 m 이상의 두꺼운 현생 퇴적층으로 이루어 졌다.

성능/효과

6에는 실제 분산곡선과 역산하여 구한 S파 속도에 대한 분산곡선의 예측 값이 나타나 있다. 이를 살펴보면 전체적인 분산곡선의 모양은 일치하나 실제 분산 곡선에서 나타나는 위상속도가 작은 폭으로 증가 감소하는 현상과 그대로 일치하지는 않는 것을 알 수 있다.
첫째, 다중채널 신호를 사용하여 S파의 속도와 Qs「' 를 구할 수 있었다. 이 과정에서 음원에서 가장 가까운 신호를 기준 신호로 정하고 각 거리에서의 신호를 푸리에 변환 처리하여 각 주파수에 해당하는 진폭을 구하였다.
가진다. 첫째, 시추공을 이용한 방법에서 흔히 나타날 수 있는 시추공과 수진기간의 결합효과 (coupling effect)를 고려하지 않아도 되고, 둘째, 표면파를 이용한 실험에서 사용하는 주파수의 영역이 시추공 이용시 사용하는 주파수보다 실제 지진에서 나타나는 주파수에 가깝다는 사실이다. 또한 표면파 방법은 실험비용이나 노력이 시추공 방법보다 적게 소요되고 비파괴적이다.

후속연구

셋째, 역산 결과와 시추조사를 비교하여 보면, 전체적으로 실트질 모래층이 실트질 점토층보다 높은 S파 속도를 나타내고 낮은 Qs「' 값을 보이고 있으나, 지반의 S파 속도와 Qs「‘를 결정하는 다른 많은 요인들이 있으므로 이를 일반화하기 위해서는 많은 연약지반의 S파 속도와 QU’에 관한 자료와 연구가 집적되어야 할 것이다.
깊이 4 m를 경계로 상부의 실 트질 모래층의 Qs「' 값이 하부의 실트질 점토층의 Qs-1 값보다 작은 이유는 점토를 포함하는 층이 모래를 포함하는 층보다 더 높은 감쇠를 나타내는 것으로 해석할 수도 있으나, 층을 구성하는 물질 이외에 다짐, 공극률, 공극의 모양, 공극의 포화정도 등 파의 감쇠에 영향을 주는 다른 여러가지 요소가 많이 있기 때문에 이를 일반화하기는 어렵다. 연약지반의 파의 속도와 감쇠에 관한 많은 자료가 수집되어 지면 지층의 구성물질과 속도, 감쇠의 관계가 좀더 상세하게 밝혀질 수 있을 것이다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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