기반암 심도측정을 위한 탄성파 굴절법 탐사자료 분석 결과 다음과 같은 사실을 확인 하였다. 1) 매질의 탄성파 속도는 표토층(<4 m)에서는 250 m/s, 충적층(4< < 17 m)은 2,500 m/s, 암반은 3,000 m/s 이상이다, 2) 탄성파 탐사에서 표출된 최하부 굴절면의 심도는 최대 17 m 정도로서 이는 3) 속도 및 밀도 검층 자료에서도 동일하게 심도 17 m 부근에서 속도 및 밀도의 증가가 관측된다. 반면 시추조사에 의하면 25 m 이하에서 암반(화강암)이 나타나며 결과적으로 굴절법 탄성파 탐사 및 검층기록과 시추조사 결과에서의 기반암 깊이가 서로 일치하지 않는다. 이러한 원인은 본 조사지역이 충적층의 속도가 상당히 커서 본 탐사기록의 송신원-수진점 거리($70{\sim}80m$)는 심도 25 m의 기반암 굴절파를 초동으로 기록하기 위해서는 충분하지 못한 것으로 분석하였다.
기반암 심도측정을 위한 탄성파 굴절법 탐사자료 분석 결과 다음과 같은 사실을 확인 하였다. 1) 매질의 탄성파 속도는 표토층(<4 m)에서는 250 m/s, 충적층(4< < 17 m)은 2,500 m/s, 암반은 3,000 m/s 이상이다, 2) 탄성파 탐사에서 표출된 최하부 굴절면의 심도는 최대 17 m 정도로서 이는 3) 속도 및 밀도 검층 자료에서도 동일하게 심도 17 m 부근에서 속도 및 밀도의 증가가 관측된다. 반면 시추조사에 의하면 25 m 이하에서 암반(화강암)이 나타나며 결과적으로 굴절법 탄성파 탐사 및 검층기록과 시추조사 결과에서의 기반암 깊이가 서로 일치하지 않는다. 이러한 원인은 본 조사지역이 충적층의 속도가 상당히 커서 본 탐사기록의 송신원-수진점 거리($70{\sim}80m$)는 심도 25 m의 기반암 굴절파를 초동으로 기록하기 위해서는 충분하지 못한 것으로 분석하였다.
A seismic refraction study in estimation of depth to the bedrock demonstrates that 1) the average velocity in the medium is about 250 m/s in the surface layer (< 4 m), 2,500 m/s in the weathered formation, and greater than 3,000 m/s in the bedrock, 2) the depth to the deepest reflector assumed to be...
A seismic refraction study in estimation of depth to the bedrock demonstrates that 1) the average velocity in the medium is about 250 m/s in the surface layer (< 4 m), 2,500 m/s in the weathered formation, and greater than 3,000 m/s in the bedrock, 2) the depth to the deepest reflector assumed to be the bedrock is about 17 m; however, according to the cores collected in a borehole in study area, the bedrock (granite) occurred at depth 25 m, 3) according to the density and velocity logging, at depth 17 m, a measurable velocity and density increase are observed, and 4) the velocity of the weathered formation is relatively high and therefore, the acquisition offsets ($70{\sim}80m$) are turned out not to be long enough to record the refracted signal from the bedrock at depth 25 m as first arrivals.
A seismic refraction study in estimation of depth to the bedrock demonstrates that 1) the average velocity in the medium is about 250 m/s in the surface layer (< 4 m), 2,500 m/s in the weathered formation, and greater than 3,000 m/s in the bedrock, 2) the depth to the deepest reflector assumed to be the bedrock is about 17 m; however, according to the cores collected in a borehole in study area, the bedrock (granite) occurred at depth 25 m, 3) according to the density and velocity logging, at depth 17 m, a measurable velocity and density increase are observed, and 4) the velocity of the weathered formation is relatively high and therefore, the acquisition offsets ($70{\sim}80m$) are turned out not to be long enough to record the refracted signal from the bedrock at depth 25 m as first arrivals.
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문제 정의
즉, 탄성파 탐사에 의한 기반암 심도 추정 결과가 시추조사 결과 확인된 실제 기반암의 심도와 차이 여부를 재확인하고, 차이가 있다면 그 원인에 대한 합리적인 추론을 도출하는 것이 본 논문의 주제이다. 이를 위해 차이의 원인이 일차적으로 탄성파 자료처리 과정에서 기?.한 오류인지의 여부를 확인하고자 초동 피킹을 포함한 자료 재처리를 수행 하였다. 동시에 탄성파 탐사 해석 결과의 타당성을 검증하기 위해 속도 및 밀도 검층 자료를 대비, 고찰하%다.
심도가 일치하지 않았다. 본 연구에서는 탄성파 자료 해석 결과와 시추조사 결과가 일치하지 않는 원인을 규명하고자 하였다. 즉, 탄성파 탐사에 의한 기반암 심도 추정 결과가 시추조사 결과 확인된 실제 기반암의 심도와 차이 여부를 재확인하고, 차이가 있다면 그 원인에 대한 합리적인 추론을 도출하는 것이 본 논문의 주제이다.
이 조사지역에서는 지하수 기초조사를 목적으로 물리탐사를 비롯한 다양한 지질공학적, 수리지질학적 조사를 수행하였다. 조사방법은 탄성파 탐사(이두성 등, 2005), 전기비저항 탐사(유영준 등, 2005) 와 속도, 밀도, 전기비저항, 공경, 자연감마 등 다양한 물리검층(유영철 등, 2005), 유향 .
본 연구에서는 탄성파 자료 해석 결과와 시추조사 결과가 일치하지 않는 원인을 규명하고자 하였다. 즉, 탄성파 탐사에 의한 기반암 심도 추정 결과가 시추조사 결과 확인된 실제 기반암의 심도와 차이 여부를 재확인하고, 차이가 있다면 그 원인에 대한 합리적인 추론을 도출하는 것이 본 논문의 주제이다. 이를 위해 차이의 원인이 일차적으로 탄성파 자료처리 과정에서 기?.
동시에 탄성파 탐사 해석 결과의 타당성을 검증하기 위해 속도 및 밀도 검층 자료를 대비, 고찰하%다. 최종적으로 시추 코아 결과와의 대비함으로써 차이가 발생한 원인을 합리적으로 추론하고자 하였다. 본 논문에서 사용한 시추코아 분석결과는 대한광업진흥공사(2004)에 그리고 시추공 검층분석 결과는 유영철 등(2005)에 보고된 바 있다.
제안 방법
즉 송신원 0 기록의 근거리 주시는 송신원 -30 기록을 참조하였다. 두 개의 곡선에서 평행한 구간(측점 34~90)의 평균 주시차(AT)를 산출하여 측점 0〜34 구간의 원거리 기록 주시에서 AT를 감하여 근거리 구간 주시로 작성하였다. 동일한 방법으로 송신원 90 기록은 측점 78-90 구간에서 송신원 120 기록을 참조하였다.
포함한다고 할 수 있다. 본 연구에서는 두 기록의 역행주시와 인접한 기록을 참조하여 송신원 스태틱을 보정하였다. 송신원 90은 모든 측점에서 송신원 100과 송신원 80 기록 사이에 비교적 고르게 분포하는데 비하여 송신원 0의 경우 지나치게 송신원 10에 근접하거나 겹쳐서 분포한다.
여기서 AX와 BY가 겹치는 부분 즉 XY를 파라메터로 하여 최적의 굴절속도를 도출하게 된다. 본 연구에서는 오프셋 즉 XY 가 0, 2, 4, 6 m 의 경우의 시간-속도 분석을 수행하였다. 오프셋에 따른 시간-속도 곡선 중 가장 평탄한 곡선은 오프셋이 0 인경 우로 나타나서 오프셋 0을 최적의 오프셋으로 선정하여 시간-속도 곡선을 도출하였다.
본 연구에서는 이러한 주시차의 원인으로 송신원 스태틱(static)을 생각하였다. 송신원 스태틱의 원인은 지형적인 요소로서 송신점의 실제 위치와 기록상 위치의 상이함 또는 심한표고차 등을 생각할 수 있으나 본 측선에는 측정할 만한 표고차이가 없음으로 이러한 차이는 기계적인 요소로서 트리거 시간 제어 (triggering time control) 문제로 생각하였다.
생각하였다. 송신원 스태틱의 원인은 지형적인 요소로서 송신점의 실제 위치와 기록상 위치의 상이함 또는 심한표고차 등을 생각할 수 있으나 본 측선에는 측정할 만한 표고차이가 없음으로 이러한 차이는 기계적인 요소로서 트리거 시간 제어 (triggering time control) 문제로 생각하였다.
심한 경우이다. 오프셋 간격을 0, 2, 4, 6 m 로 변화시키면서 구한 시간-심도 곡선 중 0 m 오프셋 곡선이 변화폭이 가장 크게 나타나며 이로부터 최적 오프셋을 0 m 로 적용하였다.
본 연구에서는 오프셋 즉 XY 가 0, 2, 4, 6 m 의 경우의 시간-속도 분석을 수행하였다. 오프셋에 따른 시간-속도 곡선 중 가장 평탄한 곡선은 오프셋이 0 인경 우로 나타나서 오프셋 0을 최적의 오프셋으로 선정하여 시간-속도 곡선을 도출하였다. 구간별 속도는 시간-속도 곡선에서 기울기가 비교적 일정한 3개 구간을 선택하여 곡선의 기울기를 선형회귀(Linear Regression)로 산출하여 도출하였다.
대상 데이터
초기 속도모델은 GRM 법의 결과와 시추 주상도를 참조하여 2가지 속도모델을 이용하였다. GRM의 결과를 참조한 첫 번째 모델은 3층 수평구조로 제 1층(심도 5 m) 속도는 250 m/s, 제 2층(심도 16 m) 속도는 2500 m/s, 그리고 기반암속도는 4000 m/s 로 설정하였고 시추 주상도를 참조한 두 번째 모델은 제 2층의 심도만을 25 m로 변화를 준 모델이다. 두 속도모델을 이용하여 50회 반복 역산을 거쳐 재구성한 토모그램 중 GRM에 기초한 결과를 Fig.
송신원 0의 주시곡선에서 송신원에서 거리가 대략 35 m 이상인 구간의 속도는 3, 500 m/s 이상으로 이 구간의 신호는 기반암에서 굴절된 신호로 볼 수 있으며, 35 m 이내의 근거리에서 측정된 신호는 상부 매질을 통하여 전달된 신호이다. 따라서 측점이 35 m 이내인 구간에서 기반암에서 굴절된 가상의 신호를 도출하기위하여 원거리 송신원 기록을 참조하였다. 즉 송신원 0 기록의 근거리 주시는 송신원 -30 기록을 참조하였다.
본 논문에서 사용한 데이터는 포천 지역에서 획득한 굴절법 탄성파자료이다. 이 조사지역에서는 지하수 기초조사를 목적으로 물리탐사를 비롯한 다양한 지질공학적, 수리지질학적 조사를 수행하였다.
데이터처리
오프셋에 따른 시간-속도 곡선 중 가장 평탄한 곡선은 오프셋이 0 인경 우로 나타나서 오프셋 0을 최적의 오프셋으로 선정하여 시간-속도 곡선을 도출하였다. 구간별 속도는 시간-속도 곡선에서 기울기가 비교적 일정한 3개 구간을 선택하여 곡선의 기울기를 선형회귀(Linear Regression)로 산출하여 도출하였다. 이 3개 구간의 구간별 속도는 측점 0〜32 구간은 3, 405 m/s, 34-72 구간은 3, 175 m/s, 그리고 74-90 구간은 3, 276 m/s 이다.
이론/모형
1층 속도와 두께 그리고 제 2층의 속도는 각 송신원 기록의 주시곡선에서 intercept time 법으로 산줄하였다. 첫 번째 굴절면의 심도 즉, 제 1층의 두께는 대릭 4~5 m 이며 속도는 200-250 m/s 인데 비하여 제 2층의 속도는 대부분 2000〜2500 m/s 이며 3000 m/s 이상인 기록도 있다.
5. Interpreted velocity cross-section of the medium generated by the GRM method.
굴절법 토모그래피는 유한차분법을 이용한 파선추적(Qin et al., 1989)에 의한 반복 역산법을 사용하였다(고광범과 이두성, 2002). 초기 속도모델은 GRM 법의 결과와 시추 주상도를 참조하여 2가지 속도모델을 이용하였다.
시간-속도 분석은 Palmer (1980)에서 제시된 식 (1)을 사용하였다.
이 조사지역에서는 지하수 기초조사를 목적으로 물리탐사를 비롯한 다양한 지질공학적, 수리지질학적 조사를 수행하였다. 조사방법은 탄성파 탐사(이두성 등, 2005), 전기비저항 탐사(유영준 등, 2005) 와 속도, 밀도, 전기비저항, 공경, 자연감마 등 다양한 물리검층(유영철 등, 2005), 유향 . 유속 측정, 수압시험, 양수시험 그리고 암추 검층(core logging) 및 실내 물성시험 등 이다(유영준 등, 2005).
, 1989)에 의한 반복 역산법을 사용하였다(고광범과 이두성, 2002). 초기 속도모델은 GRM 법의 결과와 시추 주상도를 참조하여 2가지 속도모델을 이용하였다. GRM의 결과를 참조한 첫 번째 모델은 3층 수평구조로 제 1층(심도 5 m) 속도는 250 m/s, 제 2층(심도 16 m) 속도는 2500 m/s, 그리고 기반암속도는 4000 m/s 로 설정하였고 시추 주상도를 참조한 두 번째 모델은 제 2층의 심도만을 25 m로 변화를 준 모델이다.
성능/효과
1. GRM 및 파선토모그래피 법에 의한 제 2 굴절면 출현 심도는 상호 유사하게 심도 약 15 m 전후에서 임계 굴절된 것으로 판단되며 이는 밀도 및 Suspension PS 검층결과(17 m 지점의 밀도 및 임피던스 변화)와도 일치한다. 반면 직접자료인 시추주상도에서는 이 심도에서 뚜렷한 암질의 변화는 확인되지 못하였다.
3. 천부 (<20 m) 구간 매질의 제 2 굴절면의 심도별 변화폭은 GRAB] 의한 기반암 심도는 11-17 m 로 수평적으로 6 m 정도 변화를 보이고 있으나 토모그램에서는 심도변화가 1 m 내외로 비교적 평활한 속도구조를 보이고 있다. 이는 파선토모그래피의 매 반복단계에서의 속도 평활화 연산에 기인한 것으로 판단된다.
4. 탄성파 굴절법 분석결과에 나타난 충적층의 속도는 2000 m/s 이상으로 일반적으로 다른 지역의 충적층 속도 보다 상당히 높은데 이러한 사실은 속도검층 자료에서도 확인된다.
유영철 등(2005)에 발표된 물리검층자료에 의하면 17 m 부근의 매질에 측정할만한 수준의 속도변화(2800에서 3300 m/s)가 있고 그 부근에서 밀도의 증가도 관찰할 수 있다. 따라서 GRM과 파선 토모그래피 법에 의한 제 2 굴절면은 이 경계면에서 임계 굴절된, 최하부 굴절면으로 측정된 것으로 판단되며 시추 주상도는 이 구간을 하나의 층(충적층)으로 판단하였는 바, 이는 시추방식이 회전수세식에 의해 굴진함으로써 파악이 어려웠을 경우로 생각된다.
6에 도시하였다. 역산 결과 토모 그램은 초기 속도모델과 거의 흡사하며 GRM 결과에 비하여 기반암깊이의 수평적 변화는 거의 없으며 심도는 대략 15 m 이다.
즉, 토모그래피에 의한 매질의 속도분포는 수평적으로 매우 평활한데 비하여 GRM법 결과는 심도의 변화 폭이 최대 6 m의 변화가 있다. 이러한 차이는 GRM 법이 단지 2개 기록의 주시를 사용하므로 국부적인 주시의 변화가 그대로 그 지점의 심도 산출에 영향을 미치는데 비하여 토모그래피는 다수의 기록이 사용되며 매 단계의 역산과정에 포함된 속도 평활화에 기인한 것으로 판단된다.
유영준, 김종남, 유인걸, 2005, 포천지역 지하수 기초조사 산학연 공동탐사 사례연구(3):전기탐사기술, 2005년 한국물리탐사학회 대한지구물리학회 공동 학술대회 논문집, 129-136
유영철, 이상태, 유영준, 황세호, 신제현, 2005, 포천지역 지하수기초조사 산학연 공동탐사 사례연구(I): 공내탐사기술, 2005년 한국물리탐사학회 대한지구물리학회 공동 학술대회 논문집, 117-122
이두성, 유영준, 유영철, 2005, 포천지역 지하수 기초조사 산학연공동탐사 사례연구(2):탄성파 탐사기술, 2005년 한국물리탐사학회 대한지구물리학회 공동 학술대회 논문집, 123-127
Palmer, D., 1980, The generalized reciprocal method of seismicrefraction interpretation, Soc. Expl. Geophys
Palmer, D., 1981, An introduction to the generalized reciprocal method of seismic interpretation, Geophysics, 46, 1508-1518
Qin, F., Olsen, K. B., Cai, W., and Schuster, G T., 1989, Finite-difference solution of the eikonal equation along expanding wavefronts, Geophusics, 57, 478-487
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