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문제 정의
- 또한 탐사의 정확도를 높이기 위하여 다양한 배열 방법을 통하여 얻어진 복합적 자료들은 종합적으로 역산 과정 등을 통하여 해석 되어진다. 그러므로 우리는 기존의 탐사 방법과 달리, 현장의 조건에 따른 다양한 배열 방법들을 선택하여 지하에 존재하는 이상대를 신속하게 탐사하고, 보다 정확한 해석 결과를 얻는 것을 목적으로 하고 있다.
제안 방법
- 경사시추공을 이용한 단극-쌍극자 배열 방법은 시추공지표, 지표시추공 탐사와 경사시추공 내에서 쌍극자 배열 탐사를 실시하였다. 또한 지표에서의 탐사는 5m 간격의 쌍극자 배열 방법으로 n을 12까지 실시하여 자료를 얻었다.
- 전반적으로 영상들을 비교하여 보면 전기비저항 분포는 이상대 주변에 매우 높은 값을 보이므로 주로 취성인 암석들로 되어있는 것으로해석되어지며 그 변화 폭이 이상대을 따라 가파른 경향으로 나타난다. 경사시추공을 이용한 전기비저항 탐사는 경사시추공을 이용하여 시추공기표탐사, 지표시추공 탐사, 경사 시추공 내에서의 쌍극자 배열 탐사, 지표에서의 쌍극자 배열 탐사를 병행하였으며 이로부터 얻은 복합적 자료를 가지고 역산과정을 수행하였다. 영상에 대한 결과들을 비교하여 보면 이상대 구간은 전반적으로 모암인 셰일 지층을 맥상으로 관입되어 있는 형상으로모암을 갈라 놓은 영상들로 나타났다.
- 노두에서 확인된 단층에 대한 탐사의 영상들은 연구영역을 3차원적 모델로 설정하여 수행하였으며, 곡 선적배열로 제시된 블록들만을 선택하여 영상화하는 기법을 사용하였다. 사례(I)에서의 영상은 측선거리 90-100 mV-근에 단층이 위치한 지역으로 약 300ohm-m 이하의 저비저항대가 거의 수직으로 보이므로 이는 노두에서 제시된 단층의 위치와 매우 정확하게 일치하는 것을 알 수 있으며 하부로 갈수록 폭이 커지는 것으로 나타났다.
- 수 있다. 또한 이러한 수치 해석은 여러 전극들에서 동시에 공급한 전류원에 대하여 임의 위치에서 포텐셜을 측정하는 배열 방식 등을 이용하여 지하구조를 해석할 수 있다.
- 탐사를 실시하였다. 또한 지표에서의 탐사는 5m 간격의 쌍극자 배열 방법으로 n을 12까지 실시하여 자료를 얻었다. 시추공의 각도는 Fig.
- 내삽법으로 문제점을 해결할 수 있다. 본 연구에서 채택된 요소분할 방법은 Fig. la와 같으며, 하나의 요소 안에 전극들이 포함되어 있을 때 요소 분할로 전극에 대한 절점의 좌표를 지정하도록 하였다(박종오 외, 2006). 그러나 요소분할 방법은 컴퓨터 용량 및 계산 시간의 증대를 초래하는 단점 등이 있다.
- 본 연구에서는 반복적 비선형 최소자승법을 이용한 3 차원 전기비저항 역산 방법을 적용하여 임의 지역에서 복합적 배열 방법에 대한 전기비저항 토모그래피 탐사 결과와 지표에서 곡선형의 조사 측선에 대한 탐사 결과에 대한 영상들을 지질구조와 비교 . 분석하고자 한다.
- 역산 방법으로는 측정 자료와 모델자료에 대한 최소자승오차의 크기가 부드럽고 연속적으로 감소하여 수렴할 수 있도록 하여야 한다. 본 연구의 목적함수 최소화는 비선형 문제이기 때문에 반복과정마다 임의의 선정된 3개의 곱수를 2차 포물선 함수로 표시하여 오차의 최소 값으로 나타나는 지점을 선택하는 방식을 사용하였다.
- 이 지역의 사면에 있는 단층의 형상이 지하로 어떻게 연장되어 있는지를 파악하는 것을 주 목적으로 전기비저항 탐사는 쌍극자 배열 방법으로 실시하였다. 쌍극자 배열 탐사는 전극 간격을 5 m로 전체 240 m를 연장하였으며, 8까지 실시하였다. 탐사측선은 일반적으로 직선적 배열로 연장이 되나 급경사와 같은 지형적 조건으로 Fig.
- 2a 와 같이 거의 수직적 경사를 가지고 도로 하부까지 연장되어 나타나는 지역을 중심으로 수행되어졌다. 이 지역의 사면에 있는 단층의 형상이 지하로 어떻게 연장되어 있는지를 파악하는 것을 주 목적으로 전기비저항 탐사는 쌍극자 배열 방법으로 실시하였다. 쌍극자 배열 탐사는 전극 간격을 5 m로 전체 240 m를 연장하였으며, 8까지 실시하였다.
- 자료 해석으로는 우선 기본적으로 관측 자료를 기초로 하여 지하구조에 따른 물리적 성질을 추정한다. 지하구조의 모델에 대한 매개변수는 이론치와 실제로 얻은 관측치를 비교하여 양자가 잘 부합되도록 함으로써 실제에 가까운 값으로 접근하는 것으로 측정자료에 대한분해능과 안정성을 고려하여야 한다.
- 노두에 있는 단층은 전극 1Q과 11번 사이에 존재한다. 탐사에 대한 해석은 연구 영역을 Fig. 2b와 같이 설정 한 후 3차원적 요소로 분할하였으며, 탐사자료에 대한 모델 블록에 있어서는 3차원 전기비저항 역산 결과로 얻어진 측선이 포함된 블록들로 영상화하였다. 역산결과는 Fig.
- 외견 비저항은 곡선 측선에 따른 거리계수와 측정 자료에서 얻어진 포텐셜을 곱하여 계산되어졌다. 해석은 측선 배열이 거의 S자형을 보였으므로 역산 결과에서 측선이 통과하는 블록들만을 선택하여 영상화하였다. 3차원 전기비저항 역산결과에 대한 영상에서 이상대의 위치인 측선 거리 90 m 부근은 지표에서 제시되지 않았지만 심부에서 l, 000ohm-m 이하의 값으로 수직적으로 발달된 것을 볼 수 있다(Fig.
대상 데이터
- 본 연구 지역은 사례(I)에서 약 1km 하부에 위치한 지역으로 Fig. 3a와 같이 약 30 cm 이상의 폭을 갖는 이 상대가 거의 수직으로 위치하는 지역이다. 탐사방법은사례(I)과 동일한 방법으로 실시하였으며 이상대의 위치가 전극 9와 10번 사이에 존재한다(Fig.
- 본 연구는 강원도 영월군 지역에서 보여 지는 우회도로의 사면 노두에 약 1m의 폭을 갖는 단층이 Fig. 2a 와 같이 거의 수직적 경사를 가지고 도로 하부까지 연장되어 나타나는 지역을 중심으로 수행되어졌다. 이 지역의 사면에 있는 단층의 형상이 지하로 어떻게 연장되어 있는지를 파악하는 것을 주 목적으로 전기비저항 탐사는 쌍극자 배열 방법으로 실시하였다.
- 본 연구지역의 지질은 주로 셰일이며, 이를 후기에 관입한 화강섬록암과 안산암질 암맥 등으로 구성되어진다. 또한 이러한 지질적 상황을 근거로 하여 후기에 석영맥은 주로 지질구조에 관련된 연약대의 지층을 따라 맥상형태로 관입하였다.
- 또한 측선거리 180m~250m에서 나타나는 저 비저항대는 지표에 많은 풍화를 받은 암석들이 하부까지 연장되었기 때문으로 보인다. 사례(II)의 영상은 이상대 위치인 측선 거리 90 m 부근의 심부에서 1,000 ohm-m 이 하의값을 보이며 수직적으로 발달된 것을 볼 수 있다. 또한 측선 거리 150m의 계곡 부근은 저비저항대와 연결성을 보이므로 계곡의 물이 연약대를 따라 이상대 지역으로 유입되는 것으로 판단된다.
이론/모형
- 비선형 최소자승 역산은 측정 자료와 이론모델 반응치의 차에 대한 목적함수를 최소화하는 방식으로 얻어지며, 전기전도도로 구성된 블록의 모델 변수벡터를 최적화하기 위하여 모델블록의 전기비저항 값에 관한 측정 자료의 미분법으로 최소자승방법을 사용한다. 역산에서 가장 매끄러운 해를 구하기 위하여 최소화해야 할 목적함수는 아래와 같다.
성능/효과
- 사례(I)에서의 영상은 측선거리 90-100 mV-근에 단층이 위치한 지역으로 약 300ohm-m 이하의 저비저항대가 거의 수직으로 보이므로 이는 노두에서 제시된 단층의 위치와 매우 정확하게 일치하는 것을 알 수 있으며 하부로 갈수록 폭이 커지는 것으로 나타났다. 또한 측선거리 180m~250m에서 나타나는 저 비저항대는 지표에 많은 풍화를 받은 암석들이 하부까지 연장되었기 때문으로 보인다.
- 이러한 결과를 종합하여 볼 때, 지표에서 보여주는 지질구조선을 대상으로 하는 탐사 결과들은 주변 모 암과 이상 대의 전기적 물성 변화의 차이가 크게 보이므로 지표에 제시된 이상대 위치에서 동일한 주향과 폭 등을 갖고 그 하부까지 연장성을 나타냈다. 또한 경사시추공 탐사에서 복합적 자료를 이용한 전기비저항 역산 결과는 시추공에서 제시된 지질구조선 부근에서 맥상 형태의 영상들이 상부와 연결성을 보이는 영상으로 제시되었다.
- 해발고도 30 m 부근은 모암인 셰일 지층의 틈새를 따라 열수가 관입하여 형성된 광맥으로 셰일 지층을 분리해놓은 형상이다. 해발고도 90 m 부근의 저 비저항대는광화대 구간이기 보다는 많은 풍화를 받아 지하수 함량의 증가 및 지질구조에 따른 연약대로 보이며, 지표로부터 해발고도 30 m부근과 연결된 통로로 나타났다. Fig.
후속연구
- 단층, 파쇄대 및 이상대는 연약대와 같은 지질구조선을 따라 발달하기 때문에, 주변 모암과 물리적 성질의 차이가 현저할 것이며, 전기전도도와 관련된 전기비저항탐사로 탐지될 수 있을 것이다. 이러한 이상대와 같은 구조선은 지표상에서 탐지하는 방법만으로는 어느 정도 한계를 보이기 때문에, 시추공 및 지하 터널을 이용한토모그래피 탐사 등과 같이 다양한 배열 방법을 이용하여 파악되어 질 수 있다.
- 이러한 영상들은 지표 및 시추자료에서 제시된 지질구조선과 거의 일치하는 결과들을 제시하고 있다. 따라서 다양한 배열에 따른 복합적 탐사를 3차 워 적으로 동시에 해석하는 기법을 적용한다면 보다 더 정확한 결과를 도출할 수 있다고 사료된다.
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