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초록
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3차원 전기비저항 토모그래피는 토목 및 수리지질분야 등에서 매우 고분해능의 지하구조 영상을 획득할 수 있는 강력한 성능을 제공한다. 이 논문에서는 특히 3차원 이상대가 주탐사 대상인 경우에 대한 3차원 전기비저항 토모그래피의 두가지 성공적 응용사례를 소개한다. 첫번째 예는 수리지질분야에의 응용을 위한 파쇄대 영상화 사례로서, 여기서는 시추공의 공곡변화가 중요한 문제로 대두되었으며 이에 따라 시추공 공곡변화를 토모그래피 역산과정에 포함함으로써 파쇄대의 3차원 영상을 획득할 수 있었다. 두번째 예에서는 크기 $2m{\times}2m$의 내부가 비어있는 터널의 영상화 문제를 다루었으며, 3차원 토모그래피를 통하여 터널의 발달을 3차원 공간상에 영상화할 수 있었다. 이들 예로부터 3차원 전기비저항 토모그래피가 3차원 지하구조 영상화에 강력한 성능을 보임과 아울러 특히 3차원 이상대인 파쇄대, 공동 또는 터널의 영상화에 더욱 향상된 영상화 능력을 제공할 수 있음을 보였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

ERT imaging, especially 3-D method, is a very powerful means to obtain a very high resolution image of the subsurface for geotechnical or hydrogeological problems. In this paper, we introduce two examples of successful case histories, where the imaging targets were three-dimensional. First example i...

주제어

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문제 정의

  • 이 예에서와 같이 이 현장에서는 시추공의 공곡변화가 최종 전기비저항 토모그래피 영상의 정확도에 중대한 영향을 끼침을 알 수 있었다. 본 연구에서는 이와 같은 점을 이용하여, 최종적으로 조사 지역의 3차원 지하구조 영상을 획득하고자 5개의 시추공을 이용하여 획득한 전체 탐사자료에 대하여 3차원 토모그래피 역산을 수행하였다. 역시 Fig.
  • 본 연구에서는 전기비저항 토모그래피에 의한 터널 탐지 가능성을 평가하고자 인공터널 탐지를 위한 실험장에서 3차원 전기비저항 토모그래피 탐사자료를 획득하였다. 본 실험장에는 심도 75 m에 인공터널이 위치하고 있으며, 터널의 탐지 가능성을 실험하기 위하여 터널로부터 다양한 거리에 시추공들이 위치하고 있다.
  • 이 논문에서는 3차원 전기비저항 토모그래피의 두가지 성공적 응용사례를 살펴보았다. 첫번째인 파쇄대 영상화 사례에서는 시추공의 공곡변화가 토모그래피 영상에 심각한 왜곡을 가져올 수 있음을 보였다.
  • 이 논문에서는 이와 같은 3차원 전기비저항 토모그래피를 이용하여 국내에서 지하구조의 정밀 영상화를 수행한 사례를 보이고자 한다.
  • 첫번째 예는 지하수 유동특성 평가를 위한 시험 부지에서 획득한 3차원 파쇄대 영상화의 예이고 두번째 사례는 인공터널 시험장에서 터널 탐지를 시도한 결과이다. 이들 현장에서 획득한 탐사자료는 모두 유한요소법에 기반한 3차원 전기비저항 토모그래피 알고리듬(Yi et al., 2006)에 의해 해석 되었으며, 이와 같은 현장응용 사례를 통하여 3차원 전기비저항 토모그래피가 3차원 지하 이상대의 정밀 영상화 및 가시화에 매우 강력한 성능을 보임을 입증하고자 하였다.
  • 시험부지에는 이와 같은 종합적 조사를 위하여 심도 약 150 m에 이르는 총 5개의 시추공을 설치하였고, 이들 시추공을 이용하여 다양한 현장 실험이 실시되었다. 이와 같은 다양한 조사 가운데 전기비 저항 토모그래피는 조사지역의 정밀 지질구조를 파악함과 아울러 염료주입 시험을 통하여 지하수의 유동경로 등 균열 암반 대수층의 수리지질학적 특성를 파악하고자 수행하였다. Fig.
  • 실제 이 실험장의 인공터널은 내부가 비어 있는 상태로서 종래의 지하공동 탐지 등에서의 주 탐지대상인 물이나 점토로 충진된 지하공동의 경우에 비하여 그 탐지가 매우 어려울 것으로 평가되었다. 이와 같이 내부가 비어 있는 터널에 대한 전기비저항 토모그래피의 응용 가능성을 현장 실험을 통하여 평가함이 본 실험의 주목적이라고 할 수 있다. Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
3차원 전기비저항 토모그래피의 장점은? 3차원 전기비저항 토모그래피는 토목 및 수리지질분야 등에서 매우 고분해능의 지하구조 영상을 획득할 수 있는 강력한 성능을 제공한다. 이 논문에서는 특히 3차원 이상대가 주탐사 대상인 경우에 대한 3차원 전기비저항 토모그래피의 두가지 성공적 응용사례를 소개한다.
이 논문에서 살펴본 3차원 전기비저항 토모그래피의 성공적 응용사례 두가지는 무엇인가? 이 논문에서는 3차원 전기비저항 토모그래피의 두가지 성공적 응용사례를 살펴보았다. 첫번째인 파쇄대 영상화 사례에서는 시추공의 공곡변화가 토모그래피 영상에 심각한 왜곡을 가져올 수 있음을 보였다. 이와 같은 공곡변화를 포함함으로써 실제 조사지역 하부에 발달하는 파쇄대를 정확하게 영상화 할수 있었으며, 특히 3차원 영상화를 통하여 파쇄대 시스템을 규명할 수 있었다. 한편 두번째 예인 터널의 탐지 사례에서는 내부가 비어 있는 터널을 성공적으로 영상화하였으며, 특히 2차원 토모그래피 해석에 그치는 경우 터널을 인지하는 것이 불확실하였으나 3차원 토모그래피 영상화를 수행함으로써 신뢰도 있는 터널 탐지 결과를 제공할 수 있음을 알 수 있었다. 이와 같은 사례를 통하여 3차원 전기비저항 토모그래피의 장점을 확인할 수 있었으며, 이는 다음과 같이 정리할 수 있다.
ACB 법은 무엇을 이용하여 분해능 향상을 기할 수 있는가? 여기서 e는 탐사자료와 이론자료간의 오차 벡터이고 Ψ는 평활화제한을 위한 목적함수이다. 본 연구에서는 통상적인 평활 화제한법에 대하여 공간적으로 변화하는 라그랑지 곱수를 이용하여 역산의 분해능 향상을 기할 수 있는 ACB (Active Constraint Balancing, Yi et al., 2003) 법을 이용하였으며, 따라서 평활화제한의 목적함수는 다음과 같이 표현된다.
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참고문헌 (9)

  1. 이명종, 2000, 전기비저항 탐사자료를 이용한 지하구조의 3차원 영상화, 서울대학교 공학박사 학위논문 

  2. 김정호, 이명종, 조성준, 송윤호, 정승환, 1999, 전기비저항 토모 그래피와 시추공 레이다 탐사의 원리와 응용: 건설 현장에 필요한 물리탐사기술 심포지움, 한국물리탐사학회, 92-116 

  3. Dey, A., and Morrison, H. F., 1979. Resistivity modeling for arbitrarily shaped three dimensional structures. Geophysics, 44, 753-780 

  4. LaBrecque, D. J., Morelli, G., Daily, W., Ramirez, A., and Lundegard, P., 1999, Occam's inversion of 3-D electrical resistivity tomography, Three-dimensional Electromagnetics, Oristaglio, M., and Spies, B. (Eds.), Soc. Expl. Geophys., Geophys. Dev. Series 7, 575-590 

  5. Ohtomo, H., Saito, H., Shima, H., and Toshioka, T., 1990, Application of Geotomography to Civil Engineering: 1st SEGJ International Symposium on Geotomography, Geotomography, Volume 1, Society of Exploration Geophysicists of Japan, 77-88 

  6. Sasaki, Y., and Matsuo, K., 1990, Surface-to-tunnel resistivity tomography at copper mine: 60th Annual International Meeting, Society of Exploration Geophysicists, Expanded Abstracts, 550-553 

  7. Yi, M.-J., Kim, J.-H., Song, Y., Cho, S.-J., Chung, S.-H., and Suh, J.-H., 2001, Three-dimensional imaging of subsurface structures using resistivity data, Geophysical Prospecting, 49, 483-497 

  8. Yi, M.-J., Kim, J.-H., and Chung, S.-H., 2003, Enhancing the Resolving power of Least-squares inversion with Active Constraint Balancing, Geophysics, 68, 931-941 

  9. Yi, M.-J., Kim, J.-H., and Song, Y., 2006, Application of 3D resistivity tomography to delineate subsurface structures, Exploration Geophysics, 37, 268-278 

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