3차원전기비저항토모그래피는 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.
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.
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...
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 is the case of 3-D fracture imaging for hydrogeologic application. In this example, the borehole deviation was a critical problem in the ERT imaging and we could obtain real 3-D attitude of fracture system by including the borehole deviation in the inversion. In the second case, we did field experiment to image the empty tunnel with the size of $2m{\times}2m$ and the target was very clearly imaged in 3-D space. In these examples, we could show that 3-D ERT imaging is a very powerful tool for the 3-D subsurface imaging and the method can provide enhanced imaging capabilities especially for the 3-D targets such as fractures and cavities or tunnel.
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 is the case of 3-D fracture imaging for hydrogeologic application. In this example, the borehole deviation was a critical problem in the ERT imaging and we could obtain real 3-D attitude of fracture system by including the borehole deviation in the inversion. In the second case, we did field experiment to image the empty tunnel with the size of $2m{\times}2m$ and the target was very clearly imaged in 3-D space. In these examples, we could show that 3-D ERT imaging is a very powerful tool for the 3-D subsurface imaging and the method can provide enhanced imaging capabilities especially for the 3-D targets such as fractures and cavities or tunnel.
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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.
제안 방법
터널의 심도가 75 m이므로 42 ~ 100 m 구간에 걸쳐 탐사 자료를 획득하였고, 전극의 설치는 각 시추공에 1 m 간격으로 하여 최대한 정밀도 높은 영상을 획득하고자 하였다. 또한 높은 분해능의 영상을 획득하기 위하여 단극-쌍극자배열을 이용 하였으며 이때 쌍극자 간격은 4 m로 하였다. 획득한 탐사자료는 전류전극과 전위전극이 동일한 시추공에 위치하는 단일 시추공 탐사(inline survey), 시추공간 탐사(crosshole survey) 자료를 모두 획득하였다.
먼저, 통상적으로 가장 많이 이용되고 있는 2차원 전기비저항 토모그래피에서 공곡변화의 영향을 살펴보고자 본 연구에 서는 공곡변화를 무시한 경우와 3차원적으로 발달하는 공곡변화를 유한요소격자망에 구현하여 역산하는 경우를 서로 비교검토하였다. 이와 같은 실험을 위하여 먼저 Fig.
우리나라에서는 균열 암반 대수층이 상당히 중요한 의미를 가지게 되며 이에 따라 한국지질자원연구원에서는 결정질 암반내에서의 지하수 유동을 연구하고자 시험부지를 선정한 바 있으며, 이 시험부지에서 각종 지질조사, 물리탐사 및 수리지질조사 등을 종합적으로 수행하였다. 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.
이 논문에서는 먼저 3차원 전기비저항 토모그래피 알고리듬에 대해 간단히 설명하고, 두가지 사례에 대하여 절로 나누어 설명한다.
이와 같은 2차원 해석결과를 바탕으로 터널탐지를 위한 3차원 전기비저항 토모그래피 기술의 적용성을 파악하고자 4개의 시추공에서 획득한 6개 단면의 탐사자료를 이용하여 3차원 토모그래피 해석을 수행하였으며, Fig. 7은 이로부터 획득한 3차원 토모그래피 영상에서 매우 고비저항을 나타내는 영역만을 발췌하여 도시한 결과이다. 그림에서 볼 수 있는 바와 같이 매우 높은 전기비저항을 가지는 영역이 앞의 Fig.
이와 같은 분석을 위하여 3가지의 방법으로 토모그래피 역산을 수행하였으며, 통상적으로 공곡변화 자료가 없어 시추공이 수직적이라고 가정하는 경우, 공곡변화 자료를 이용하여 정확한 겉보기비저항을 계산하고 토모그래피 역산에서는 이와 같은 공곡변화를 무시하는 경우, 마지막으로 정확한 전극위치에 기반한 겉보기비저항 계산자료에 대하여 역산 수행시에도 유한요소격자망에 공곡변화를 구현하여 공곡변화가 완벽하게 구현된 경우에 대하여 각각 역산 실험을 시행하였다.
먼저, 통상적으로 가장 많이 이용되고 있는 2차원 전기비저항 토모그래피에서 공곡변화의 영향을 살펴보고자 본 연구에 서는 공곡변화를 무시한 경우와 3차원적으로 발달하는 공곡변화를 유한요소격자망에 구현하여 역산하는 경우를 서로 비교검토하였다. 이와 같은 실험을 위하여 먼저 Fig. 2의 5개의 시추공으로 이루어지는 여러 2차원 단면 가운데 두 시추공의 공곡변화가 가장 심하게 나타나는 단면 4-5를 선택하여 공곡변화가 전기비저항 토모그래피 영상에 미치는 영향을 파악하고자 하였다. 이와 같은 분석을 위하여 3가지의 방법으로 토모그래피 역산을 수행하였으며, 통상적으로 공곡변화 자료가 없어 시추공이 수직적이라고 가정하는 경우, 공곡변화 자료를 이용하여 정확한 겉보기비저항을 계산하고 토모그래피 역산에서는 이와 같은 공곡변화를 무시하는 경우, 마지막으로 정확한 전극위치에 기반한 겉보기비저항 계산자료에 대하여 역산 수행시에도 유한요소격자망에 공곡변화를 구현하여 공곡변화가 완벽하게 구현된 경우에 대하여 각각 역산 실험을 시행하였다.
이들 4개의 시추공을 이용하여 총 6개의 단면에 대한 탐사자료를 획득함으로써 전체 3차원 탐사자료를 획득하였다. 터널의 심도가 75 m이므로 42 ~ 100 m 구간에 걸쳐 탐사 자료를 획득하였고, 전극의 설치는 각 시추공에 1 m 간격으로 하여 최대한 정밀도 높은 영상을 획득하고자 하였다. 또한 높은 분해능의 영상을 획득하기 위하여 단극-쌍극자배열을 이용 하였으며 이때 쌍극자 간격은 4 m로 하였다.
2는 이 지역에 설치한 시추공의 위치를 나타내고 있으며, 그림에서 볼 수 있는 바와 같이 4개의 시추공이 거의 정사각형을 이루도록 분포하고 있으며 추가적으로 중앙에 1개의 시추공이 위치하고 있다. 한편 정사각형 영역의 한 변의 크기는 약 14 m로서 시추공들의 깊이인 150 m에 비하여 시추공간 거리가 매우 작으므로 공곡변화(borehole deviation)가 탐사자료에 영향을 미칠 가능성이 많으므로 추가적으로 공곡변화를 측정하였다. 공곡변화의 측정은 수직방향으로부터 90도 경사까지 측정가능한 OWL780 시스템을 이용하였다.
획득한 탐사자료는 전류전극과 전위전극이 동일한 시추공에 위치하는 단일 시추공 탐사(inline survey), 시추공간 탐사(crosshole survey) 자료를 모두 획득하였다. 획득한 탐사자료는 우선 2.5차원 전기 비저항 토모그래피 해석 소프트웨어인 TomoDC를 이용하여 자료편집 및 2.5차원 영상화를 수행하였고, 최종적으로 3차원 토모그래피 역산을 통하여 터널의 영상을 획득하고자 하였다.
대상 데이터
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. 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.
시추공간 간격이 14 m임에 비하여 이와 같은 정도의 공곡변화는 통상적인 전기비저항 토모그래피 영상화에서 문제를 발생시킬 수 있을 정도의 전극위치에 대한 오차를 유발하게 된다고 할 수 있다. 본 조사에서의 탐사 자료 획득은 심도 32 m ~ 90 m 구간을 대상으로 수행되었으며, 이때 사용된 전극배열은 단극-쌍극자배열(pole-dipole array) 로서 8 m의 쌍극자 간격을 사용하였다.
본 지역에서의 전기비저항 토모그래피 탐사자료 획득은 Fig. 5에서와 같이 4개의 시추공 T-1, T-3, T-8 및 DT-25을 이용하였으며 이들 시추공 사이로 심도 75 m에 인공터널이 관통하고 있다. 이들 4개의 시추공을 이용하여 총 6개의 단면에 대한 탐사자료를 획득함으로써 전체 3차원 탐사자료를 획득하였다.
5에서와 같이 4개의 시추공 T-1, T-3, T-8 및 DT-25을 이용하였으며 이들 시추공 사이로 심도 75 m에 인공터널이 관통하고 있다. 이들 4개의 시추공을 이용하여 총 6개의 단면에 대한 탐사자료를 획득함으로써 전체 3차원 탐사자료를 획득하였다. 터널의 심도가 75 m이므로 42 ~ 100 m 구간에 걸쳐 탐사 자료를 획득하였고, 전극의 설치는 각 시추공에 1 m 간격으로 하여 최대한 정밀도 높은 영상을 획득하고자 하였다.
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.
또한 높은 분해능의 영상을 획득하기 위하여 단극-쌍극자배열을 이용 하였으며 이때 쌍극자 간격은 4 m로 하였다. 획득한 탐사자료는 전류전극과 전위전극이 동일한 시추공에 위치하는 단일 시추공 탐사(inline survey), 시추공간 탐사(crosshole survey) 자료를 모두 획득하였다. 획득한 탐사자료는 우선 2.
이론/모형
이와 같은 분석에는 종래의 3차원 전기비저항 토모그래피 알고리듬이 이용되었으며, 3차원 토모그래피 프로그램에서 2차원 전기비저항 토모그래피 문제를 다루기 위하여 단면에 수직인 방향으로는 전기비저항이 같은 2차원 역산 모형을 사용하였다.
한편 정사각형 영역의 한 변의 크기는 약 14 m로서 시추공들의 깊이인 150 m에 비하여 시추공간 거리가 매우 작으므로 공곡변화(borehole deviation)가 탐사자료에 영향을 미칠 가능성이 많으므로 추가적으로 공곡변화를 측정하였다. 공곡변화의 측정은 수직방향으로부터 90도 경사까지 측정가능한 OWL780 시스템을 이용하였다. Fig.
여기서 e는 탐사자료와 이론자료간의 오차 벡터이고 Ψ는 평활화제한을 위한 목적함수이다. 본 연구에서는 통상적인 평활화제한법에 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.
여기서, [Φ]는 유한요소 절점에서 구하고자 하는 전위를 나타내는 열벡터를 나타내고, [K]와 [s]는 각각 강성행렬(stiffness matrix)과 전원벡터를 각각 나타낸다. 본 연구의 요소분할에는 육면체 요소를 이용하였고 인위적인 경계면에 대해서는 혼합 경계조건(mixed boundary condition, Dey and Morrison, 1979)을 적용하였다. 실제 탐사현장은 복잡한 지형변화를 나타내는 경우가 많으며, 이를 유한요소격자망에 포함시킴으로써 지형 효과를 포함하도록 하였으며, Fig.
성능/효과
이에 비하여 (a)에 나타낸 공곡변화자료가 없는 것으로 가정하여 공곡변화를 무시한 경우에는 비록 (c)에 보이는 파쇄대의 영상이 어느 정도 단면에 나타나고 있으나, 전체적으로 파쇄대의 연속성이 부족하게 보이고 있으며, 특히 파쇄대 하부의 영역에는 상부의 고비저항대에 비하여 비교적 저비저항대로 나타나고 있음을 알 수 있다. 각종 지질조사 결과 및 기타 물리탐사 결과에 의하면 이 저비저항 영역은 상부의 고비저항대와 거의 비슷한 암상으로서 실제 전기비저항 또한 상부 영역과 비슷한 신선한 결정질 암반의 전기비저항을 보임이 타당할 것으로 해석되었다. 이와 같은 측면에서 (a)의 전기비저항 값들은 신선한 암반으로 보기에는 어려울 정도의 낮은 전기비 저항 값을 보이고 있으며, 이는 주로 잘못된 전극위치 정보의 사용에 기인하는 왜곡된 영상임을 알 수 있다.
그러나, 그림에서와 같이 성공적으로 파쇄대의 3차원 영상을 획득하였으며, 이는 부지의 수리지질학적 해석에 매우 유용한 자료로 사용가능함을 알 수 있었으며, 3차원 전기비저항 토모그래피가 파쇄대와 같은 3차원 지하 이상대를 가시화 하는데 매우 탁월한 정밀 물리탐사 방법임을 알 수 있었다.
본 사례에서 전기비저항 토모그래피에 의한 터널의 탐지능은 조사지역의 물리적 성질, 시추공의 공간 간격 및 터널의 상대적 위치, 터널의 크기 등에 의존한다고 할 수 있다. 이와 같은 제반 조건 가운데 터널이 비어 있는가 또는 물이나 점토 등으로 충진되어 있는가와 터널의 크기 등이 우선적으로 고려되어야 할 요소이다.
앞에서 설명한 현재 통상적으로 수행되고 있는 단면별 2차원 토모그래피 탐사자료의 해석에 기반하는 경우 이상 대의 해석은 주로 단면들간의 연결성에 주안점을 두어 정성적인 해석에 의지하게 되며, 이 경우 앞에서 설명한 바와 같이 단면들간의 분해능 또는 탐지능 차이에 의하여 이상대를 도출하기 어려운 경우가 발생하게 된다. 이에 비하여 전체 탐사자료를 이용하여 3차원 토모그래피를 수행함으로써 Fig. 7과 같은 3차원적으로 발달하는 터널의 영상을 획득할 수 있었고, 그영상에 대한 신뢰도도 크게 높일 수 있었다. 이와 같이 3차원 영상화를 통하여 해석의 신뢰도를 배가할 수 있다는 점이 3차원 전기비저항 토모그래피의 가장 중요한 장점으로서, 향후 정밀 지하 영상화에 3차원 전기비저항 토모그래피가 강력한 방법으로 다양한 현장에 사용될 것으로 기대된다.
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 파쇄대는 본 조사와 아울러 수행된 각종 물리검층 및 코아 검층, 수리 실험 등에 의하여 이 지역에 발달하는 주된 지하수의 유동 통로로서 파악되었으며, 전체적인 발달 양상은 각종 탐사자료와 잘 일치하고 있다. 이와 같은 파쇄대에 대한 영상은 단면 2-3 등에서와 같이 공곡변화가 미약한 단면 등에서도 매우 뚜렷하게 나타났으며, 전체적인 파쇄대의 형태 등 발달양상이 이 단면과 잘 일치하는 결과를 보여주었다. 이에 비하여 (a)에 나타낸 공곡변화자료가 없는 것으로 가정하여 공곡변화를 무시한 경우에는 비록 (c)에 보이는 파쇄대의 영상이 어느 정도 단면에 나타나고 있으나, 전체적으로 파쇄대의 연속성이 부족하게 보이고 있으며, 특히 파쇄대 하부의 영역에는 상부의 고비저항대에 비하여 비교적 저비저항대로 나타나고 있음을 알 수 있다.
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.
먼저 전기비저항 토모그래피는 단층/파쇄대와 같이 수직적인 구조의 영상화에 있어서 탄성파나 레이다 토모그래피에 비하여 강점을 가지며, 특히 탐사가 간단하고 해석기술이 고도로 발달 되어 있어 지하 하부의 3차원 영상을 비교적 손쉽게 얻을 수 있다는 점에 있다. 특히 본 연구에서의 탐사 대상인 파쇄대나 터널과 같이 3차원 이상체라고 할 수 있는 이상대를 비교적저렴한 비용으로 3차원 공간상에 가시화할 수 있다는 점은 탄성파나 레이다 방법에 비하여 근본적으로 분해능이 낮은 단점에도 불구하고 이 방법이 매우 경쟁력 있는 지하 영상화 기술로서 효용가치를 높여주고 있다. 따라서, 3차원 전기비저항 토모그래피 기술은 향후 지하 하부의 정밀 3차원 영상을 얻기 위한 다양한 분야에 적용되어 탁월한 성과를 양산할 것으로 기대된다.
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.
후속연구
그러나, 그림에서 볼 수 있는 바와 같이 두 파쇄대가 일종의 파쇄대 시스템을 이루는 것으로 보이며, 따라서 향후 지하 매질의 3차원 영상화 결과에 기반한 수리지질학적 해석이 수행됨으로써 더욱 정확하고 신뢰도 높은 균열 암반 대수층의 평가가 가능할 것으로 판단된다.
특히 본 연구에서의 탐사 대상인 파쇄대나 터널과 같이 3차원 이상체라고 할 수 있는 이상대를 비교적저렴한 비용으로 3차원 공간상에 가시화할 수 있다는 점은 탄성파나 레이다 방법에 비하여 근본적으로 분해능이 낮은 단점에도 불구하고 이 방법이 매우 경쟁력 있는 지하 영상화 기술로서 효용가치를 높여주고 있다. 따라서, 3차원 전기비저항 토모그래피 기술은 향후 지하 하부의 정밀 3차원 영상을 얻기 위한 다양한 분야에 적용되어 탁월한 성과를 양산할 것으로 기대된다.
그러나, 비교적 시추 공간 거리가 좁고 상대적으로 터널의 위치가 시추공에 가까운조건이 제공되었으며, 이는 이 시험장에서 터널의 영상획득이 가능하였던 가장 큰 요인으로 판단된다. 비록 이 예에서 터널의 영상화가 일부 가능하였으나, 전기비저항 토모그래피에 의한 터널탐지는 매우 어려운 문제이며 따라서 탐사 이전에 탐사지역의 특성을 반영한 다양한 모델 실험이 필수적일 것으로 판단된다. 한편, 최근에는 물리탐사자료의 복합역산 또는 융합해석에 대한 연구가 많이 진행되고 있으며, 따라서 전기비저항 토모그래피 탐사자료와 레이다 토모그래피 등 타 물리탐사 자료와의 융합 또는 복합해석에 기반한 더욱 정량적인 터널탐지 기술이 가능할 것으로 판단되며, 이에 따라 터널탐지에 대한 전기비저항 토모그래피의 적용성도 점점 더 높아질 것으로 판단된다.
7과 같은 3차원적으로 발달하는 터널의 영상을 획득할 수 있었고, 그영상에 대한 신뢰도도 크게 높일 수 있었다. 이와 같이 3차원 영상화를 통하여 해석의 신뢰도를 배가할 수 있다는 점이 3차원 전기비저항 토모그래피의 가장 중요한 장점으로서, 향후 정밀 지하 영상화에 3차원 전기비저항 토모그래피가 강력한 방법으로 다양한 현장에 사용될 것으로 기대된다.
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.
참고문헌 (9)
이명종, 2000, 전기비저항 탐사자료를 이용한 지하구조의 3차원 영상화, 서울대학교 공학박사 학위논문
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
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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
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
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