[논문]자연사면에서 기반암 및 지질특성을 탐지하기 위한 지구물리 조사

박종오

자연사면에서 기반암 및 지질특성을 탐지하기 위한 지구물리 조사
Geophysical Investigation for Detecting a Bedrock and Geological Characterization in Natural Slope 원문보기

지질공학 = The journal of engineering geology, v.19 no.1 = no.58, 2009년, pp.1 - 8

초록
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지구물리 탐사는 대전대학교에 위치한 자연사면의 상부에서 2개 측선을 실시하였다. 전기비저항 탐사와 탄성파 굴절법 탐사는 천부에 퍼한 지층 경계, 풍화대 지역 및 지질 특성을 파악하기 위해 실시한 반면, AMT 탐사는 비교적 깊은 심도에 대한 정보를 얻기 위해 측선 2에서 병행하였다. 탐사 결과를 보면, 전기비저항 탐사와 탄성파 굴절법 탐사는 찾고자 하는 지질 특성에 관련하여 서로 일치하는 양상으로 나타났으며, AMT 탐사는 전반적인 기반암의 분포와 파쇄대에 대한 영상을 제시하였다. 그러므로 자연사면에서 복합 물리탐사의 적용은 지하 구조에 대해 상세한 정보를 제공하므로, 이를 통해 사면붕괴에 대해 보다 정확한 해석을 할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Geophysical surveys were conducted on an upper part of a natural slope located at Daejeon University. Electrical resistivity and seismic refraction measurements were carried out to obtain information on a weathered zone and internal structure at shallow depth, while AMT measurement a bed rock and geological structure at deep depth. With all the techniques applied, these results show a good correlation between electrical resistivity images and refraction velocity distributions for the characterization of a weathering and geological structure at depth. In particular, AMT survey seems to be the powerful tool for detecting a distribution of a bed rock with deep depth. The combined geophysical investigation produced a detailed image of a subsurface structure and improved well in the interpretation.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

대전대학교 내에 위치한 자연사면은 2007년도 여름철에 상부토사가 강우와 연관하여 기존에 발달된 잔존 불연 속면을 따라 소규모 원호파괴가 발생하였다. 본 연구는 자연사면에서 지구물리탐사인 전기비저항 탐사, 탄성파 탐사 및 AMT 탐사를 실시하고 얻어진 결과들을 비교하여 지층경계 및 지질특성들을 파악함으로서 향후 산사태 가능 지점들을 사전에 파악하고자 한다.
본 연구의 목적은 자연사면과 부분적으로 절개된 사면에서 전기비저항 탐사, 탄성파 탐사 및 AMT 탐사를 통하여 사면 내에 존재하는 파쇄대와 같은 연약대의 발달과 풍화토 및 기반암의 지층 경계 등을 파악하는 것이다. 이러한 복합 물리탐사법은 전기비저항 탐사와 탄성파 탐사를 통해 천부에 대한 지층 경계선 및 지질구조 등을 찾는 반면, AMT 탐사를 통해 지질구조선의 하부까지 연장성과 깊은 심도의 기반암 분포를 찾고자 적용하였다.
AMT 탐사는 한 지점에서 깊이 방향에 대해 전기전도도의 대비에 관련된 지질구조 파악을 비교적 깊은 심도까지 확인할 수 있다. 이러한 탐사법의 적용은 천부에 대한 지층 경계선 및 지질구조를 전기비저항 탐사와 탄성파 탐사를 통하여 파악하며, 심부까지 연장되는 지질구조선 등을 AMT 탐사를 통해 확인하고자 한다.

제안 방법

굴절법 탐사 자료 해석은 탄성파 기록지의 각 트레이스로부터 수진기에 가장 먼저 도달한 파의 초동 주시를 발췌하여 음원으로부터 각 수진기까지 거리함수로 나타내어 주시곡선도(timevHstame curve)를 작성하며, 이러한곡선을 가지고 지층 경계면의 깊이 및 기반암의 속도를 계산하여 지하 구조를 해석한다. 주시곡선도에서 굴절된 양상은 속도의 변화를 보이므로 서로 다른 층들이 존재하며, 회절된 양상은 단층이나 급격한 지층의 변화에 관련된다(Ackermann et al.
본 연구지역에서 물리탐사는 전기비저항 탐사, 탄성파 굴절법 탐사 및 AMT 탐사 등을 병행하여 실시하였다. 전기비저항 탐사는 비교적 천부에 대해 전기전도도와 관련된 지하구조 파악에 매우 민감하게 반응하나 전극 간격의 차이에 따라 지하구조에서 이상대의 영상이 매우 넓게 나타나는 단점이 있다.
본 탐사법은 자연적으로 존재하는 전자기장의 성분을 이용하여 유도영역 전자파 탐사 방법으로 지하에 있는 전도체와 반응에 대해 생성된 2차장을 측정하여 지하구조를 해석한다. 이 탐사법은 한측점에서 심부 방향에 따라 변화하는 전자기장을 측정하며, 가탐 심도가 깊은 심부 및 전기전도도의 대비가 있는 지질구조 파악에 이용된다.
본 연구의 목적은 자연사면과 부분적으로 절개된 사면에서 전기비저항 탐사, 탄성파 탐사 및 AMT 탐사를 통하여 사면 내에 존재하는 파쇄대와 같은 연약대의 발달과 풍화토 및 기반암의 지층 경계 등을 파악하는 것이다. 이러한 복합 물리탐사법은 전기비저항 탐사와 탄성파 탐사를 통해 천부에 대한 지층 경계선 및 지질구조 등을 찾는 반면, AMT 탐사를 통해 지질구조선의 하부까지 연장성과 깊은 심도의 기반암 분포를 찾고자 적용하였다. 또한 상기의 탐사 결과들을 서로 비교함으로서 보다 정확한 해석을 도출할 수 있으므로 토사와 암반의 경계, 지질 구조선과 같은 불안정한 요소들이 위치하는 지점들을 사면에서 제시할 수 있다.
주시곡선도를 보면, 측선 거리 약 140m 지점까지는 거리에 따라 주행시간이 매우 길게 나타난 반면, 그 이후의 측선 거리는 상대적으로 짧게 측정되었다. 지층간의 속도는 토사, 풍화암, 기반암 등으로 구분하는 것이 일반적이나 주행시간이 매우 길어 낮은 속도대로 나누었다. 지층 단면도를 보면, 토사층은 약 15 m의 폭을 갖고 측선 거리 140 m까지 연장되어 있으므로 많은 풍화를 받은 것으로 판단된다.
6은 측선 2에서 탄성파 굴절법 탐사를 통해 얻어진 주시곡선도(a)와 탄성파 속도 분포 단면도(b)이다. 지층의구분은 토사(700n/sec.), 풍화암(l, 200m/sec.) 및 기반암 (1, 900 m/sec.)로 일반적으로 제시되는 속도 분포로 하였다. 주시 곡선도를 보면, 측선 거리 180 m까지는 측선 1과 비슷한 경향으로 보이나 전반적으로 약 10m/sec.
측선 1은 사면 경계부에 있는 수로를 따라 약 180m 거리이며, 이 측선에서 전기비저항 탐사와 탄성파 탐사를 실시하였다. 산 사면의 붕괴지점은 88m~96m 지점으로 2007년도 여름철에 소규모 원호파괴가 발생하였다.
측선 2는 측선 1에서 약 10m 상부에 위치하며, 344m의 측선 거리에서 전기비저항 탐사, 탄성파 굴절법 탐사 및 AMT 탐사를 병행하여 실시하였다. 측선의 설정은 측선 1로 부터 얻어진 결과와 비교하여 측선 1에서 제시된 지질구조선들이 산 정상 방향으로 연장되어 있는지 파악하기 위함이다.
탄성파 탐사는 전기비저항 탐사 측선과 동일한 측선에서 수행하였으며, 수진기 간격을 2m로 일정하게 배열하였다. 음원으로는 햄머를 사용하였으며, 정확한 자료 취득을 위해 다섯 번 발파를 하였다ig.

대상 데이터

본 연구에서 사용된 장비는 미국 EMI사의 EMIGEM 장비이며, 주파수는 H.7~73, 600Hz대역으로 총 58개주파수로 구분하여 천부에 대해 고주파수의 자료, 심부에 대해 저 주파수의 자료를 나타낸다. 탐사 방법은 한측점에서 2개의 전 .
본 연구지역의 사면은 대전대학교에 위치한 자연사면으로 비교적 완만한 경사면을 보이며 약 340 m 연장성을 갖는다(Fig. 1). 이러한 자연사면은 단층 및 파쇄대와 같은 지질구조선을 따라 많은 풍화를 받아왔으며 여름철 강우(2007년)에 의해 소규모 원호파괴가 발생하였다.
탄성파 탐사는 전기비저항 탐사 측선과 동일한 측선에서 수행하였으며, 수진기 간격을 2m로 일정하게 배열하였다. 음원으로는 햄머를 사용하였으며, 정확한 자료 취득을 위해 다섯 번 발파를 하였다ig. 2).
연구지역에서의 전기비저항 탐사는 쌍극자 배열법을 이용하여 옹벽의 상부 사면에 측선 1, 측선 1에서 약 10 m 상부에 측선 2를 선정하여 수행하였다. 전자는 180 m의 측선 거리이며, 후자는 344m이다. 전극 간격은 측선 1에서 2 m, 측선 2에서 4 m로 하였으며, 가탐심도는 n = 8까지 하였다Fig.
측선 1에서 제시된 이상대의 위치(A와 B지점)는 측선 2에서 동일하게 확인되므로 사면으로부터 산 정상으로 연장된 것으로 해석된다. 측선 1에서 제시된 암반은 전기비저항 탐사에서 측선거리 약 135m~215m 부근으로 보이나 195m 지점에서 지질구조선에 의해 기반암이 잘린 영상이며, 탄성파 탐사에서 이 영상과 거의 일치하는 속도 단면으로 나타났다. 측선 거리 215m~ 340m 지점은 지질구조선에 연관하여 매우 많은 풍화를 받아.

데이터처리

탄성파 기록은 측선 1에서 3개이며, 측선 2에서 7개이다. 탐사 장비는 OYO사의 24채널 McSeisS 사용하였으며, 탐사 해석으 로는 Seisimager-E 프로그램을 이용하였다.

이론/모형

본 연구지역에서의 전기비저항 탐사는 미국사의 String 장비를 이용하였다. 해석으로는 유한요소법을 근거하였으며, 비선형 최소자승 역산 방법으로 측정 자료와 이론 모델 반응치의 차에 대한 목적함수를 최소화하는 방식으로 해를 풀이하였다(박종오 외, 2004).
전기전도도로 구성된 블록의 모델 변수벡터를 최적화하기 위하여 모델 블록의 전기비저항에 관한 측정 자료의 미분법을 사용한다. 연구지역에서의 전기비저항 탐사는 쌍극자 배열법을 이용하여 옹벽의 상부 사면에 측선 1, 측선 1에서 약 10 m 상부에 측선 2를 선정하여 수행하였다. 전자는 180 m의 측선 거리이며, 후자는 344m이다.
해석으로는 유한요소법을 근거하였으며, 비선형 최소자승 역산 방법으로 측정 자료와 이론 모델 반응치의 차에 대한 목적함수를 최소화하는 방식으로 해를 풀이하였다(박종오 외, 2004). 전기전도도로 구성된 블록의 모델 변수벡터를 최적화하기 위하여 모델 블록의 전기비저항에 관한 측정 자료의 미분법을 사용한다. 연구지역에서의 전기비저항 탐사는 쌍극자 배열법을 이용하여 옹벽의 상부 사면에 측선 1, 측선 1에서 약 10 m 상부에 측선 2를 선정하여 수행하였다.
본 연구지역에서의 전기비저항 탐사는 미국사의 String 장비를 이용하였다. 해석으로는 유한요소법을 근거하였으며, 비선형 최소자승 역산 방법으로 측정 자료와 이론 모델 반응치의 차에 대한 목적함수를 최소화하는 방식으로 해를 풀이하였다(박종오 외, 2004). 전기전도도로 구성된 블록의 모델 변수벡터를 최적화하기 위하여 모델 블록의 전기비저항에 관한 측정 자료의 미분법을 사용한다.

성능/효과

1) 자연사면은 전반적으로 매우 심한 풍화를 받아왔으며, 깊은 심도까지 연장성을 보인다.
2) 측선 1에서 전기비저항 탐사와 탄성파 탐사는 매우 일치하는 결과를 도출하였다. 측선 거리 25 m~ 130m 지점의 하부는 전반적으로 풍화토 내에 함수대의 존재로 인하여 낮은 전기비저항 대가 넓게 분포한다.
3) 측선 2에서 얻어진 물리탐사 결과는 매우 일치하는 경향을 보였다. 측선 1에서 제시된 이상대의 위치(A와 B지점)는 측선 2에서 동일하게 확인되므로 사면으로부터 산 정상으로 연장된 것으로 해석된다.
4) 붕괴된 지점은 측선 1과 측선 2에서 낮은 전기비 저항 대가 연장되며, 탄성파 탐사에서 가파른 속도 단면을 보이므로 지질구조선이 존재하는 지역으로 평가된다. 그러므로 토사 내부에는 잔존 불연속면이 존재하여 지표 부근에서 원호파괴가 발생된 것으로 해석된다.
7은 AMT 탐사를 통해 한측점에서 심부 방향에 따라 변화하는 전자기장을 측정하여 지하구조를 해석하는 방법으로 200tn 깊이에 대한 전기비저항 영상이다. 전반적인 결과에 대한 단면을 보면, 기반암은 측선 거리280 m~310 m지점을 기준으로 약 3, 000 ohm-m 이상의전기비저항 값을 보이며, 측선 거리 0 m로 갈수록 기반 암의 심도가 깊어짐을 알 수 있다. 즉, 기반암의 분포는 산 정상으로부터 산하부 방향으로 가면서 심도가 깊어지면서 연장되어 있다.
붕괴지점은 전기비저항 영상에서 하부의 기반암 위에 풍화토가 있으며, 탄성파 탐사 에서 가파른 지층 경계를 나타나므로, 이는 지질구조선에 의한 것으로 평가된다. 측선 거리 135 m 지점은 전기비저항과 탄성파 탐사결과 풍화토와 암반과의 경계부분으로 전기비저항 대비가 뚜렷하며, 가파른 지층 경계로 나타났다. 측 선거리 135m 이후는 암반으로 지표부근까지 연장되었다.
측선 거리 135m지점(B)은 풍화토와 암반과의 경계부분으로 평가되며, 이는 단층과 같은 지질 구조선에 의해 나타난 영상으로 매우 취약한 지반으로 구성되어 있는 것으로 해석된다. 측선 거리 135m~180m의 지점은 암반으로 높은 전기비저항이 지표까지 연장된 영상으로 나타났으며, 지표에서 암반이 확인되었다.
측선 거리 90m~100m과 130m~140m 지점은 풍화암과 토사가 급격한 경계를 보이는 속도 단면을 제시하였으며, 측선 1과 거의 일치하는 경향으로 나타났다. 기반암으로 보이는 속도대는 측선 거리 135m~180m 지점으로 지표까지 연장된 것으로 제시되었다.

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표제어: PCR

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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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