[논문]굴절법 탄성파탐사 현장에서 GRM을 이용한 청주화강암지역 기반암 깊이의 신속한 추정

이선중; 김지수; 이철희; 문윤섭

굴절법 탄성파탐사 현장에서 GRM을 이용한 청주화강암지역 기반암 깊이의 신속한 추정
Fast Delineation of the Depth to Bedrock using the GRM during the Seismic Refaction Survey in Cheongju Granite Area 원문보기

자원환경지질 = Economic and environmental geology, v.43 no.6, 2010년, pp.615 - 623

이선중 (충북대학교 지구환경과학과) , 김지수 (충북대학교 지구환경과학과) , 이철희 (아시아지오 컨설턴트(주)) , 문윤섭 (지오맥스(주))

초록
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굴절법 탄성파탐사는 직접파와 임계굴절파를 이용하여 지하의 속도구조를 파악하는 지구물리탐사방법이다. GRM은 해석기법 중의 하나로서 수개의 정방향 및 역방향 발파의 주행시간을 이용하여 경사면은 물론 저속도층이나 얇은 층과 같은 숨은 층 하부에 대한 정보까지 제공한다. 이 연구에서는 5~7점 발파가 수행된 후 실내 자료처리 작업이 진행되는 일발적인 조사와 달리, 신축부지의 터파기 과정 및 시추자료에서 해석된 풍화대/기반암의 2층 구조를 대상으로 현장에서 간단히 양단발파 자료만을 가지고 엑셀 기반의 GRM을 적용시켜 풍화대와 기반암의 경계면을 신속히 파악할 수 있는지 살펴보았다. 이 방법의 적용효과와 계산의 신뢰도를 확인하기 위해 정사각과 속도대비 변화에 따른 각 모형에 대한 적용성을 검토한 결과 각각 최대 약 $30^{\circ}C$의 경사와 최대 0.6의 속도대비가 되는 경계면을 해석할 수 있는 것으로 나타났다. 청주화강암체에 대한 실제 현장탐사에서 해석된 기반암까지의 깊이는 시추자료 및 SPS 검층 자료에서 도출된 연암 상부의 표면과 잘 상관되었다. 실제 현장에서 기반암까지의 깊이를 간편한 엑셀-GRM을 이용하여 신속히 추정할 수 있다는 점에서 기반암의 깊이가 심하게 변하지 않은 좁은 지역에서의 풍화대 조사 및 이에 따른 저비용의 탐사설계에 일정한 역할을 할 것으로 보인다.

Abstract ▼ AI-Helper

Seismic refraction survey is a geophysical method that delineates subsurface velocity structure using direct wave and critically refracted wave. The generalized reciprocal method(GRM) is an inversion technique which uses travel-time data from several forward and reverse shots and which can provide the geometry of irregular inclined refractors and structures underlain by hidden layer such as low velocity zone and thin layer. In this study, a simple Excel-GRM routine was tested for fast mapping of the interface between weathering layer and bedrock during the survey, with employing a pair of forward and reverse shots. This routine was proved to control the maximum dip of approximately $30^{\circ}C$ and maximum velocity contrast of 0.6, based on the panel tests in terms of dipping angle and velocity contrast for the two-layer inclined models. In contrast with conventional operation of five to seven shots with sufficient offset distance and indoor data analysis thereafter, this routine was performed in the field shortly after data acquisition. Depth to the bedrock provided by Excel-GRM, during the field survey for Cheongju granite area, correlates well with the elevation of the surface of soft rock from the drill core and SPS logging data. This cost-effective routine developed for quickly delineating the bedrock surface in the field survey will be readily applicable to mapping of weathering zone in narrow zone with small variation of elevation of bedrock.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

상부층과 하부층의 속도가 각각 2000 m/s, ax)o m/s 인 경우 지하구조의 경사각 변화에 따른 입력모형과 도출된 단면도의 차이를 살펴보자.
이 논문에서는 굴절법탐사 자료처리기법의 하나인 GRM의 이론 및 수치모형 자료를 통해 탄성파 굴절법 자료처리의 특성을 비교 . 분석하고자 하였다.
분석하고자 하였다. 이 연구의 초점은 무엇보다도 현장에서 2개만의 양단발파점 자료를 활용하여 청주화강암 부지의 터파기 및 시추 과정에서 확인된 풍화암/기반암의 2층 구조에 대한 기반암까지의 깊이를 신속하고 간단히 파악하는데 있다.

가설 설정

탐사 시스템은 ABEM Mark 6를 사용하였다. 본 지역의 시추조사에서 NMlue를 통해 결정한 청주화강암체의 표토층 깊이가 약 2 m, 탐사시 수신기 간격이 임계거리 이상으로 설정된 점을 고려하여 직접파를 제외한 풍화암과 기반암의 단순 2층 구조로 가정하였다.

제안 방법

1층의 속도 2(XX) m/s, 2층의 속도 5000 m/s, 심도 5-15 m, 경사각 25°로 주어진 경사구조(Fig. 2)에 대해 수신점은 5 m에서 115 m까지 5 m 간격으로 23개 설정하였으며 발파는 양끝 원거리 5 m 지점(0 m, +120 m)에서 각각 실시하였다. 여기서 주시곡선은 굴절파만 표시되었다.
XY=20으로 결정하여 작성된 지하단면도(Fig. 12)는 32-37 m 깊이의 풍화대를 보여주며 60 m와 90 m 거리에 위치한 두 개의 시추공 사이에서 그 깊이는 약 35 no내외로서 이것은 기반암 상부 표면으로 해석하였다.
3D), 수치모형의 GRM 자료해석은 엑셀을 이용하였다. 각 모형은 경사 2층 구조의 경사와 속도를 변화시켜 설정하였으며 입력변수는 기반암 상부까지의 깊이, 풍화대와 기반암의 속도, 지오폰 간격, 지오폰의 수 등이다. 모델링을 통해 각 층의 깊이 등을 포함한 지하구조를 결정하고 그 결과를 입력 모형의 그것들과 비교해 보았다.
굴절법 탐사에서는 모형자료와 동일한 조건을 주기위해 수신기는 모두 23개로 5 이에서 115 m까지 5 m 간격으로 설정하였으며, 해머 타격은 양끝 원거리 5 m지점에서 1회씩 총 2회 실시하였다(Fig. 9 (a), (b)).
각 모형은 경사 2층 구조의 경사와 속도를 변화시켜 설정하였으며 입력변수는 기반암 상부까지의 깊이, 풍화대와 기반암의 속도, 지오폰 간격, 지오폰의 수 등이다. 모델링을 통해 각 층의 깊이 등을 포함한 지하구조를 결정하고 그 결과를 입력 모형의 그것들과 비교해 보았다.
모형자료에 활용된 간단한 프로그램의 타당성을 보이기 위해 약 30 m 거리에 있는 깊이 50 m의 2개 시추공 부근에서 120 m 길이의 측선에 대한 탄성파 굴절법앙단발파 자료를 얻고 이에 대한 현장에서의 엑셀GRM 해석자료를 시추 및 SPS 검층자료와 비교해 보았다.
1000-4000 m/s 범위에서 변화를 주었다. 물론동시에 두께의 변화까지 고려해야 의미가 있겠지만 부지에서 확인된 약 2 이의 얇은 표토층과 탐사 수행시 설정한 5 m의 지오폰 간격을 고려하여 풍화암의 두께는 고정시키고 속도대비를 변화시켜 그 효과를 살펴보았다(Fig. 6). 상부층의 속도가 3000 m/s가 증가할 때’ 즉 속도대비가 약 0.
속도대비의 변화에 따른 적용성을 파악하기 위해 입력모형과 본 프로그램을 적용하여 작성한 단면도의 차이를 알아보았다.
이론자료 수집은 OMNI 모델링 프로그램을 이용하였고(OMNI 3D), 수치모형의 GRM 자료해석은 엑셀을 이용하였다. 각 모형은 경사 2층 구조의 경사와 속도를 변화시켜 설정하였으며 입력변수는 기반암 상부까지의 깊이, 풍화대와 기반암의 속도, 지오폰 간격, 지오폰의 수 등이다.

대상 데이터

각각 위치하고 2 m 깊이까지 물로 채워져 있다. 장비는 OYO사의 Suspension PS Logger(Model- 3660A)를 사용하였다.

성능/효과

1- 시추자료에서 확인된 청주화강암 지역의 풍화 암과 기반암의 단순 2층 구조는 양단발파 자료만을 가지고 엑셀 작업의 GRM을 적용시켜 그 경계면을 현장에서 신속히 파악할 수 있었다.
2. 본 프로그램은 굴절면의 경사각이 30º보다 작고 상부층과 하부층의 속도대비가 0.6 이하에서 기반암의 깊이와 경사면 모두 규명할 수 있었다.
3. 청주화강암체에 대한 시추자료, 검층자료, GRM 자료에서 해석한 지하굴절면은 동일한 구조면으로 나타나는데 GRM자료에서 도출된 지하 구조면은 연암및 경암을 포함한 기반암의 상부 표면으로 해석된다.
14 (a), (b)에 함께 보였다. 검층자료에서 연암의 표면을 기준으로 P파의 상부층의 평균속도 1984 m/s, 하부층의 평균속도 4400 m/s는 GRM 속도분석 함수의 속도에서 계산된 2000 m/s, 40)0 m/s와 거의 잘 상관되고 계산된 속도대비 또한 0.6 이하인 점으로 보아 시추자료, 검층자료, 굴절법자료에서 해석한 지하굴절면은 동일한 구조면으로 해석된다.
경사각 30°인 경우의 구조면의 깊이는 정확히 해석되고 있지만 경사면 자체는 약간의 오차만을 보이는데 이 오차는 경사각이 증가할수록 커진다. 요약하여 본 프로그램은 경사각이 30°보다 작을 경우에는 깊이와 경사면 모두 만족스럽게 규명할 수 있고 깊이만의 관점에서 볼 때 45°에서도 잘 mapping되고 있다

후속연구

6이하이면 기반암의 굴절경계면은 비교적 정확히 찾아가고 있다. 더 나아가 속도대비가 증가할수록 주어진 두께에서 임계거리가 작아지므로 양단발파 자료만을 이용한 조사가 가능할 것으로 보인다.

참고문헌 (14)

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상세보기
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Suspension PS Logger (2002) Suspension PS Logger(MODEL-3660A)& Operation Manual, OYO.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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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