[논문]EDM을 활용한 지표변화율과 마그마 활동 양상 변화 연구

윤성효; 이정현

doi:10.7854/jpsk.2013.22.1.071

EDM을 활용한 지표변화율과 마그마 활동 양상 변화 연구
Surface Deformation and Behavior of Magma Activity Using EDM 원문보기

암석학회지 = The journal of the petrological society of korea, v.22 no.1, 2013년, pp.71 - 81

초록
AI-Helper

화산체 위에서 수 km 또는 십 수 km 떨어진 거리에 위치한 수준점 사이의 거리 측정은 때때로 마그마가 지표로 상승할 때, 그 시기와 장소를 정확하게 나타낼 수 있다. 지표로 상승하는 마그마는 그 상부 암층을 상방으로 밀어 올리거나 또는 화산체의 정상부를 옆으로 밀어내기도 하다. 어떤 경우이든 화산체의 특정한 한 지점이 다른 지점에 비교하여 수 mm에서 수 십 m 이상으로 수평으로 움직일 수 있다. 전자거리측정장치인 광파측거의(EDM)를 통한 이러한 변화의 측정에 대한 시도는 적절한 장소에서 수준점들을 설정하고 이들 수준점들을 짝을 이루어 수시로 측정하는 것이다. 광파측거의는 전자기파 신호를 보내고 수신하는 장비이다. 광파측거의와 반사경 사이의 거리에 따라 되돌아오는 신호의 주파수는 전송된 신호와 위상차를 나타낼 것이다. 전송된 신호와 수신된 신호의 위상을 비교하여 전자적으로 위상차로부터 거리를 측정한다. 측정범위와 정밀도에 따라 광파측거의의 종류는 다양하다. 화산모니터링의 목적으로 단거리(10 km 이내) 광파측거의와 중거리(50 km 이내) 광파측거의가 일반적으로 사용되고 있다. 단거리 광파측거의는 전자기 스펙트럼의 가시 적외선에 가까운 영역을 전송하고 수신하면서 5 mm 이내의 정확도를 가지고 있다. 본 연구에서는 지금까지 알려진 광파측거의의 특성과 작동 원리, 국외 화산지역의 지표 변화율 측정 실례를 알아보고, 백두산에서의 지표면 변형 측정에 활용 가능한 기법을 기술하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Measuring the distance between benchmarks placed on a volcano tens to thousands of meters apart can sometimes pinpoint where and when magma is rising toward the surface. Rising magma will sometimes push overlying rocks upward or shove them aside. In either case, one part of the volcano may actually move horizontally relative to another part from as little as a few millimeters to as much as several tens of meters. The challenge in measuring such changes with an electronic distance meter is putting benchmarks in the right places and making frequent measurements between pairs of benchmarks. An electronic distance meter is an instrument that both sends and receives an electromagnetic signal. Depending on the distance between the EDM and reflector, the wavelength of the returned signal will be out of phase with the transmitted signal. The instrument compares the phase of the transmitted and received signals and measures the phase difference electronically. There is a wide range of EDM capabilities in range and precision, but for volcano monitoring purposes, short-range (less than 10 km) to medium-range (less than 50 km) EDM's are typically used. Short-range EDM's transmit and receive the near visible infrared part of the electromagnetic spectrum for measuring distances with an accuracy of about 5 mm.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

지속적으로 분화 가능성이 대두되고 있으며, 지정학적 위치로 인해 직접 접근이 어려운 백두산의 경우에도 EDM 관측의 이러한 장점들을 활용하면 인적, 기술적 측면에서 효율적인 화산 활동 감시가 가능할 것으로 판단된다. 따라서 백두산에 대한 EDM 관측에 대비하여 화산지대에서 활용할 수 있는 EDM 관측 원리와 방법 등을 상세히 알아보고자 한다.
, 2010). 여기에서는 실제 일본의 아사마화산(Asamayama Volcano)에서 EDM 관측 결과(Takagi, et al., 2010)를 활용한 예를 살펴보고자 한다. 여기에서 살펴볼 것은 아사마화산에 대해 EDM 측정을 하고 그 결과를 수치기상 모델을 통해 대기보정을 하여 해석한 결과이다.

가설 설정

2008~2009년 활동기의 변화도 매우 국소적이었으며, 그 압력원은 산체의 극히 얕은 장소일 것이라 추측되었다. 그래서 경사거리 변화를 설명할 수 있는 압력원을, Mogi모델(Mogi, 1958)을 가정하여 추정하였다. 화구 직하에 압력원의 위치를 고정시키고, 경사거리의 관측 값과 압력원으로부터 얻은 계산 값의 잔차자승화(殘差自乘和)가 최소가 되는 장소와 체적변화량을 깊이 방향으로 10 m간격, 체적량 100 m³간격으로 탐색하였다(Fig.

제안 방법

한편 육지에서의 거리 측정을 위해 가장 먼저 사용된 장치는 1950년대 초 스웨덴에서 처음으로 개발되었으며, 전형적인 기기는 광파측정기(Geodimeter)이다. 이 장치는 조절된 빛을 전달하여 측정하고자 하는 기선의 끝부분에서 거울에 반사되어 돌아오게 한 다음, 전달한 파동과 반사되어 돌아온 파동 사이의 위상을 비교한다. 이러한 과정은 경과 시간에 따른 측정 및 광속에 기초한 거리 결정을 가능하게 한다.
그래서 경사거리 변화를 설명할 수 있는 압력원을, Mogi모델(Mogi, 1958)을 가정하여 추정하였다. 화구 직하에 압력원의 위치를 고정시키고, 경사거리의 관측 값과 압력원으로부터 얻은 계산 값의 잔차자승화(殘差自乘和)가 최소가 되는 장소와 체적변화량을 깊이 방향으로 10 m간격, 체적량 100 m³간격으로 탐색하였다(Fig. 5). Fig.

성능/효과

북쪽과 서쪽 두 방향으로 수준측량을 하고 있으며, 북쪽 방향으로 12개 지점, 서쪽 방향으로 13개 지점에서 측정이 이루어지고 있다. 관측 결과, 북쪽에서는 2002년에서 2005년까지 최대 68.12 mm의 융기가 나타났으며, 2006년에서 2009년 사이에는 팽창하는 경향이, 2009년에서 2011년에는 수축하는 경향이 나타났다. 또한 서쪽에서는 2006년에서 2012년까지 총 12.
넷째, Mekometer ME5000과 같은 고정확도의 EDM을 사용하여 mm 이하의 정확도로 변화에 대한 모니터링이 가능하며, 이 기기의 경우 8 km의 관측 범위와 ±0.2 mm ± 0.2 mm/km의 상당히 높은 정확도를 가진다.
첫째, 흔들림 오류에 대한 보다 효율적인 조절이 가능하여 보다 정확한 원거리 측정이 가능하다. 둘째, 통제 네트워크를 통해 고전적인 삼각측량법에서 가능한 거리 측정 뿐 아니라 보다 먼 거리에 대한 측정이 가능하며, 이로써 규모 오류에 대해서도 보다 효율적인 통제가 가능하다. 셋째, 하나의 기선으로부터 극축을 조절함으로써 보다 넓은 지역에 대해 측량을 시작할 수 있으며, 이와 더불어 사진측량이 가능하다.
둘째, 통제 네트워크를 통해 고전적인 삼각측량법에서 가능한 거리 측정 뿐 아니라 보다 먼 거리에 대한 측정이 가능하며, 이로써 규모 오류에 대해서도 보다 효율적인 통제가 가능하다. 셋째, 하나의 기선으로부터 극축을 조절함으로써 보다 넓은 지역에 대해 측량을 시작할 수 있으며, 이와 더불어 사진측량이 가능하다. 넷째, Mekometer ME5000과 같은 고정확도의 EDM을 사용하여 mm 이하의 정확도로 변화에 대한 모니터링이 가능하며, 이 기기의 경우 8 km의 관측 범위와 ±0.
이러한 토탈 스테이션에 내재된 EDM의 기능은 다음과 같다. 첫째, 흔들림 오류에 대한 보다 효율적인 조절이 가능하여 보다 정확한 원거리 측정이 가능하다. 둘째, 통제 네트워크를 통해 고전적인 삼각측량법에서 가능한 거리 측정 뿐 아니라 보다 먼 거리에 대한 측정이 가능하며, 이로써 규모 오류에 대해서도 보다 효율적인 통제가 가능하다.
경사거리 변화량의 화살표는 변위 벡터를 기계점 방향으로 투영한 성분이다. 표고 2380 m (산정직하 약 200 m)의 압력원에서 15,300 m³의 체적증가량이 있으면, 관측 값을 가장 잘 설명할 수 있었다. 이 깊이는 화구 바닥과 같은 정도의 극히 얕은부분이다.

후속연구

따라서 EDM 관측은 백두산 주변의 미세한 지표 변위를 보다 효율적으로 측정하고, 이를 통해 백두산 지하의 마그마 거동을 보다 정확하게 예측함으로써 앞으로의 분화 가능성 평가와 그로 인한 재해 대책 마련에 기초 자료를 제공할 수 있을 것으로 기대한다.
따라서 경사계와 수준측량에 비해 훨씬 더 빠르게 관측지점을 모니터링 할 수 있고, 훨씬 적은 인력을 요구하는 EDM 관측은 쉽고 간편하면서도 짧은 시간 간격으로 정확한 지표 변위를 측정할 수 있는 좋은 방법이라고 할 수 있다. 또한 EDM 관측은 경사계나 수준측량을 통한 연구에 비해 더 깊은 위치의 마그마 주입을 효율적으로 감지해 낼 수 있으며, 전자동 계측 시스템을 통해 보다 간편하게 화산 지역의 모니터링을 위한 수평 변위 데이터를 획득할 수 있다.
지속적으로 분화 가능성이 대두되고 있으며, 지정학적 위치로 인해 직접 접근이 어려운 백두산의 경우에도 EDM 관측의 이러한 장점들을 활용하면 인적, 기술적 측면에서 효율적인 화산 활동 감시가 가능할 것으로 판단된다. 따라서 백두산에 대한 EDM 관측에 대비하여 화산지대에서 활용할 수 있는 EDM 관측 원리와 방법 등을 상세히 알아보고자 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	음향측 심기는 어떻게 거리를 계산하는가?	거리 측정에 가장 먼저 사용된 전자기기는 음향측 심기이며, 이는 Reginald Fessenden에 의해 1919년에 개발되어 선박에서부터 해저면까지의 거리를 음파가 반사되어 돌아오는 데까지 걸린 시간 측정을 통해 계산한다. 한편 육지에서의 거리 측정을 위해 가장 먼저 사용된 장치는 1950년대 초 스웨덴에서 처음으로 개발되었으며, 전형적인 기기는 광파측정기 (Geodimeter)이다.
	1세대 광파기기는 최상의 조건 하에서 최대 작동범위가 어떻게 되는가?	이러한 과정은 경과 시간에 따른 측정 및 광속에 기초한 거리 결정을 가능하게 한다. 1세대 광파기기는 최상의 조건 하에서 낮에는 3~5 km, 밤에는 25~30 km의 최대범위를 가진다. 그러나 이러한 기기들은 매우 무겁고 부피가 크며 고가였다.
	광파측정기는 어떻게 작동하는가?	한편 육지에서의 거리 측정을 위해 가장 먼저 사용된 장치는 1950년대 초 스웨덴에서 처음으로 개발되었으며, 전형적인 기기는 광파측정기 (Geodimeter)이다. 이 장치는 조절된 빛을 전달하여 측정하고자 하는 기선의 끝부분에서 거울에 반사되어 돌아오게 한 다음, 전달한 파동과 반사되어 돌아온 파동 사이의 위상을 비교한다. 이러한 과정은 경과 시간에 따른 측정 및 광속에 기초한 거리 결정을 가능하게 한다.

참고문헌 (20)

Abidin, H.Z., 1998, Monitoring the volcano deformation using repeated GPS surveys: Experiences and plans. Workshop on Advances in GPS Deformation Monitoring, Perth, Australia, 24-25 September, 18, 29p.
Akimichi, T., Keiichi, F., Toshiki, S. and Sei, I., 2010, Atmospheric correction in EDM by using the JMA numerical weather model: Application to measurement at Asamayama volcano. The volcanological society of Japan, 55, 41-51.
Brantley, S.R. and Topinka, L., 1984, Volcanic studies at the U.S. Geological Survey's David A. Johnston Cascades Volcano Observatory, Vancouver, Washington. Earthquake Information Bulletin, 16, 41-120.
Chadwick, W.W., Iwatsubo, E.Y., Swanson, D.A. and Ewert, J.W., 1985, Measurements of slope distances and vertical angles at Mount Baker and Mount Rainier, Washington, Mount Hood and Crater Lake, Oregon, and Mount Shasta and Lassen Peak, California, 1980-1984. U.S. Geological Survey Open-File Report 85-205, 96p.
Heliker, C.H., Griggs, J.D., Takahashi, T.J. and Wright, T.L., 1986, Volcano monitoring at the U.S. Geological Survey's Hawaiian Volcano Observatory. Earthquakes and Volcanoes, 18, 3-69.
Iwatsubo, E.Y. and Swanson, D.A., 1992a, Methods used to monitor deformation of the crater floor and lava dome at Mount St. Helens, Washington. U.S. Geological Survey Bulletin, 1966, 53-68.
Iwatsubo, E.Y. and Swanson, D.A., 1992b, Trilateration and Distance-Measuring Techniques Used at Cascades and Other Volcanoes. U.S. Geological Survey Bulletin, 1966, 103-114.
Iwatsubo, E.Y., Topinka, L. and Swanson, D.A., 1992, Slope-Distance Measurements to the Flanks of Mount St. Helens, Late 1980 through 1989. U.S. Geological Survey Bulletin, 1966, 85-94.
Jackson, P., Shepherd, J.B., Robertson, R.E.A. and Skerritt, G., 2012, Ground deformation studies at Soufriere Hills Volcano, Montserrat I: Electronic distance meter studies. Geophysical Research Letters, 25, 3387-3541.
Lipman, P.W., Moore, J.G. and Swanson, D.A., 1981, Bulging of the north flank before the May 18 eruption; Geodetic data. U.S. Geological Survey Professional Paper, 1250, 143-156.
Lockwood, J.P., Dvorak, J.J., English, T.T., Koyanagi, R.Y., Okamura, A.T., Summers, M.L. and Tanigawa, W.R., 1987, Mauna Loa 1974-1984; A decade of intrusive and extrusive activity. U.S. Geological Survey Professional Paper, 1350, 537-570.
Mogi, K., 1958, Relations between the eruptions of various volcanoes and the deformations of the ground surfaces around them. Bulletin of Earthquake Research Institute, 36, 99-134.
Murakami, M., 2005, Magma plumbing system of the Asama volcano inferred from continuous measurements of GPS. The volcanological society of Japan, 50, 347-361.
Pingue, F., Troise, C., De Luca G., Grassi, V. and Scarpa. R., 1998, Geodetic monitoring of Mt. Vesuvius Volcano, Italy, based on EDM and GPS surveys. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 82, 151-160.

상세보기
Reger, J.M., 1996, Electronic distance measurement; An Introduction (Fourth Edition). Springer publication, 276p.
Saito, E., Suto, S., Soya, T., Kazahaya, K., Kawanabe, I., Hoshizumi, H., Watanabe, K. and Endo, H., 1993, Geodetic monitoring using EDM before and during the 1991-1992 lava extrusion of Fugen-dake, Unzen Volcano, Kyushu, Japan. Bulletin of Geological Survey Japan, 44, 639-647.
Suda, A., 1994, The Electromagnetic distance measuring instrument (Revised version). Morikita publication, 242p.
Takagi, A., Fukui, K., Fujiwara, K., Ueda, Y., Iijima, S., Yamamoto, T., Takayuki, S., Kanno, T. and Hiroaki, K., 2005, Magma supply system of the 2004 eruption at Asama volcano estimated by crustal deformation data. The Volcanological Society of Japan, 50, 363-375.
Takagi, A., Fukui, K., Shimbori, T. and Iijima, S., 2010, Atmospheric Correction in EDM by Using the JMA Numerical Weather Model: Application to Measurement at Asamayama Volcano. The Volcanological Society of Japan, 55, 41-51.
Xu, J., Liu, G., Wu, J., Ming, Y., Wang, Q., Cui, D., Shangguan, Z., Pan, B., Lin, X. and Liu, J., 2012, Recent unrest of Changbaishan volcano, northeast China: A precursor of a future eruption? Geophysical Research Letters, 39, L16305, 7. doi:10.1029/ 2012GL052600.

상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증