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광대역유도분극 이상 자료의 해석을 위한 새로운 등가회로 모델
New Equivalent Circuit Model for Interpreting Spectral Induced Polarization Anomalous Data 원문보기

지구물리와 물리탐사 = Geophysics and geophysical exploration, v.17 no.4, 2014년, pp.242 - 246  

신승욱 (한국지질자원연구원 탐사개발연구실) ,  박삼규 (한국지질자원연구원 탐사개발연구실) ,  신동복 (공주대학교 지질환경과학과)

초록
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지층의 전기화학적인 물성을 이용한 광대역유도분극(SIP) 탐사는 황화광물을 포함한 금속광물탐사에 유용한 기술이다. 탐사자료로부터 IP 물성을 계산하기 위해서는 등가회로 분석을 수행한다. 분석에 사용되는 암석의 SIP 반응을 고려한 등가회로 모델은 해의 비유일성이라는 문제를 가지기 때문에 정확한 분석을 위해 적절한 모델을 설정하는 것이 매우 중요하다. 따라서 이 연구는 SIP 이상반응을 나타내는 광석의 분석에 적합한 새로운 모델을 제안하고자 하였다. 이 모델은 기존의 Dias model과 Cole-Cole model의 비교를 통하여 적합성을 검증하였다. 그 결과, Dias model과 Cole-Cole model을 이용한 분석 결과의 NRMSE 오차는 각각 10.05%와 17.03%를 보였다. 하지만 제안한 새로운 모델의 NRMSE 오차는 0.87%로 상당히 낮았기 때문에 다른 모델보다 SIP 이상 자료의 등가회로 분석에 유용하고 판단하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Spectral induced polarization (SIP) is a useful technique, which uses electrochemical properties, for exploration of metallic sulfide minerals. Equivalent circuit analysis is commonly conducted to calculate IP parameters from SIP data. An equivalent circuit model, which indicates the SIP response of...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이 연구는 광체의 SIP자료를 분석하는데 적합한 등가회로 모델을 제시하기 위하여 수행하였다. 이를 위해 가장 대표적인 Dias model과 Cole-Cole model을 검토하였다.
  • 이 연구에서는 광석의 SIP 이상 반응을 보이는 광석의 SIP 측정 자료를 적절하게 해석할 수 있는 새로운 모델을 고안하였으며, Dias model과 Cole-Cole model을 이용한 분석 결과와 비교함으로써 제안한 모델의 적합성을 검증하고자 한다.

가설 설정

  • 1(a))은 저항, capacitor, Warburg impedance을 이용하여 암석의 SIP 반응을 설명하고자 했다. Capcitor와 Warburg impedance는 주로 전기적으로 균질한 물질에서 발생하는 전기 이중층을 가정하는데 사용된다. Capacitor는 조밀 이중층을 설명하고, Warburg impedance는 확산 이중층을 설명한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
유도분극 탐사란 무엇인가? 저장된 에너지 양을 지구물리학에서는 충전성으로 정의하고, 에너지의 감쇄는 시간상수를 이용하여 기술한다. 충전성과 시간상수를 이용하여 암석의 전기화학적 특성을 기술할 수 있고, 두 물성의 분포로부터 지층을 영상화하는 탐사 기술을 유도분극(Induced polarization; IP) 탐사라고 한다(Seigel et al., 2007).
한 주파수에서 측정된 전위차와 위상은 오일러의 정리로 무엇으로 변환할 수 있는가? 한 주파수에서 측정된 전위차와 위상은 오일러의 정리로 실수성분과 허수성분의 임피던스로 변환할 수 있다. 변환된 임피던스는 복소평면에서 한점으로 나타내고, 전체 주파수 대역에서 측정한 자료는 하나의 궤적으로 도시할 수 있다.
광대역유도분극 탐사는 기존의 시간영역 IP 탐사의 어떤 문제를 해결하기 위해 개발되었는가? 기에 개발된 시간영역 IP 탐사는 전자기 유도에 의한 전자기적(Electromagnetic; EM) 효과가 IP 측정 자료에 영향을 주는 EM coupling 문제가 발생하였다(Wynn and Zonge, 1975). 이를 해결하기 위해 IP 효과가 크고, EM 효과가 작은 낮은 주파수 대역(1 mHz ~ 1 kHz)의 교류전류를 이용한 광대역유도분극(Spectral induced polarization; SIP) 탐사가 개발되었다(Zonge and Wynn, 1975).
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참고문헌 (16)

  1. Bieniawski, Z. T., and Bernede, M. J., 1979, Suggested methods for determining the uniaxial compressive strength and deformability of rock materials: Part 1. Suggested method for determining deformability of rock materials in uniaxial compression, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, 16(2), 138-140. 

  2. Dias, C. A., 1972, Analytical model for a polarizable medium at radio and lower frequencies, Journal of Geophysical Research, 77(26), 4945-4956. 

  3. Dias, C. A., 2000, Developments in a model to describe lowfrequency electrical polarization of rocks, Geophysics, 65(2), 437-451. 

  4. Jougnot, D., Ghorbani, A., Revil, A., Leroy, P., and Cosenza, P., 2010, Spectral induced polarization of partially saturated clay-rocks: a mechanistic approach, Geophysical Journal International, 180(1), 210-224. 

  5. Katz, E., and Willner, I., 2003, Probing Biomolecular Interactions at Conductive and Semiconductive Surfaces by Impedance Spectroscopy: Routes to Impedimetric Immunosensors, DNASensors, and Enzyme Biosensors, Electroanalysis, 15(11), 913-947. 

  6. Macdonald, J. R., and Johnson, W. B., 2005, Fundamentals of Impedance Spectroscopy, Impedance Spectroscopy, John Wiley & Sons, Inc., 1-26. 

  7. Nguyen, P. T., and Amiri, O., 2014, Study of electrical double layer effect on chloride transport in unsaturated concrete, Construction and Building Materials, 50, 492-498. 

  8. Niranjan, U., 2004, Simultaneous storage of medical images in the spatial and frequency domain: A comparative study, Biomedical Engineering Online, 3(17), 1-10. 

  9. Park, S., and Matsui, T., 1998, Basic study on resistivity of rocks, Butsuri Tansa (Geophysical Exploration), 51(3), 201-209 (in Japanese). 

  10. Pelton, W., Ward, S., Hallof, P., Sill, W., and Nelson, P., 1978, Mineral discrimination and removal of inductive coupling with multifrequency, Geophysics, 43(3), 588-609. 

  11. Revil, A., and Florsch, N., 2010, Determination of permeability from spectral induced polarization in granular media, Geophysical Journal International, 181(3), 1480-1498. 

  12. Schiffbauer, J., and Yossifon, G., 2014, Influence of electricdouble-layer structure on the transient response of nanochannels, Physical Review E, 89(5), 053015. 

  13. Seigel, H., Nabighian, M., Parasnis, D., and Vozoff, K., 2007, The early history of the induced polarization method, The Leading Edge, 26(3), 312-321. 

  14. Vanhala, H., and Peltoniemi, M., 1992, Spectral IP studies of Finnish ore prospects, Geophysics, 57(12), 1545-1555. 

  15. Wynn, J. C., and Zonge, K. L., 1975, EM coupling, its intrinsic value, its removal and the cultural coupling problem, Geophysics, 40(5), 831-850. 

  16. Zonge, K., and Wynn, J., 1975, Recent advances and applications in complex resistivity measurements, Geophysics, 40(5), 851-864. 

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