자연 전자기장을 이용하여 지하 매질의 전기적 구조를 규명하는 자기지전류(magnetotelluric; MT) 탐사의 정확한 해석을 위해서는 특정 전기적 구조에 대한 정확한 수치적 반응을 구할 수 있는 3차원 모델링이 필수적이다. 특히, 매질내에 전기적 이방성이 있을 때는 MT 반응이 달라지므로 전기적 이방성의 영향을 고려한 MT 탐사모델링이 필요하다. 특히, MT 탐사기법을 이용한 지열저류층의 모니터링과 같이 MT 반응의 작은 변화를 분석해야 하는 시간경과 자료의 해석의 경우, 대상 지역에 이방성이 존재할 경우 이를 고려할 수 있는 정확한 모델링이 필수적이다. 이 연구에서는 기존의 등방성만을 고려하던 유한차분법 MT 모델링 알고리듬을 수직 혹은 수평 횡등방성 이방성을 고려할 수 있도록 개선하였다. 개발한 알고리듬을 박리층 모델을 이용하여 검증한 후, 수직횡등방성 이방성이 MT 반응에 미치는 영향에 대해서 분석하였다. 향후에는 수평 횡등방성 이방성이 MT 반응에 미치는 영향에 대해서도 분석하고자 하며, 알고리듬을 더욱 발전시켜 경사 횡등방성 이방성까지 고려할 수 있도록 발전시키고자 한다.
자연 전자기장을 이용하여 지하 매질의 전기적 구조를 규명하는 자기지전류(magnetotelluric; MT) 탐사의 정확한 해석을 위해서는 특정 전기적 구조에 대한 정확한 수치적 반응을 구할 수 있는 3차원 모델링이 필수적이다. 특히, 매질내에 전기적 이방성이 있을 때는 MT 반응이 달라지므로 전기적 이방성의 영향을 고려한 MT 탐사 모델링이 필요하다. 특히, MT 탐사기법을 이용한 지열저류층의 모니터링과 같이 MT 반응의 작은 변화를 분석해야 하는 시간경과 자료의 해석의 경우, 대상 지역에 이방성이 존재할 경우 이를 고려할 수 있는 정확한 모델링이 필수적이다. 이 연구에서는 기존의 등방성만을 고려하던 유한차분법 MT 모델링 알고리듬을 수직 혹은 수평 횡등방성 이방성을 고려할 수 있도록 개선하였다. 개발한 알고리듬을 박리층 모델을 이용하여 검증한 후, 수직횡등방성 이방성이 MT 반응에 미치는 영향에 대해서 분석하였다. 향후에는 수평 횡등방성 이방성이 MT 반응에 미치는 영향에 대해서도 분석하고자 하며, 알고리듬을 더욱 발전시켜 경사 횡등방성 이방성까지 고려할 수 있도록 발전시키고자 한다.
Magnetotelluric (MT) survey investigates electrical structure of subsurface by measuring natural electromagnetic fields on the earth surface. For the accurate interpretation of MT data, the precise three-dimensional (3-D) modeling algorithm is prerequisite. Since MT responses are affected by electri...
Magnetotelluric (MT) survey investigates electrical structure of subsurface by measuring natural electromagnetic fields on the earth surface. For the accurate interpretation of MT data, the precise three-dimensional (3-D) modeling algorithm is prerequisite. Since MT responses are affected by electrical anisotropy of medium, the modeling algorithm has to incorporate the electrical anisotropy especially when analyzing time-lapse MT data sets, for monitoring engineered geothermal system (EGS) reservoir, because changes in different-vintage MT-data sets are small. This study developed a MT modeling algorithm for the simulation MT responses in the presence of electrical anisotropy by improving a pre-existing staggered-grid finite-difference MT modeling algorithm. After verifying the developed algorithm, we analyzed the effect of vertical transversely isotropic (VTI) anisotropy on MT responses. In addition, we are planning to extend the applicability of the developed algorithm which can simulate not only the horizontal transversely isotropic (HTI) anisotropy, but also the tiled transversely isotropic (TTI) anisotropy.
Magnetotelluric (MT) survey investigates electrical structure of subsurface by measuring natural electromagnetic fields on the earth surface. For the accurate interpretation of MT data, the precise three-dimensional (3-D) modeling algorithm is prerequisite. Since MT responses are affected by electrical anisotropy of medium, the modeling algorithm has to incorporate the electrical anisotropy especially when analyzing time-lapse MT data sets, for monitoring engineered geothermal system (EGS) reservoir, because changes in different-vintage MT-data sets are small. This study developed a MT modeling algorithm for the simulation MT responses in the presence of electrical anisotropy by improving a pre-existing staggered-grid finite-difference MT modeling algorithm. After verifying the developed algorithm, we analyzed the effect of vertical transversely isotropic (VTI) anisotropy on MT responses. In addition, we are planning to extend the applicability of the developed algorithm which can simulate not only the horizontal transversely isotropic (HTI) anisotropy, but also the tiled transversely isotropic (TTI) anisotropy.
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문제 정의
이방성을 고려한 3차원 MT 탐사 모델링은 국내에서는 아직 고려한 선례가 없기에, 이 연구에서는 수직횡등방성이나 수평횡등방성 이상체까지 고려할 수 있도록, 기존의 엇갈린 격자 유한차분 3차원 MT 모델링 알고리듬을 개선하고, 수직횡등방성 이상체가 MT 반응에 미치는 영향을 분석하고자 한다(기존 알고리듬에 경사횡등방성을 구현은 더욱 복잡하므로 이 연구에서는 감안하지 않는다). 이 연구에서는 먼저 MT 모델링에 이용되는 지배방정식과 전기적 이방성을 고려할 수 있는 MT 모델링 알고리듬에 대하여 간략히 설명한 후, 이를 박리층 모델과 비교함으로써 알고리듬의 타당성을 입증하고자 한다.
이방성을 고려한 3차원 MT 탐사 모델링은 국내에서는 아직 고려한 선례가 없기에, 이 연구에서는 수직횡등방성이나 수평횡등방성 이상체까지 고려할 수 있도록, 기존의 엇갈린 격자 유한차분 3차원 MT 모델링 알고리듬을 개선하고, 수직횡등방성 이상체가 MT 반응에 미치는 영향을 분석하고자 한다(기존 알고리듬에 경사횡등방성을 구현은 더욱 복잡하므로 이 연구에서는 감안하지 않는다). 이 연구에서는 먼저 MT 모델링에 이용되는 지배방정식과 전기적 이방성을 고려할 수 있는 MT 모델링 알고리듬에 대하여 간략히 설명한 후, 이를 박리층 모델과 비교함으로써 알고리듬의 타당성을 입증하고자 한다. 또한, 심부에 존재하는 지열 저류층과 전기적 이방성 이상체가 함께 있는 수치 반응을 통해 전기적 이방성 이상체의 영향을 분석하고자 한다.
이 연구에서는 먼저 MT 모델링에 이용되는 지배방정식과 전기적 이방성을 고려할 수 있는 MT 모델링 알고리듬에 대하여 간략히 설명한 후, 이를 박리층 모델과 비교함으로써 알고리듬의 타당성을 입증하고자 한다. 또한, 심부에 존재하는 지열 저류층과 전기적 이방성 이상체가 함께 있는 수치 반응을 통해 전기적 이방성 이상체의 영향을 분석하고자 한다. 이 연구에서는 Sasaki (1999)의 3차원 모델링 알고리듬을 기반으로 이방성을 고려할 수 있도록 모데링 알고리듬을 개발하였으며, MT 장의 송신원을 고려하기 위하여 1차원 배경매질을 가정한 Dirichlet 경계조건을 이용하였다.
이와 같이 구성한 최종 선형방정식을 풀어서 전기장을 계산한 뒤, (1)식에 기초하여 보조장인 자기장을 계산하고, 원하는 수신기 위치에서 MT 반응인 겉보기비저항, 위상을 계산하였다. 이 연구에서는 이러한 MT 반응들 중 MT 자료의 역산에 비대각 임피던스 값으로부터 계산하는 겉보기비저항과 위상만이 가장 많이 이용되기 때문에 이들 반응만을 고려하였다.
전기적 이방성은 방향에 따라 매질의 전기비저항이 다를 때 나타난다. 이 연구에서는 수직 방향과 수평 방향의 전기비저항이 다른 이방성 매질의 전기적 특성을 고려할 수 있는 MT 모델링 알고리듬을 개발하였다. 이에 대한 검증을 위해 전기적 이방성 모델 중 대표적인 사암-셰일 박리층 모델과 개발된 알고리듬으로 구현한 이방성 모델, 그리고 물리검층에서 이방성 대신 사용되는 유효 등방성 모델에 대하여 수치 모델링을 수행하고 각각의 결과를 서로 비교하였다.
가설 설정
일반적으로 MT 탐사 모델링에서 매질의 전기전도도가 등방성이라는 가정 하에, 스칼라(scalar) 값을 이용하지만, 이 연구에서는 수직횡등방성이나 수평횡등방성의 전기적 이방성을 구현하기 위해 전기전도도를 다음과 같이 대각 행렬에만 값이 존재하는 텐서(#)로 가정하였다.
1과 같이 설정하여, 이를 같은 조건에서 이상체의 전기비저항만 다르게 설정한 이방성 모델 및 등방성 모델과 비교하였다(저자들이 찾아본 바로 기존의 연구 중 수직횡등방성 MT 반응 계산 결과를 제시한 믿을 만한 저널 논문을 찾을 수 없어, 본 연구에서 개발한 알고리듬을 검증할 수 있는 유일한 방법이 이와 같은 모델을 상정하는 것이라 판단하였다). 박리층 모델은 이방성 모델 중 대표적인 사암-셰일 박리층을 가정하였는데 일반적으로 셰일은 공극률은 작지만 분자 구조 내 수분 때문에 전기비 저항이 낮은 특성을 고려하여 셰일층의 전기비저항은 5 ohm-m로 설정하였고, 사암은 셰일에 비해 전기비저항이 높으므로 사암층의 전기비저항은 50 ohm-m로 설정하였다(Fig. 1b). 지표면으로부터 100 m 아래에 위치한 박리층 이상체의 총 두께는 500 m이며, 이상체는 총 10개의 층으로 각각 50 m 두께를 가지며, 수치모델링 격자는 61 × 61 × 74로 하였다.
1 ohm-m이다. 흔히 이방성 모델의 수평 전기비저항은 등방성 모델의 전기비저항과 같다고 보기 때문에 등방성 모델의 전기비저항은 9.1 ohm-m로 상정하였다(Fig. 2b). 물리검층에서는 이방성 모델 대신 유효 등방성 모델을 사용하기도 하는데 이를 이방성 모델 결과와 함께 비교하기 위해 Moran-Gianzero 모델을 이용하여(Moran and Gianzero, 1979) 유효등방성 전기비저항을 구하였으며(ρt = 15.
인공 지열 저류층을 모사하기 위해 주입정으로부터 생산정으로 물이 흐른다고 가정하여 2 × 0.5 × 1 (km)의 크기로 x축을 따라 긴 모양의 전기비저항 이상대를 심도 2 km에 설정하였고 배경 전기비저항은 1000 ohm-m이며 지열 저류층 전기비저항은 1 ohm-m로 설정하였다.
제안 방법
또한, 심부에 존재하는 지열 저류층과 전기적 이방성 이상체가 함께 있는 수치 반응을 통해 전기적 이방성 이상체의 영향을 분석하고자 한다. 이 연구에서는 Sasaki (1999)의 3차원 모델링 알고리듬을 기반으로 이방성을 고려할 수 있도록 모데링 알고리듬을 개발하였으며, MT 장의 송신원을 고려하기 위하여 1차원 배경매질을 가정한 Dirichlet 경계조건을 이용하였다.
이방성을 고려하기 위하여 (4)식을 엇갈린 격자를 이용한 유한차분법으로 차분식을 구성함에 있어 x, y, z 방향에 따라 서로 다른 전기전도도 값을 적용할 수 있도록 하였다(부록 A). 이와 같이 구성한 최종 선형방정식을 풀어서 전기장을 계산한 뒤, (1)식에 기초하여 보조장인 자기장을 계산하고, 원하는 수신기 위치에서 MT 반응인 겉보기비저항, 위상을 계산하였다.
이방성을 고려하기 위하여 (4)식을 엇갈린 격자를 이용한 유한차분법으로 차분식을 구성함에 있어 x, y, z 방향에 따라 서로 다른 전기전도도 값을 적용할 수 있도록 하였다(부록 A). 이와 같이 구성한 최종 선형방정식을 풀어서 전기장을 계산한 뒤, (1)식에 기초하여 보조장인 자기장을 계산하고, 원하는 수신기 위치에서 MT 반응인 겉보기비저항, 위상을 계산하였다. 이 연구에서는 이러한 MT 반응들 중 MT 자료의 역산에 비대각 임피던스 값으로부터 계산하는 겉보기비저항과 위상만이 가장 많이 이용되기 때문에 이들 반응만을 고려하였다.
횡등방성 이방성 중 이 연구에서는 수평 퇴적층에서 주로 관찰되는 수직횡등방성에 대해서만 수치 해석을 수행하였다. 이러한 수직횡등방성에서는 수평 방향 전기비저항은 동일하고 수직방향 전기비저항만 다르므로(σx = σy ≠ σz, 수평 전기전도도(σh)와 수직 전기전도도(σv)로 나누어 생각할 수 있다(그러므로 수평 전기비저항(ρh)과 수직 전기비저항(ρv)로도 생각할 수 있다).
수직횡등방성 이상체를 고려한 MT 모델링 알고리즘의 타당성을 확인하기 위해 전기비저항이 다른 두 개의 얇은 층이 교대로 층서구조를 이루고 있는 박리층 모델을 Fig. 1과 같이 설정하여, 이를 같은 조건에서 이상체의 전기비저항만 다르게 설정한 이방성 모델 및 등방성 모델과 비교하였다(저자들이 찾아본 바로 기존의 연구 중 수직횡등방성 MT 반응 계산 결과를 제시한 믿을 만한 저널 논문을 찾을 수 없어, 본 연구에서 개발한 알고리듬을 검증할 수 있는 유일한 방법이 이와 같은 모델을 상정하는 것이라 판단하였다). 박리층 모델은 이방성 모델 중 대표적인 사암-셰일 박리층을 가정하였는데 일반적으로 셰일은 공극률은 작지만 분자 구조 내 수분 때문에 전기비 저항이 낮은 특성을 고려하여 셰일층의 전기비저항은 5 ohm-m로 설정하였고, 사암은 셰일에 비해 전기비저항이 높으므로 사암층의 전기비저항은 50 ohm-m로 설정하였다(Fig.
이방성 계수가 2(λ =2)인 수직횡등방성 전기적 이상체(ρv = 20 ohm-m)의 길이에 따른 MT 반응의 변화를 보기 위해 이상체의 x축 방향의 길이(D)가 2 km, 4 km, 6 km로 늘어날 때(Fig. 5a)의 반응을 계산하였다.
5 × 1 (km)의 크기로 x축을 따라 긴 모양의 전기비저항 이상대를 심도 2 km에 설정하였고 배경 전기비저항은 1000 ohm-m이며 지열 저류층 전기비저항은 1 ohm-m로 설정하였다. 또한, 사암-셰일 박리층과 같은 수직 이방성을 지닌 충적 퇴적층이 지열 저류층을 덮고 있는 상황을 구현하기 위해 지표면에 위치한 수직 이방성 전기비저항 이상체의 y축 방향 길이는 2.5 km, 두께는 2 km으로, 수평 전기비저항은 5 ohm-m로 설정하였다. 전기적 이방성이 있을 때와 그렇지 않을 때의 반응을 비교하기 위해 이상체가 이방성을 가질 때와 등방성을 가질 때(이 때 전기비저항은 수평 전기비저항과 같은 5 ohm-m)로 나누어 모델링 하고 함께 그래프에 도시하여 이방성 효과를 가시적으로 볼 수 있도록 하였다.
5 km, 두께는 2 km으로, 수평 전기비저항은 5 ohm-m로 설정하였다. 전기적 이방성이 있을 때와 그렇지 않을 때의 반응을 비교하기 위해 이상체가 이방성을 가질 때와 등방성을 가질 때(이 때 전기비저항은 수평 전기비저항과 같은 5 ohm-m)로 나누어 모델링 하고 함께 그래프에 도시하여 이방성 효과를 가시적으로 볼 수 있도록 하였다.
, 2008)과 진동수에 따른 표피심도(skin depth)로 설명될 수 있을 것이다. 이러한 진동수에 따른 전기적 이상체 영향을 보다 면밀히 관찰하기 위해서, 상부 이상체가 수직횡등방성 이방성을 가질 때와 가지지 않을 때의 가장 큰 차이를 보일 것으로 예상되는 이상체 중앙(수평 원점)에 위치한 수신기에서의 MT 반응을 분석하였다.
이상체의 이방성 특성 변화에 따른 반응 양상을 분석하기 위해, 이방성 이상체의 이방성 계수를 1, 2, 3 그리고 4로 각각 변경하면서 MT 반응을 구한 결과를 비교하였다(Fig. 8). 이상체의 x축 폭은 앞선 모델링 결과에서 이방성 결과와 등방성 결과 차이가 가장 컸던 2 km로 설정하였다.
이 연구에서는 수직 방향과 수평 방향의 전기비저항이 다른 이방성 매질의 전기적 특성을 고려할 수 있는 MT 모델링 알고리듬을 개발하였다. 이에 대한 검증을 위해 전기적 이방성 모델 중 대표적인 사암-셰일 박리층 모델과 개발된 알고리듬으로 구현한 이방성 모델, 그리고 물리검층에서 이방성 대신 사용되는 유효 등방성 모델에 대하여 수치 모델링을 수행하고 각각의 결과를 서로 비교하였다. 박리층 모델과 이방성 모델에 대한 결과는 높은 진동수에서는 약간의 차이를 보이나 거의 동일하게 나타났으나, 유효 등방성 모델에 대한 결과는 다른 두 모델의 결과에 비해 겉보기 비저항과 위상에서 큰 차이를 보여 MT 자료 해석에서는 적합하지 않을 것으로 판단된다.
대상 데이터
지표면으로부터 100 m 아래에 위치한 박리층 이상체의 총 두께는 500 m이며, 이상체는 총 10개의 층으로 각각 50 m 두께를 가지며, 수치모델링 격자는 61 × 61 × 74로 하였다.
이론/모형
Reddy and Rankin(1975)이 최초로 이방성을 고려하는 2차원 MT 모델링 알고리듬을 제시하면서 이방성 층에 이방성을 지닌 암맥이 있는 모델을 분석하였다. 이방성을 고려하는 2차원 MT 모델링 코드로 현재까지 가장 널리 알려진 알고리듬은 Pek and Verner(1997)으로 유한차분법(fenite-difference method; FDM)을 이용하여 임의의 이방성에 대하여 지표면 MT 반응을 구하였다. 3차원 모델링으로는 Martinelli and Osella (1997)가 Rayleigh-Fourier 기법을 이용한 수직 이방성 3D 모델을 제시하였으며, Weidelt (1999)가 엇갈린 격자 유한차분법(staggered-grid finite-difference method)을 이용한 3차원 이방성 매질에서 MT 수치 반응 알고리듬을 개발하였다.
경계값 Maxwell 방정식을 풀기 위해서 먼저, (1)식 양변에 curl을 취하고, (2)식을 대입하여 정리하면 다음과 같은 전기장에 대한 Helmholtz 방정식을 얻는다.
물리검층에서는 이방성 모델 대신 유효 등방성 모델을 사용하기도 하는데 이를 이방성 모델 결과와 함께 비교하기 위해 Moran-Gianzero 모델을 이용하여(Moran and Gianzero, 1979) 유효등방성 전기비저항을 구하였으며(ρt = 15.8 ohm-m) 계산에 사용된 식은 다음과 같다.
전기적 이방성 이상체 모델(Fig. 2a)에서 수직 전기비저항(ρv)과 수평전기비저항(ρh)은 Klein 모델(Park et al., 2014)을 이용하여 계산하였다.
성능/효과
3과 같다. 겉보기 전기비저항과 위상 모두 도시하였을 때 xy 분극(Fig. 3a)에서 yx 분극(Fig. 3b)보다 상대적으로 더 큰 반응이 나타났는데 박리층 모델(파란색)과 등방성 모델의 결과(빨간색)는 상당히 비슷한 경향성과 값을 보였다. 반면, 유효 등방성 모델(초록색)은 경향성은 비슷하지만 값에서 다소 차이를 보인다.
로그 스케일로 그려진 겉보기 비저항 그래프의 특성상 차이가 많이 나타나는 것으로 보이나, 실제로는 거의 차이 없는 결과 값을 보여주고 있다. 이러한 결과로부터 이 연구에서 채택한 이방성 수치모델링 알고리듬의 타당성을 확인할 수 있었다.
다만, 유효 등방성 모델은 겉보기 전기비저항에서는 큰 차이를 보이며 위상에서도 나머지 두 모델과 차이를 보이는 것으로 보아 MT에서는 수직 횡등방성에 대해 유효 등방성 모델이 잘 맞지 않는것을 확인할 수 있었다. 이는 유효 등방성 모델이 개발되고 적용된 분야인 물리검층에서는 검층 환경의 특성상, 전류가 주로 수직방향으로 흐르지만 자연 평면파에 의한 전자기장을 측정하는 MT 탐사에서는 주된 전류 흐름이 수평 방향이기 때문이다.
6에 나타내었다. 두 진동수 모델링 결과 모두 상부의 이상체가 등방성일 때와 비교하여, 수직 횡등방성 이방성을 가질때 MT 반응의 차이를 보인다. 특히, 상대적으로 낮은 진동수인 0.
7)의 경우 이상체 길이의 변화와 상관없이 높은 진동수 영역에서는 이상체의 이방성 여부와 상관없이 값의 차이가 보이지 않다가 10 Hz 이하에서부터 차이가 나타난다. 또한, 겉보기 전기비저항과 위상 모두 전기비저항 이상체 길이가 가장 작은 2 km일 때 차이가 가장 크게 났으며 이상체 길이가 6 km일 때 차이가 가장 적었다. 수직 횡등방성 이방성 이상체가 지열 저류층과 같은 전기비저항 이상체와 함께 있을 경우 수직 전류흐름이 두 이상체의 양 끝 가장자리에 나타난다.
수평 전기비저항(ρh)이 5 ohm-m라고 하면 이방성 계수가 1, 2, 3, 4로 변할 때, (5)식을 이용하여 계산되는 수직 전기비저항(ρv)은 각각 5, 20, 45, 80 ohm-m 이다. 이방성 계수가 1, 2, 3, 4로 증가할수록 이방성 모델의 Zxy 모드 겉보기 전기비저항이 등방성일 때보다 그 크기가 감소하였으며, 그 변화폭은 점점 줄어들었다. 특히, 변화가 가장 크게 나타난 1 Hz에서의 겉보기 전기비저항은 등방성(이방성 계수 λ =1) 모델 대비 62.
이에 대한 검증을 위해 전기적 이방성 모델 중 대표적인 사암-셰일 박리층 모델과 개발된 알고리듬으로 구현한 이방성 모델, 그리고 물리검층에서 이방성 대신 사용되는 유효 등방성 모델에 대하여 수치 모델링을 수행하고 각각의 결과를 서로 비교하였다. 박리층 모델과 이방성 모델에 대한 결과는 높은 진동수에서는 약간의 차이를 보이나 거의 동일하게 나타났으나, 유효 등방성 모델에 대한 결과는 다른 두 모델의 결과에 비해 겉보기 비저항과 위상에서 큰 차이를 보여 MT 자료 해석에서는 적합하지 않을 것으로 판단된다. 심부 2 km에 위치한 지열 저류층과 그 상부에 위치한 이방성 이상체에 대한 수치 모형 반응에서는 이방성 이상체의 길이가 줄어들수록 수직 전기비저항의 영향이 크게 나타났다.
박리층 모델과 이방성 모델에 대한 결과는 높은 진동수에서는 약간의 차이를 보이나 거의 동일하게 나타났으나, 유효 등방성 모델에 대한 결과는 다른 두 모델의 결과에 비해 겉보기 비저항과 위상에서 큰 차이를 보여 MT 자료 해석에서는 적합하지 않을 것으로 판단된다. 심부 2 km에 위치한 지열 저류층과 그 상부에 위치한 이방성 이상체에 대한 수치 모형 반응에서는 이방성 이상체의 길이가 줄어들수록 수직 전기비저항의 영향이 크게 나타났다. 또한, 이방성 계수가 커질수록 등방성 결과와 차이는 커지지만 그 변화폭은 점점 작아지는 것을 확인할 수 있었다.
심부 2 km에 위치한 지열 저류층과 그 상부에 위치한 이방성 이상체에 대한 수치 모형 반응에서는 이방성 이상체의 길이가 줄어들수록 수직 전기비저항의 영향이 크게 나타났다. 또한, 이방성 계수가 커질수록 등방성 결과와 차이는 커지지만 그 변화폭은 점점 작아지는 것을 확인할 수 있었다. 향후 이 연구에서 개발한 MT 모델링 알고리듬을 기반하여 수직횡등방성뿐만 아니라 수평, 경사횡등방성 이상체나 지층에 의한 영향 등에 대한 연구를 수행할 계획이다.
후속연구
전기장이 수평으로 분극된 평면파 송신원을 가정하는 MT 탐사에서 수직횡등방성 이방성의 영향 즉 수직 전기비저항의 영향이 나타나기 위해서는 수직방향의 전류의 흐름이 있어야 하며, 이러한 수직방향의 전류 흐름은 이상체의 양 끝단에서 가장 크게 발생한다(1차원 층서 구조인 경우에는 모든 진동수 영역에서 수직방향 전류 흐름이 없기 때문에 수직횡등방성 이방성의 영향은 나타나지 않을 것이다). 이에 대해서는 다양한 크기의 수직횡등방성 이상체에 대한 진동수에 따른 반응의 분석을 통해 보다 심도 있는 분석을 향후 수행하여야 할 것이다.
또한, 이방성 계수가 커질수록 등방성 결과와 차이는 커지지만 그 변화폭은 점점 작아지는 것을 확인할 수 있었다. 향후 이 연구에서 개발한 MT 모델링 알고리듬을 기반하여 수직횡등방성뿐만 아니라 수평, 경사횡등방성 이상체나 지층에 의한 영향 등에 대한 연구를 수행할 계획이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
자기지전류 탐사법은 무엇인가?
자기지전류(magnetotelluric; MT) 탐사법은 자연전자기장에 의한 지표에서의 전기장 및 자기장을 측정하여 지하 매질의 전기적 구조를 규명하는 탐사 방법으로 현재 많은 전자(electromagnetic; EM) 탐사법들 중 가장 성공적으로 활용되고 있는 탐사법이다. MT 탐사에 이용되는 송신원인 자연전자기장은 MT장이라고도 하며 이는 지전류(telluric current)와 지자기장(geomagnetic field)으로 이루어져 있다.
MT장은 무엇으로 이루어져 있는가?
자기지전류(magnetotelluric; MT) 탐사법은 자연전자기장에 의한 지표에서의 전기장 및 자기장을 측정하여 지하 매질의 전기적 구조를 규명하는 탐사 방법으로 현재 많은 전자(electromagnetic; EM) 탐사법들 중 가장 성공적으로 활용되고 있는 탐사법이다. MT 탐사에 이용되는 송신원인 자연전자기장은 MT장이라고도 하며 이는 지전류(telluric current)와 지자기장(geomagnetic field)으로 이루어져 있다. MT장은 전리층과 자기권내 전류에 의해 기인하며, 이는 측정장소 및 시간에 따라 항상 변화하기 때문에 MT 탐사에서는 지구 내부의 전기전도도 구조를 규명하기 위해 측정된 전기장 및 자기장을 그대로 사용하는 것이 아니라 자기장과 전기장 간의 관계(Tikhonov, 1950)나 자기장 성분들간의 상호 관계(Vozoff, 1991)를 이용한다.
이방성 매질의 전기적 특성을 고려할 수 있는 MT 모델링 알고리즘의 검증을 위해 무엇을 비교하였는가?
이 연구에서는 수직 방향과 수평 방향의 전기비저항이 다른 이방성 매질의 전기적 특성을 고려할 수 있는 MT 모델링 알고리듬을 개발하였다. 이에 대한 검증을 위해 전기적 이방성 모델 중 대표적인 사암-셰일 박리층 모델과 개발된 알고리듬으로 구현한 이방성 모델, 그리고 물리검층에서 이방성 대신 사용되는 유효 등방성 모델에 대하여 수치 모델링을 수행하고 각각의 결과를 서로 비교하였다. 박리층 모델과 이방성 모델에 대한 결과는 높은 진동수에서는 약간의 차이를 보이나 거의 동일하게 나타났으나, 유효 등방성 모델에 대한 결과는 다른 두 모델의 결과에 비해 겉보기 비저항과 위상에서 큰 차이를 보여 MT 자료 해석에서는 적합하지 않을 것으로 판단된다.
참고문헌 (28)
Bedrosianm, P. A., Weckmann, U., Rittter, O., Hammer, C., Hubert, J., and Jung, A., 2004, Electromagnetic monitoring of the Gross Schonebeck stimulation experiment, proceedings Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gessellschaf, 64, 124-130.
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