[논문]암종별 P파 속도, 정탄성계수 및 동탄성계수의 상관관계 분석 연구

문성우; 김형신; 윤현석; 서용석

doi:10.9720/kseg.2019.3.339

암종별 P파 속도, 정탄성계수 및 동탄성계수의 상관관계 분석 연구
Relationship between the P Wave Velocity, Static Elastic Modulus, and Dynamic Elastic Modulus of Rocks 원문보기

지질공학 = The journal of engineering geology, v.29 no.3, 2019년, pp.339 - 349

문성우 (충북대학교 지구환경과학과) , 김형신 (충북대학교 방재공학 학과간협동과정) , 윤현석 (충북대학교 지구환경과학과) , 서용석 (충북대학교 지구환경과학과)

초록
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국내 40개 구조물 설계 시 수행된 1,646개의 실내 및 현장시험 결과를 활용하여 국내 암종에 따른 동탄성계수의 분포특성을 파악하기 위하여 암종별 P파 속도, 정탄성계수, 동탄성계수 간의 상관식을 도출하고 기존 연구사례와 비교하여 검증하였다. P파 속도와 정탄성계수의 관계를 살펴보면 편마암에서는 선형, 화강암과 사암에서는 지수 함수의 관계를 보인다. 결정계수($R^2$)는 0.491~0.642로 높지 않지만, 결정계수를 0.836~0.990로 제시하고 있는 기존의 연구사례와 유사한 분포범위를 보인다. 정탄성계수와 동탄성계수의 상관식은 모든 암종에서 선형적인 관계를 보이며, 결정계수는 0.543~0.676이다. P파 속도와 동탄성계수의 상관식은 지수함수의 관계를 보이며, 결정계수는 0.875~0.940으로 높게 나타난다.

Abstract ▼ AI-Helper

The relationship between the P wave velocity, static elastic modulus, and dynamic elastic modulus of different rock types was investigated to identify the distributive characteristics of the dynamic elastic modulus. Laboratory and in situ test results from 1,646 rock specimens, which are obtained for design and construction of structure, were analyzed, and grouped into three key rock types: gneiss, granite, and sandstone. These relationships were verified by comparing them with the results from previous studies. The gneiss samples exhibit a linear P wave velocity-static elastic modulus relationship, whereas the granite and sandstone samples exhibit exponential relationships. Their coefficient of determination ($R^2$) values are all in the 0.491-0.642 range, and are similar to those obtained in previous studies. The relationship between the static and dynamic elastic modulus exhibits a linear relationship for all rock types, yielding a coefficient of determination in the 0.543-0.676 range. The relationship between the P wave velocity and static elastic modulus follows an exponential regression for all rock types, with a high coefficient of determination that is in the 0.875-0.940 range.

주제어

표/그림 (10)

그림 Fig. 1. (a) P wave velocity, (b) dynamic elastic modulus, and (c) static elastic modulus values for the 1,646 analyzed rock specimens. w: weathered rock, s: soft rock, M: moderate rock, and H: hard rock.
그림 Fig. 2. Relationship between the P wave velocity and static elastic modulus for the different rock types.
그림 Fig. 3. Relationship between the static elastic modulus and P wave velocity proposed by previous studies and this study. Correlations (13) ~ (15) from this study are within the range from previous studies.
표 Table 1. Relationship between the static elastic modulus (Es) and P wave velocity (Vp) proposed by previous studies and this study. All of the Es values are in GPa
그림 Fig. 4. Relationship between the static and dynamic elastic modulus for the different rock types.
그림 Fig. 5. Relationship between the static and dynamic elastic modulus proposed by previous studies and this study. Correlations (30) ~ (32) from this study are similar to the range from previous studies, except sedimentary rocks.
표 Table 2. Relationship between the static elastic modulus (Es) and dynamic elastic modulus (Ed) proposed by previous studies and this study
그림 Fig. 6. Relationship between the P wave velocity and dynamic elastic modulus for the different rock types, regard less of the test method. There are high correlations between the P wave velocity and dynamic elastic modulus in the (a) gneiss, (b) granite, and (c) sandstone samples.
그림 Fig. 7. Relationship between the dynamic elastic modulus and Pwavevelocity proposed by previous studies and this study. Correlations (45) ~ (47) from this study are similar to the range from previous studies.
표 Table 3. Relationship between the dynamic elastic modulus (Ed) and P wave velocity (Vp) proposed by previous studies and this study. All of the Ed values are in GPa

AI 본문요약
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문제 정의

본 절에서는 암종별 P 파 속도와 동탄성계수의 상관성을 분석하였다. 두 인자간의 상관관계는 지수함수의 형태로 결정계수는 0.

제안 방법

수집 된 자료는 암종별로 편마암 862개, 화강암 527개, 사암 257개이다. 동일한 현장에서 시행된 시험으로 획득된 자료라도 암반의 풍화 상태에 따라 역학적인 특성이 달라질 수 있기 때문에 각 암종에 대하여 암석의 강도를 기준으로 P 파 속도 동탄성계수, 정탄성계수 분포현황을 상자그림으로 도시하였다(Fig. 1).
정탄성계수의 분포특성을 분석하였다. 또한 비교적 획득이 쉬운 P 파 속도를 통해 동탄성계수를 쉽게 추정할 수 있도록 P 파 속도와 정탄성계수의 관계, 정탄성계수와 동탄성계수의 관계, P 파 속도와 동탄성계수의 관계에 대한 상관식을 제안하고 기존 연구사례와 비교하여 검증하였다.
본 연구에서는 국내 40개 구조물 설계 시 수행된 1, 646개의 실내 및 현장시험 결과를 대상으로 암종별 P 파 속도 동탄성계수, 정탄성계수의 분포특성을 분석하였다. 또한 비교적 획득이 쉬운 P 파 속도를 통해 동탄성계수를 쉽게 추정할 수 있도록 P 파 속도와 정탄성계수의 관계, 정탄성계수와 동탄성계수의 관계, P 파 속도와 동탄성계수의 관계에 대한 상관식을 제안하고 기존 연구사례와 비교하여 검증하였다.
본 연구에서는 국내에서 수행된 1, 646개의 실내 및 현장시험 결과를 이용하여 암종별 P 파 속도, 정탄성계수, 동탄성계수의 상관성을 분석하여 상관식을 제시하였으며, 기존의 연구사례와 비교하여 분석의 신뢰성을 검증하였다.

대상 데이터

of Surface Wave, MASW) 등이 적용되었다. 수집 된 자료는 암종별로 편마암 862개, 화강암 527개, 사암 257개이다. 동일한 현장에서 시행된 시험으로 획득된 자료라도 암반의 풍화 상태에 따라 역학적인 특성이 달라질 수 있기 때문에 각 암종에 대하여 암석의 강도를 기준으로 P 파 속도 동탄성계수, 정탄성계수 분포현황을 상자그림으로 도시하였다(Fig.

이론/모형

분석에 이용된 데이터는 총 1, 646개의 실내 및 현장시험 결과이며, P 파 속도 동탄성계수 정탄성계수 등을 결정하기 위해 초음파 시험, 탄성파 시험, 업홀 시험과 크로스홀 시험(다운홀 시험, SPS 로깅 포함), 다중채널 표면파 탐사(Multichannel Analysis of Surface Wave, MASW) 등이 적용되었다. 수집 된 자료는 암종별로 편마암 862개, 화강암 527개, 사암 257개이다.

성능/효과

(1) P파 속도와 정탄성계수의 상관성을 분석한 결과, 편마암은 선형적인 관계를 보이며, 화강암과 사암은 지수함수의관계를 보인다. 이들의 결정계수는 0.
(2) 정탄성계수와 동탄성계수의 상관성은 모든 암종에서 선형적인 관계를 보인다. 일반적으로 정탄성계수보다 동탄성계수가 큰 값을 보이는 현상은 본 연구의 사암 데이터에서 비교적 두드러지게 나타나고 있다.
(3) 동탄성계수와 정탄성계수에 대한 상관식은 결정계수가 0.541~0.676으로 높은 편에 속하진 않지만 둘의 관계는 선형으로 뚜렷한 경향을 보여준다. 기존 연구사례 중 경암을 대상으로 한 연구 결과들과는 유사한 분포를 보이지만 셰일, 석회암, 이암, 탄산염암과 같은 비교적 강도가 낮은 연암들을 대상으로 한 연구결과들과는 차이를 보이고 있다.
(4) P파 속도와 동탄성계수의 상관식을 기존 연구사례와 비교하면 다른 연구자들의 결과와 큰 차이를 보이지 않고, 결정계수가 0.875~0.940으로 높기 때문에 유의한 결과로 판단된다.
543으로 가장 낮게 나타났다. 모든 암종에서 결정계수가 높은 편에 속한 것은 아니지만 동탄성계수가 정탄성계수보다 높은 값을 보이며, 두 역학성의 관계는 선형으로 뚜렷한 상관성을 나타내고 있다.
상관식 (19), (21), (23)은 화성암-변성암(Igneous-metamorphic rocks) 을 포함하는 다수의 암종이 대상이고, 상관식 (33), (34), (35)는 편마암, 화강암, 사암으로 비교적 강도가 높은 암석들이 대상인 반면 점선으로 표시된 연구사례들(상관식 (26)~(31))은 대부분이 상대적으로 강도가 낮은 셰일, 이암, 탄층등을 포함하는 퇴적암이기 때문에 나타나는 차이인 것으로 판단된다. 본 논문에서 제안한 동탄성계수와 정탄성계수의 상관식은 유사한 암질의 기 연구사례에서 제시한 분포범위에 포함되고 있어 유의한 것으로 판단된다.
, 2008). 본 연구의 결과에서도 동탄성계수가 정탄성계수보다 크게 나타나는 데이터가 편마암(52.0%)이나 화강암(50.0%)보다 사암(61.4%)에서 가장 많이 나타나며, 이는 사암이 일반적으로 공극율이 더 높기 때문인 것으로 판단된다. 또한, 정탄성계수와 동탄성계수의 상관관계에 대한 결정계수(R2)는 사암에서 0.
, 2008; Stan and Idziak, 2008), 실내시험 결과로 부터 추정한 식보다는 다소 낮은 값을 보인다. 화강암, 사암, 편마암을 대상으로 본 연구에서 제안한 P 파 속도와 동탄성계수의 상관식은 기존 연구사례와 비교할 때 약간 낮은 값을 보이지만 유사한 경향을 보이며, 결정계수도 비교적 높게 나타나고 있다.
정탄성계수는 편마암과 사암에서 암석의 강도가 증가함에 따라 중앙값도 증가하는 경향을 보이며, 화강암의 경우 경암보다 연암(soft rock) 에서 높은 중앙값을 보인다. 화강암-연암의 정탄성계수 평균은 37.57 GPa 이고 화강암-경암은 34.01 GPa 로 전체적으로 연암의 정탄성계수가 큰 것을 알 수 있다.

후속연구

990까지 높은 편에 속하므로 신뢰성이 있는 결과로 판단된다. 본 연구에서 확인한 암종별 P 파 속도와 정탄성계수의 상관식 (13)~(15)도 기존 문헌에서 제시한 식들의 분포 범위 내에 존재하고, 상관식을 도출하기 위해 이용한 데이터의 수가 비교적 많기 때문에 국내 암종의 분포범위를 파악하는데 활용 가능하다고 판단된다.

참고문헌 (28)

Altindag, R., 2011, Correlation between P-wave velocity and some mechanical properties for sedimentary rocks, Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy, 112(3), 229-237.
Ameen, M.S., Smart, B.G.D., Someville, J.Mc., Hammilton, S., Naji, N.A., 2009, Predicting rock mechanical properties of carbonates from wireline logs (A case study: Arab-D reservoir, Ghawar field, Saudi Arabia), Marine and Petroleum Geology, 26(4), 430-444.

상세보기
Brotons, V., Tomas, R., Ivorra, S., Grediaga, A., 2014, Relationship between static and dynamic elastic modulus of a calcarenite heated at different temperatures: the San Julian's stone, Bulletin of Engineering Geology and Environment, 73(3), 791-799.
Brotons, V., Tomas, R., Ivorra, S., Grediaga, A., Martinez, J., Benavente, D., Gomez, M., 2016, Improved correlation between the static dynamic elastic modulus of different types of rocks, Materials and Structures, 49(8), 3021-3037.
Chawre, B., 2018, Correlations between ultrasonic pulse wave velocities and rock propertiesof quartz-mica schist, Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 10(3), 594-602.

상세보기
Cheng, C.H., Johnston, D.H., 1981, Dynamic and static moduli, Geophysical Research Letters, 8(1), 39-42.

상세보기
Christaras, B., Auger, F., Mosse, E., 1994, Determination of the moduli of elasticity of rocks. Comparison of the ultrasonic velocity and mechanical resonance frequency methods with direct static methods, Materials and Structures, 27(4), 222-228.

상세보기
Ciccotti, M., Mulargia, F., 2004, Differences between static and dynamic elastic moduli of a typical seismogenic rock, Geophysical Journal International, 157(1), 474-477.

상세보기
Eissa, E.A., Kazi, A., 1988, Relation between static and dynamic young's moduli of rocks, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 25(6), 479-482.
Fei, W., Huiyuan, B., Jun, Y., Yonghao, Z., 2016, Correlation of dynamic and static elastic parameters of rock, Electronic Journal of Geotechnical Engineering, 21(4), 1551-1560.
Khandelwal, M., Singh, T.N., 2009, Correlating static properties of coal measures rocks with P-wave velocity, International Journal of Coal Geology, 79(1), 55-60.

상세보기
King, M.S., 1983, Static and dynamic elastic properties of igneous and metamorphic rocks from the canadian shield, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 20(5), 237-241.
Kumar, H., Mishra, S., Mishra, M.K., 2015, Experimental evaluation of geo-mechanical properties of coal using sonic wave velocity, International Conference on Advances in Agricultural, Biological & Environmental Sciences, London, 41-45.
Lee, B.K., Lee, S.G., Lim, B.M., 2008, A study on the characteristics of dynamic elastic modulus in granite, Journal of Korean Society for Rock Mechanics, 18(5), 386-392 (in Korean with English abstract).
Lee, J.S., Moon, J.K., Choi, W.E., 2011, Analysis of correlation between velocity of elastic wave and mechanical properties of rocks, Journal of Korean Society for Rock Mechanics, 21(1), 50-65 (in Korean with English abstract).
Martinez-Martinez, J., Benavente, D., Garcia-del-Cura, M.A., 2012, Comparison of the static and dynamic elastic modulus in carbonate rocks, Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 71(2), 263-268.

상세보기
Malgorzata, S.V., 2015, Static and dynamic elastic properties, the cause of the difference and conversion methods - case study, Nafta-Gaz, 11, 816-826.
Min, J.H., Lee, S.J., Choi, S.O., 2011, Characteristics of dynamic properties of granite specimen from Chungnam Yeongi area, Journal of Korean Society for Rock Mechanics, 21(6), 480-493 (in Korean with English abstract).
Mockovciakova, A., Pandula, B., 2003, Study of the relation between the static and dynamic moduli of rocks, Metalurgija, 42(1), 37-39.

상세보기
Najibi, A.R., Ghafoori, M., Lashkaripour, G.R., Asef, M.R., 2015, Empirical relations between strength and static and dynamic elastic properties of Asmari and Sarvak limestones, two main oil reservoirs in Iran, Journal of Petroleum Science and Engineering, 126(2), 78-82.
Ryu, K.H., Chang, C.D., 2006, Static and dynamic rock property determined from in-situ and laboratory measurements, KSEG Conference 2006, Daejeon, 347-356 (in Korean with English abstract).
Simmons, G., Brace, W.F., 1965, Comparison of static and dynamic measurements of compressibility of rocks, Journal of Geophysical Research, 70(22), 5649-5656.
Sone, H., Zoback, M.D., 2013, Mechanical properties of shale-gas reservoir rocks - Part 1: Static and dynamic elastic properties and anisotropy, Geophysics, 78(5), D381-D392.

상세보기
Soroush, H., Qutob, H., Weatherford Oil Tool ME Ltd., 2011, Evaluation of rock properties using ultrasonic pulse technique and correlating static to dynamic elastic constants, The 2nd South Asian Geoscience Conference and Exhibition, GEO India 2011, Noida, New Delhi, India, 1-12.
Stan, I., Idziak, A., 2008, Anisotropy of lastic properties of rock mass induced by cracks, Acta Geodynamica et Geomaterialia, 5(2), 153-159.
Sukplum, W., Wannakao, L., Chanasuek, P., Sonlukjai, P., 2014, Static and dynamic elastic properties of the Phu Kradung sandstone at variation applied stress levels, 8th Asian Rock Mechanics Symposium (ARMS8), Sapporo, Japan, 1-9.
Verma, D., Kainthola, A., Singh, R., Singh, T.N., 2012, Assessment of geomechanical properties of some gondwana coal using p-wave velocity, International Research Journal of Geology and Mining, 2(9), 261-274.
Yale, D.P., Jamieson, W.H., 1994, Static and dynamic rock mechanical properties in the Hugoton, Society of Petroleum Engineers, SPE 27939.

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