Gravity method could be one of the most effective tool for evaluating the soundness of basement which is directly correlated with density and its variations. Moreover, Gravimeter is easy to handle and strong to electromagnetic noises. But, gravity anomaly due to the target structures in engineering ...
Gravity method could be one of the most effective tool for evaluating the soundness of basement which is directly correlated with density and its variations. Moreover, Gravimeter is easy to handle and strong to electromagnetic noises. But, gravity anomaly due to the target structures in engineering and environmemtal applications are too small to detect, comparing to the external changes, such as, elevation, topography, and regional geological variations. Gravity method targeting these kinds of small anomaly sources with high precision usually called microgravity. Microgravimetry with precision and accuracy of few ${\mu}Gal$, can be achieved by the recent high-resolution gravimeter, careful field acquisition, and sophisticated processing, analysis, and interpretation routines. This paper describes the application of the microgravity, such as, density structure of a rock fill dam, detection of abandoned mine-shaft, detection and mapping of karstic cavities in limestone terrains, and time-lapse gravity for grout monitoring. The case studies show how the gravity anomalies detect the location of the targets and reveal the geologic structure by mapping density distributions and their variations.
Gravity method could be one of the most effective tool for evaluating the soundness of basement which is directly correlated with density and its variations. Moreover, Gravimeter is easy to handle and strong to electromagnetic noises. But, gravity anomaly due to the target structures in engineering and environmemtal applications are too small to detect, comparing to the external changes, such as, elevation, topography, and regional geological variations. Gravity method targeting these kinds of small anomaly sources with high precision usually called microgravity. Microgravimetry with precision and accuracy of few ${\mu}Gal$, can be achieved by the recent high-resolution gravimeter, careful field acquisition, and sophisticated processing, analysis, and interpretation routines. This paper describes the application of the microgravity, such as, density structure of a rock fill dam, detection of abandoned mine-shaft, detection and mapping of karstic cavities in limestone terrains, and time-lapse gravity for grout monitoring. The case studies show how the gravity anomalies detect the location of the targets and reveal the geologic structure by mapping density distributions and their variations.
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문제 정의
우리나라에서는 아직 고정밀 중력탐사가 토목, 환경 문제에 효과적인 수단이 될 수 있다는 것이 널리 인식되어 있지 않아 적용 사례가 그리 많지는 않다. 이 논문은 고정밀 중력탐사에 대한 전반적인 내용과 현장 적용 사례들을 소개한다.
전남 화순군 지방도 공사 설계와 관련하여 과거 가행되었던 것으로 알려진 소규모 탄광의 폐갱도 또는 채굴적의 확인을 위하여 고정밀 중력탐사를 하였다. 폐광산에 대한 도면이 남아있지 않고, 폐광 당시에 발파로 막았다는 입구의 위치를 근처의 지형과 비교하여 추정할 수 있을 뿐이었다.
가설 설정
(c) Residual gravity anomaly map by polynomial fitting. (d) Final residual gravity anomaly map, that is, the effect of the bedrock attached at the slant edge of the dam was reduced.
제안 방법
댐은 그 안전성이 매우 크게 요구되는 구조물이어서 댐의 누수 및 침하에 대한 우려는 가끔 사회적 이슈가 되기도 한다. 사력댐의 밀도 구조를 확인하기 위하여 고정밀 중력탐사를 적용하였다. 댐 상부와 댐의 양쪽 사면에서 5m간격으로 230여 측점에서 Scintrex AutoGrav CG-3를 이용하여 중력을 측정하였다.
사력댐의 밀도 구조를 확인하기 위하여 고정밀 중력탐사를 적용하였다. 댐 상부와 댐의 양쪽 사면에서 5m간격으로 230여 측점에서 Scintrex AutoGrav CG-3를 이용하여 중력을 측정하였다. 특히 댐 위에 부는 강한 바람의 영향을 줄이기 위하여 중력계에 바람막이를 씌워서 측정하였다.
댐 상부와 댐의 양쪽 사면에서 5m간격으로 230여 측점에서 Scintrex AutoGrav CG-3를 이용하여 중력을 측정하였다. 특히 댐 위에 부는 강한 바람의 영향을 줄이기 위하여 중력계에 바람막이를 씌워서 측정하였다.
3은 잔여 중력 이상을 추출한 과정을 보여준다. 지형 효과는 댐에서 5km 이내에서는 30m x 30m 격자망을 구성하여 삼각 요소법으로 계산하였으며, 호수의 물에 의한 효과도 고려하였다. Fig.
탐사가 요구하는 정밀도가 매우 높으므로 측점의 간격은 예상 폐갱도 근처에서는 1m로 하였고, 멀어지면서 차차 2m~3m로 하여, 모두 6개 측선에 걸쳐 총 153 측점에서 중력을 측정하였다. 현장의 평균 경사가 약 38°이고 지표 상황이 열악하여, 조심스럽게 측점을 설정하였다.
3차원의 경우는 문제가 더욱 심각해진다. 이를 위하여 Euler 디컨벌루션으로 이상체의 위치 정보를 얻어, 오일러 방정식의 해 주위의 일정 범위 이내의 모델 공간만을 추려서 역산 모델공간을 형성하는 방법을 고안하였다. Fig.
시간 간격을 두고 여러 번 중력을 측정하여 비교하는 시간차 중력탐사는 지하의 밀도구조의 시간에 따른 변화를 관측하는 매우 경제적이고 효과적인 수단이다. 전남 무안군 용월리 상동마을 진입로에서 그라우팅 전과 후의 지하 밀도 분포의 변화를 관측하기 위한 시간차 고정밀 중력탐사를 하였다. 탐사는 2005년 10월 10일과 2006년 9월 7일 두 차례에 걸쳐 이루어졌다.
침하의 원인인 지하 공동은 시대 미상의 편암류 내에 협재된 박층 또는 렌즈상의 석회암이 용식되어 발달하였다. 무안읍 북쪽 약 3 km에 위치한 전남 무안군 무안읍 용월리 덕보들에서 지하 공동 mapping을 위하여 고정밀 중력탐사를 하였다. 중력은 마을 진입로와 대략 30 m 간격의 논둑길을 따라 5 m 간격으로 모두 800여 측점에서 측정하였다.
대상 데이터
무안읍 북쪽 약 3 km에 위치한 전남 무안군 무안읍 용월리 덕보들에서 지하 공동 mapping을 위하여 고정밀 중력탐사를 하였다. 중력은 마을 진입로와 대략 30 m 간격의 논둑길을 따라 5 m 간격으로 모두 800여 측점에서 측정하였다. 중력계는 Scintrex AutoGrav CG-3를 사용하였으며, 측점의 위치는 Trimble 5700 DGPS와 Leica Total Station 1100 광파 측량기를 이용하였다.
중력은 마을 진입로와 대략 30 m 간격의 논둑길을 따라 5 m 간격으로 모두 800여 측점에서 측정하였다. 중력계는 Scintrex AutoGrav CG-3를 사용하였으며, 측점의 위치는 Trimble 5700 DGPS와 Leica Total Station 1100 광파 측량기를 이용하였다.
전남 무안군 용월리 상동마을 진입로에서 그라우팅 전과 후의 지하 밀도 분포의 변화를 관측하기 위한 시간차 고정밀 중력탐사를 하였다. 탐사는 2005년 10월 10일과 2006년 9월 7일 두 차례에 걸쳐 이루어졌다. 측선은 도로 북쪽 가녘을 따라 설정되었다.
측선은 도로 북쪽 가녘을 따라 설정되었다. 측선의 길이는 270m이며, 측점 간격은 2m이다. 중력계는 처음 탐사에서는 Scintrex CG-3이고 나중 탐사에서는 ZLS Burris를 사용하였다.
이론/모형
측선의 길이는 270m이며, 측점 간격은 2m이다. 중력계는 처음 탐사에서는 Scintrex CG-3이고 나중 탐사에서는 ZLS Burris를 사용하였다.
성능/효과
우리나라에서는 아직 고정밀 중력탐사가 토목, 환경 문제에 효과적인 수단이 될 수 있다는 것이 널리 인식되어 있지는 않다. 댐의 밀도 구조 확인, 폐갱도 탐지, 석회 공동 탐지, 시간차 중력 모니터링 등 우리나라에서 수행된 현장 탐사 사례를 통하여 고정밀 중력탐사가 토목, 환경 문제에 성공적으로 적용될 수 있음을 보였다.
후속연구
이것은 원래 공동이 광범위하게 발달해 있었는데 시추와 그라우팅으로 지하의 압력 변화를 일으켜 밀도 분포에 변화가 생겼거나, 그라우트가 아직 덜 안정된 상태에서 지하수에 의한 유실 때문이 아닐까 추측할 수 있을 것이다. 또한, 3차원 공동 구조를 2차원 측선 탐사로 해석하는 한계라고 볼 수도 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
고정밀 중력탐사란 무엇인가?
그러나 지반의 안정도와 건전도는 밀도의 분포와 그 변화에 좌우되므로 중력탐사가 이를 평가하는 가장 직접적이고 효과적인 수단이 될 수 있다 더욱이 중력계는 크기가 작고 전자적 잡음에 강하므로 험한 지형이나 도심에서도 탐사가 가능하다는 장점도 있다 그렇지만 고정밀 탐사가 그 대상으로 하는 작은 구조에 의한 중력 이상은 측점의 높이, 위도, 지형 그리고 광역 지질 등에 의한 보다 더 강한 중력효과에 중첩되어 통상적인 중력탐사로는 탐지하기 어려웠다 이러한 작은 규모의 이상 구조를 대상으로 하는 소규모의 정밀 중력탐사를 흔히 “고정밀 중력탐사(microgravity; microgravimetry)”라고 하는데, 이것은 측정의 정밀도와 정확도가 μGal 수준임을 의미하며, 아울러 탐지하고자 하는 대상 구조가 매우 작은 경우를 일컫는다.
중력탐사의 장점은 무엇인가?
근래에 이르러 물리탐사가 지반 조사, 오염 탐지, 지하 매설물 탐지 등 토목, 환경 문제에 적용되는 사례가 많아지고 있다. 중력탐사는 탐사 비용이 싸고, 탐사 깊이가 깊으며, 적용 분야가 다양하다는 장점이 있는 반면에 상대적으로 분해능이 낮아 토목 ․ 환경 목적에는 적용하기 어렵다고 인식되어 왔다.
소규모의 정밀 중력탐사의 발달로 인해 활용되고 있는 곳은 어디인가?
근래에 이르러, 1 μGal 정밀도의 디지털 중력계가 개발되어 측정 오차가 적고 반복성이 우수하며 측정 속도가 빨라 경제적이며 효율적인 고정밀 중력탐사가 가능해짐으로써, 고정밀 중력탐사는 석회 공동, 터널, 채굴적 등의 지하 공동 탐지와 모니터링을 비롯하여 기반암의 견고성 조사, 석유 시추공 모니터링, 화산 활동 모니터링, 지열 유동 모니터링, 가스 저장소 모니터링, 고하상 조사, 구조물 안정성 평가, 고고 유적 탐사 등 다양한 목적에 활용되고 있다.
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