[논문]소형루프 전자탐사법을 이용한 연약지반 조사

김기주; 조인기; 임진택; 경규하; 김봉찬

문제 정의

이 지역의 전기비저항은 염수로 인하여 1 ohm-m 정도의 매우 낮은 값을 보이기 때문에 전기비저항 탐사의 적용이 어려우며, 매립토가 고화되지 않았기 때문에 탄성파 탐사의 적용도 제한을 받을 수밖에 없다. 또한 조사지역이 매우 넓고 평탄하며, 10 m 이내의 천부정보를 파악하는 것이 조사의 주된 목적이었다. 이러한 이유로 본 조사에서는 소형루프 전자탐사법을 적용하였다.
또한 이 결과를 시추조사와 시추에서 채취된 토양시료의 염분함량 분석결과와 비교 분석하여 조사지역의 전반적인 염수대의 분포를 파악하고자 시도하였다.
본 조사에서는 서해안 모처의 매립지 지반조사를 위하여 26개의 측선에 대하여 소형루프 전자탐사를 실시하였다. 획득된 자료에 대하여 1차원 역산을 수행하고 이를 종합하여 조사지역의 3차원적 전기비저항 분포를 파악하였으며, 이 결과를 해석하여 매립토의 두께, 염수 침투대 및 기반암의 심도에 관한 정보를 추출하였다.

제안 방법

서해안 매립지의 지반조사를 위하여 소형 루프 전자탐사를 수행하였다. 또한 16개소의 시추조사를 통하여 풍화토, 염암 두께를 관측하고, 각 시추공에서 채취된 시료로부터 토양 염분 이온농도 자료를 측정하였다. 획득된 소형루프 전자탐사 자료에 대하여 1차원 역산을 수행하고, 이를 종합하여 심도별 전기비저항 분포도를 작성하였다.
이러한 이유는 이지역의 전기비저항이 오히려 쓰레기 매립지보다 낮은 전기비저항을 가질 수 있다는 것과 매립쓰레기의 종류가 플라스틱류와 비닐을 포함한 전기적 부도체로서 비저항을 높이는 요소로 작용했다고 볼 수 있다. 본 조사에서는 시추공에서 채취한 시료를 화학성분 분석을 하였으며 전기전도도와 염분농도에 대한 상관식을 통계적으로 계산하고 이를 이용하여 전자탐사에서 얻어진 전기전도도 분포 영상을 염분농도 분포단면으로의 변환하여 보다 정량적인 해석을 시도하였다.
서해안 매립지의 지반조사를 위하여 소형 루프 전자탐사를 수행하였다. 또한 16개소의 시추조사를 통하여 풍화토, 염암 두께를 관측하고, 각 시추공에서 채취된 시료로부터 토양 염분 이온농도 자료를 측정하였다.
현장에서 얻어진 소형루프 전자탐사 6개의 주파수 자료중 잡음이 심한 810 Hz 와 47010 Hz 자료를 제거하고 나머지 4개의 주파수 자료 2190~30330 Hz에 대하여 공간필터링 및 내삽을 통하여 3 m 간격으로 다시 샘플링하여 역산에 사용하였다. 측정된 자료중 2차장의 크기가 상대적으로 큰 이상성분만을 역산에 사용하였다.
또한 16개소의 시추조사를 통하여 풍화토, 염암 두께를 관측하고, 각 시추공에서 채취된 시료로부터 토양 염분 이온농도 자료를 측정하였다. 획득된 소형루프 전자탐사 자료에 대하여 1차원 역산을 수행하고, 이를 종합하여 심도별 전기비저항 분포도를 작성하였다. 전기비저항 분포도를 통하여 이 지역은 지하수위가 약 1 m 정도이고, 그 하부는 염분함량이 매우 높은 매립토, 그리고 원지반의 경계를 추정할 수 있었으며, 이는 시추조사에 확인된 결과와 잘 부합되는 것으로 확인되었다.
본 조사에서는 서해안 모처의 매립지 지반조사를 위하여 26개의 측선에 대하여 소형루프 전자탐사를 실시하였다. 획득된 자료에 대하여 1차원 역산을 수행하고 이를 종합하여 조사지역의 3차원적 전기비저항 분포를 파악하였으며, 이 결과를 해석하여 매립토의 두께, 염수 침투대 및 기반암의 심도에 관한 정보를 추출하였다. 또한 이 결과를 시추조사와 시추에서 채취된 토양시료의 염분함량 분석결과와 비교 분석하여 조사지역의 전반적인 염수대의 분포를 파악하고자 시도하였다.

대상 데이터

금번 조사지역은 서해안 모처의 해안가에 위치한 매립지로 지하수위가 1 m 이내에 존재한다. 이 지역의 전기비저항은 염수로 인하여 1 ohm-m 정도의 매우 낮은 값을 보이기 때문에 전기비저항 탐사의 적용이 어려우며, 매립토가 고화되지 않았기 때문에 탄성파 탐사의 적용도 제한을 받을 수밖에 없다.
자료획득은 Geophex 사의 GEM-2H를 이용하여 총 26개 측선에서 14 km의 전자탐사 자료를 획득하였다. 또한 조사지역내에 위치하는 16개의 시추공으로 부터 시료를 채취하여 이온농도와 암상자료를 획득하였다.
1은 소형루프 전자탐사가 수행된 측선도 및 시추위치를 나타낸 것이다. 사용된 주파수는 810 ~ 47010 Hz 구간에서 대수적으로 등간격을 가지는 6개의 주파수를 사용하였다. 자료획득은 Geophex 사의 GEM-2H를 이용하여 총 26개 측선에서 14 km의 전자탐사 자료를 획득하였다.
4는 소형루프 전자탐사 결과 얻어진 사용하여 심도별 전기비저항 분포도를 작성하였다. 연구지역은 건조한 표층과 지하수의 영향이 미치지 않는 심도 1 m 이내에서 수십 ohm-m의 값을 보이며 하부로 갈수록 전기비저항 값은 감소하기 시작하여 심도 약 5 m에서 1 ohm-m 정도의 가장 낮은 비저항값을 갖는다. 심도 10~15 m 구간에서 전기비저항은 증가하며 심도 20 m에서는 수 ohm-m의 전기비저항 값으로 다시 증가하는 것을 보여주고 있다.
사용된 주파수는 810 ~ 47010 Hz 구간에서 대수적으로 등간격을 가지는 6개의 주파수를 사용하였다. 자료획득은 Geophex 사의 GEM-2H를 이용하여 총 26개 측선에서 14 km의 전자탐사 자료를 획득하였다. 또한 조사지역내에 위치하는 16개의 시추공으로 부터 시료를 채취하여 이온농도와 암상자료를 획득하였다.
조사지역은 완만한 경사를 가지는 해안가 매립지로 조사지역내의 고도차는 2 m 내외를 가진다. Fig.

이론/모형

측정된 자료중 2차장의 크기가 상대적으로 큰 이상성분만을 역산에 사용하였다. 역산은 ACB법(Yi et al., 2003)을 사용하였으며, 역산 반복회수는 20회, 층의 개수는 8개로 설정하였다.
또한 조사지역이 매우 넓고 평탄하며, 10 m 이내의 천부정보를 파악하는 것이 조사의 주된 목적이었다. 이러한 이유로 본 조사에서는 소형루프 전자탐사법을 적용하였다.

성능/효과

또한 심도 3 m에서의 전기비저항 분포도에 나타나는 국지적 고비저항 영역이 육안 및 탐문조사에서 추정된 쓰레기 매립지와 어느 정도 일치함을 확인하였다. 이것은 일반적으로 알려진 쓰레기 매립지에서의 저비저항 분포와는 다른 결과를 보여준다.
주목할 만한 것은 점선으로 둘러싸인 곳은 육안으로 관찰된 쓰레기 매립지 또는 탐문조사에서 쓰레기 매립이 의심되어지는 곳이다. 소형루프 전자탐사 결과 전기비저항 분포도에서는 이 구간 주변에서 높은 비저항을 보이는 경향이 측정되었다.
2에 나타난 바와 같이 현장자료와 이론자료가 잘 일치하고 있어 역산 결과의 신뢰도가 높은 것으로 판단된다. 역산결과는 심도 1 m 이내의 표층은 수십 ohm-m 정도의 상대적으로 높은 전기 비저항 값을 보이며, 그 하부로 12 m 깊이까지 약 1~2 ohm-m 이며, 전기비저항 값은 12 m 하부에서 다시 증가하여 전기비저항은 약 8 ohm-m 로 증가하는 양상을 나타내고 있다. 이러한 결과는 상부의 건조한 표토층은 비교적 높은 비저항을 보이며, 지하수면 즉 염수대는 1~2 ohm-m 이하의 매우 낮은 비저항을 나타내며 그 하부에 나타나는 기반암 혹은 원지반에서는 전기비저항의 점진적 증가를 의미하는 것으로 해석된다.
(b)는 심도 5 m에서 채취된 토양시료를 분석하여 얻어진 염소이온 농도와 전기비저항 값의 상관성 곡선이다. 일부 측정점에서의 아웃 라이어를 제거하면 두 물성값은 어느 정도 일치하는 상관계수를 보여주고 있어 염분농도가 증가할수록 전기비저항이 거의 선형적으로 감소함을 알 수 있다. 하지만 전기비저항의 변화 폭이 매우 작으며, 염분농도가 전기비저항값에 영향을 미치는 유일한 변수가 아니라는 점에 유의해야 한다.
획득된 소형루프 전자탐사 자료에 대하여 1차원 역산을 수행하고, 이를 종합하여 심도별 전기비저항 분포도를 작성하였다. 전기비저항 분포도를 통하여 이 지역은 지하수위가 약 1 m 정도이고, 그 하부는 염분함량이 매우 높은 매립토, 그리고 원지반의 경계를 추정할 수 있었으며, 이는 시추조사에 확인된 결과와 잘 부합되는 것으로 확인되었다.

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