[논문]가은지역 석회 공동 탐지를 위한 고정밀 중력탐사

박영수; 임형래; 임무택; 구성본

가은지역 석회 공동 탐지를 위한 고정밀 중력탐사
A Microgravity for Mapping Karstic Cavities at Gaeun 원문보기

박영수 (한국지질자원연구원 지질기반정보연구부) , 임형래 (한국지질자원연구원 지질기반정보연구부) , 임무택 (한국지질자원연구원 지질기반정보연구부) , 구성본 (한국지질자원연구원 지질기반정보연구부)

경북 문경군 가은읍 가은역 일대 석회암 분포 지역에서 지하 공동의 위치 및 발달 양상을 파악하기 위하여 고정밀 중력탐사를 하였다. 측점 간격은 4m로 하여 모두 약 1,100 측점에서 중력을 측정하였다. 잔여 부게 이상도에서 가장 낮은 중력 이상대를 지나는 3개의 측선에 대하여 MS(minimum support) 역산으로 밀도 분포 단면을 작성하였다. 또한, growing body 역산을 이용하여 3차원 밀도 분포 영상을 구하였다. 2차원과 3차원 밀도 분포도는 공동이 발달한 지역을 잘 가리키고 있으며, 석회암이 지하수에 부분적으로 용해되어 복잡한 형태의 공동 시스템을 구성하고 있고 부분적으로는 상당히 얕은 곳까지 발달해 있을 것으로 해석된다.

A microgravity survey was applied for detecting and mapping karstic cavities over limestone area at Gaeun. The gravity data were collected at about 1, 100 stations by 4 m interval. The density distribution beneath the profiles was drawn by two dimensional inversion based on the minimum support stabilizing functional, which generated better focused images of density discontinuities. We also imaged three dimensional density distribution by growing body inversion. The density image showed that the cavities were dissolved, enlarged and connected into a cavity network system.

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문제 정의

경상북도 문경군 가은읍 가은역 일대의 석회암 분포지역에서 지하의 석회 공동의 존재와 그 발달 양상을 파악하기 위하여 고정밀 중력탐사를 하였다. 이 지역의 지표 지질은 조선누층군의 대석회암층군, 평안층군의 금천/밤치층, 장성층, 옥녀봉층으로 구성된다.

제안 방법

또한, 측점이 3차원 해석을 할 만큼 충분히 촘촘하지는 못하지만, 3차원 역산으로 지하의 3차원 밀도 분포를 구하였다. 3차원 중력 역산은 Camacho et al.
1은 측점도이다. 많은 측점을 대상으로 하므로 Scintrex CG-3와 CG-5 그리고 ZLS Burris 중력계 등 모두 3대의 전자식 자동 측정 중력계를 사용하여 측정하였다. 중력계 계기 보정을 위하여 평균 1.
잔여 부게 이상도에서 가장 낮은 중력 이상대를 지나는 3개의 역산 측선을 설정하여 2차원 MS(minimum support) 역산을 하였다. 규모가 작고 형태가 복잡한 지하 공동을 정밀하게 분해하여 영상화하기 위해서는 모델 파라미터인 물성(밀도차)이 급격하게 변화하거나 불연속한 경계부를 뚜렷하게 구현해 주는 역산이 요구되는데, 이러한 경우에 MS 역산이 우수한 결과를 보여준다(박영수 등, 2004).
많은 측점을 대상으로 하므로 Scintrex CG-3와 CG-5 그리고 ZLS Burris 중력계 등 모두 3대의 전자식 자동 측정 중력계를 사용하여 측정하였다. 중력계 계기 보정을 위하여 평균 1.5시간에 한번씩 가은역 앞에 설정한 basestation에서 되돌이 측정을 하였으며, 표준 중력은 한국표준과학연구원의 중력 기준점을 이용하였다. 측량은 Trimble 5700을 사용하여 DGPS(Differential GPS)로 기준점을 설정하고, 각 측점들은 Leica Total Station 1100 광파측량기를 이용하여 기준점에 대한 상대 좌표를 구한 후, 기준점으로부터 절대 좌표를 결정하였다.
5시간에 한번씩 가은역 앞에 설정한 basestation에서 되돌이 측정을 하였으며, 표준 중력은 한국표준과학연구원의 중력 기준점을 이용하였다. 측량은 Trimble 5700을 사용하여 DGPS(Differential GPS)로 기준점을 설정하고, 각 측점들은 Leica Total Station 1100 광파측량기를 이용하여 기준점에 대한 상대 좌표를 구한 후, 기준점으로부터 절대 좌표를 결정하였다. 측량 오차는 3 mm 이내로 유지하도록 하여 측량에 의한 중력 오차는 1 μGal 이하일 것으로 예상한다.
탐사 현장은 지방도를 중심으로 서쪽은 마을이고 동쪽은 버려진 철길이나 밭 또는 나대지이다. 측선은 도로, 마을 안 골목 그리고 철길 등을 따라서 설정하였으며, 측점 간격은 4m로 하여 모두 약 1,100 측점에서 중력을 측정하였다. Fig.

대상 데이터

조사 지역에서는 23개 공의 시추를 하였는데, 각 시추공에서 밝혀진 공동의 발달 상황은 Fig. 5와 같다. 중앙교회를 포함하는 블록의 BP4 ~ BP11 시추공에서 공동들이 잘 발달 되어 있는 결과를 보이는데, 이것은 낮은 중력 이상대가 BP4, BP7, BP6, BP9에서 가장 낮은 중력 이상대를 보여주는 등 중력탐사의 결과와 잘 일치함을 보여준다.
탐사 현장은 지방도를 중심으로 서쪽은 마을이고 동쪽은 버려진 철길이나 밭 또는 나대지이다. 측선은 도로, 마을 안 골목 그리고 철길 등을 따라서 설정하였으며, 측점 간격은 4m로 하여 모두 약 1,100 측점에서 중력을 측정하였다.

이론/모형

3차원 중력 역산은 Camacho et al.(2000)의 Growing body inversion을 이용하였다. 이 역산법은 중력 자료가 3차원 지형에서 불규칙한 형태로 측정되더라도 적용이 가능하고, 최종적으로 찾아갈 이상체의 개수를 미리 정하지 않고 시작함으로 다수의 이상체를 동시에 역산 해석할 수 있다.

성능/효과

5와 같다. 중앙교회를 포함하는 블록의 BP4 ~ BP11 시추공에서 공동들이 잘 발달 되어 있는 결과를 보이는데, 이것은 낮은 중력 이상대가 BP4, BP7, BP6, BP9에서 가장 낮은 중력 이상대를 보여주는 등 중력탐사의 결과와 잘 일치함을 보여준다.

후속연구

이러한 자료 분포로는 고해상도의 3차원 역산 단면을 얻기에는 부족한 부분이 있다. 향후 낮은 밀도 이상대를 중심으로 측점을 측선의 형태로 설정하지 않고 마을 안 쪽에서도 무작위로 퍼져 있는 형태로 중력을 측정하여 random grid 형태의 중력 자료를 얻는다면 좀 더 분해능이 높은 3차원 밀도 분포도를 작성할 수 있을 것이다.

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