초록 ▼

본 연구는 제주도 지역의 지하수 자원 확보라는 문제에 초점을 맞추어 물리탐사기술의 효용성을 검토하고, 지하수 개발에 가장 효과적인 탐사기법을 개발하기 위하여 종합적이고도 기초적인 연구를 여러 측면에서의 접근방법으로 수행하였다. 제 1세부과제에서는 탐사방법의 선정 및 탐사자료의 해석에 필수적인 암석의 물성을 측정하고, 제주도의 기반 및 대수층의 특성을 밝히고 위한 광역 물리탐사를 실시하였다. 첫째, 제주도 전역에서 암석시료를 채취하여 체적밀도(bulk density), 대자율(susceptibility), 공극률(porosi

본 연구는 제주도 지역의 지하수 자원 확보라는 문제에 초점을 맞추어 물리탐사기술의 효용성을 검토하고, 지하수 개발에 가장 효과적인 탐사기법을 개발하기 위하여 종합적이고도 기초적인 연구를 여러 측면에서의 접근방법으로 수행하였다. 제 1세부과제에서는 탐사방법의 선정 및 탐사자료의 해석에 필수적인 암석의 물성을 측정하고, 제주도의 기반 및 대수층의 특성을 밝히고 위한 광역 물리탐사를 실시하였다. 첫째, 제주도 전역에서 암석시료를 채취하여 체적밀도(bulk density), 대자율(susceptibility), 공극률(porosity), 탄성파(P, S wave) 속도, 전기비저항(resistivity)을 측정하고, 이들 물성사이의 상관관계를 분석하였다. 둘째, 심부지질구조 파악에 유용한 항공 및 지표자력탐사, 지표중력탐사, MT(magnetotelluric)탐사를 실시하여 지하 구조 및 심부 지하수층을 분석하였다. 셋째, 제주도 형성 말기에 분출한 기생화산의 구조와 지하수사이의 관계를 파악하기 위하여 자연전위(SP; self potential)탐사 및 보조탐사로 쌍극자(dipole-dipole)전기탐사를 실시하였다. 제주도 동부와 서부의 저지대의 광범위하게 분포하는 표선리현무암과 시흥리현무암의 물성은 지역별로 차이를 보인다. 제주도 현무암의 탄성파 속도는 다른 암상보다는 약간 낮은 값을 나타내며, 특히 분출시기 3-2에 속하는 시흥리현무암과 한라산현무암의 시료는 밀도가 높고 공극률이 낮지만, 탄성파 속도가 낮게 나타난다. 대자율은 제주도의 서부와 남부에서 높게 나타난다. 제주도 항공 및 지표 자력이상의 특징은 높은 대자율을 가진느 자력원이 중위도에 위치했을 때 나타나는 일반적인 형태를 보여주며, 자력원은 한라산체와 동, 서 열곡대에 걸쳐 잘 나타나며, 이들 자력원의 경계는 지표에서 보이는 암상의 경계와 비교적 잘 맞는다. 자력기반의 심도는 2.74-2.9㎞ 정도이고 한라산체에서 최대 6㎞의 심도를 보인다. 역산에 의한 대자율의 분포는 한라산체와 동,서 열곡대에서 높은 값을 보이며, 이는 지표암석시료의 대자율 측정결과와 비슷한 경향을 보인다. 지표중력이상은 한라산체를 중심으로 하는 저 이상지역이 가장 특징적으로 동,서 열곡대에서도 저이상대의 분포가 보인다. 밀도불연속의 깊이는 2.5㎞로 자력이상으로 부터 구한 깊이와 매우 유사한 값을 보이고, 역산 결과 한라산체 하부와 열곡대에서 저밀도의 암석이 존재하며 최대 깊이는 한라산체의 중심에서 약 4.5㎞에 이른다. 항공 및 지표 자력이상과 중력이상의 특징은 Lee(1982)가 제안한 제주도의 진화과정에 따른 지질특성과 매우 밀접하게 연관되어 있으며, 지질학적인 자료와 자력 및 중력 이상에서 나타나는 특징 그리고 역해결과를 종합해 볼때 , 중앙 한라산체에서는 고 대자율, 저 밀도의 구조가 지하에 깊이 연장되어 나타나며, 한라산체 양쪽을 열곡대에는 미분화 특성의 마그마가 천부 심도까지 상승한 것으로 보이며, 특히 동쪽의 열곡대에서 매우 뚜렷히 나타난다. 제주도 동부의 조천과 남원을 남북으로 횡단하는 측선상에서 실시한 MT (magnetotelluric)탐사 결과에 의하면 3번 측점의 TE mode 만 제외하고는 모든 측점에서 대수층이라고 여겨지는 200-500 두께의 저비저항대가 확인되었고, 이러한 대수층은 그 위치와 폭 넓은 부존 양상으로 미루어 보아 기저 지하수의 부존 양태를 보여주는 것이라 할 수 있다. 대수층을 제외하고는 거의 동일한 비저항치를 보여주는 것은 자력 및 중력 결과와도 일치한다. 자연전위(SP)탐사를 수행한 저지지역은 몇개의 기생화산이 위치하는데 이를 기생화산에서 현저한 음의 이상이 나타나며 각기의 이상대를 중심으로하는 단극(monopole)의 양상을 보이고 있다. 이는 electrokinetic 효과에 의한 것으로 하부의 연약부에서 압력의 소스가 작용한 전위 분포의 양상을 나타낸다. 제 2세부과제에서는 제주도 지하수 탐사에 가장 유효한 지구 물리 탐사 기술을er, Dipole-Dipole), VLF-EM, 중력, 탄성파탐사를 실시하여 각 방법의 유효성을 비교검토하였다. 아울러 농어촌 진흥공사가 중산간 지역에서 실시한 120점의 슐럼버져 탐사결과를 분석하였다. 또한 자연수위면을 분석하여 Ghyben-Herzberg 관계의 성립여부를 검증하였고 지하수 포장량을 계산하였다. 연구 결과 제주도 대수층의 탐사에 전기탐사가 가장 효과적이고 슬럼버져와 쌍극자배 열 탐사법의 적절한 배합이 최적의 탐사방법으로 판단되었다. 탄성과 탐사는 평탄한 지역에서 source energy 의 증가, field parameter의 신증한 선택으로 유효하게 적용될 수 있음이 밝혀졌다. VLF 탐사는 배수관등 인공구조물이 없는 중산간 지역에서 정성적으로 신속하게 광범위한 지역을 탐사하는 데 유효하게 적용될 수 있다. 중력탐사는 배수로가 될 수 있는 지하동굴을 찾아내는 데 부적합하다고 생각되었다. 중산간 지역의 슐럼버져 탐사 결과의 분석은 상위지하수 분포와 그 지역적 변화양상을 보여주었다. 지하수면의 분석은 제주도 전역에 걸쳐 Ghyben - Herzberg 범칙이 성립하고, 지하수 포장 대수층의 체적이 대략 900㎦, 평균 공극율을 20 내지 30％로 가정할 때 지하수 포장량이 대략 200㎦으로 추정된다. 제 3 세부과제에서는 지하수가 부존할 수 있는 파쇄대 및 대수층, 그리고 해안지역에서 수질오염의 문제를 일으키는 해수침투 범위 등을 규명하기 위한 전기 및 전자탐사에서의 제 방법들이 적용, 검토되었다. 시간영역 전자탐사법의 실험적 축소모형실험과 1차원 수직탐사 전산 모델링, 전기비저항 탐사의 1차원 및 2차원 전산모델링을 수행하여 반응양상을 고찰하였으며 영상이론을 이용한 시간영역 전자탐사법의 1차원 역산, 2차원 전기비저항 탐사자료의 역산 등을 통하여 현장에서 신속하고 보다 현질적인 해석을 가능하게 하였다. 또한 1차원 슐럼버져 탐사자료와 CSAMT탐사자료의 복합역산을 수행하여 정확한 해석을 위한 기초를 마련하였으며 심부 지하수 및 온천수 등의 탐지에 효과적이라 알려진 MT 탐사법의 2차원 수치모델링과 공간 필터링(spatial filtering)을 통하여 MT 탐사법을 적용할 때 큰 문제가 되는 지표 또는 천부 지층에서의 전기비저항 이상에 의한 심부자료의 왜곡을 해결하고자 하였다.

Abstract ▼

We have attempted to conduct a comprehensive and systematic study on development of the most effective geophysical techniques for groundwater exploration in Jeju island by investigating hydrogeological characteristics of the island thoroughly. For this purpose, we have first studied physical prope

We have attempted to conduct a comprehensive and systematic study on development of the most effective geophysical techniques for groundwater exploration in Jeju island by investigating hydrogeological characteristics of the island thoroughly. For this purpose, we have first studied physical properties of rocks which are necessary for selecting suitable exploration techniques and interpretation of geophysical survey data. We have also carried regional geophysical survey to investigate the overall subsurface structure of the island. Physical properties of Pyosonri basalts and Sihungri basalts appeared to be different according to localities of east and west. Elastic wave velocities of Sihungri basalt and Hallasan basalt belong to Stage 3-2 are low in spite of high densities and low porosities. Distribution of susceptibilities shows high in the western and southern parts of Jeju island. Both aero- and ground magnetic maps show nagative anomalies to the north and positive anomalies to the south, which resemble the typical pattern of total magnetic anomalies caused by a prismatic body magnetized in the direction of the geomagnetic field in the middle latitude area. The prominent magnetic sources are the Mt. Halla and east/ west rift zones. The mean depth of magnetic basement is 2.74-2.9 ㎞ and maximum depth is 6㎞ at the center of the Mt. Halla. The distributionof susceptibilities by inversion reveals high values in the areas of the Mt. Halla and east/west rift zones. These values are simullar to those determined from samples of rock. Surface gravity anomalies show low gravities in Mt. Halla and east/west rift zones. The mean depth to the density discontinuity layer is 2.5㎞ and maximum depth reaches to 4.5㎞ at the center of the Mt. Halla. The results of aeromagnetic, surface magnetic and gravity anomalies are very closely related with the geologic sequence of Jeju volcanic island. The subsurface geology beneath the Mt. Halla represents high susceptibility and low density structure Anomalous bodies in the east/west rift zone are appeared to locate in shallow depths and the anomalous feature of east rift zone is more obvious than west rift zone. MT survey was carried out along the N-S traverse line across the eastern part of Jeju island. The result of MT survey reveals water containing layer of 200-500m thickness except for TE mode of station 3. Judging from its location and wide distribution, the water containing layer is identified as basal groundwater. SP anomalies are strongly appeared at cinder cones and show monopole appearances. These anomalies are caused by electric potental distribution along the fracture zones of cinder cones. In order to develop optimum geophysical methods for exploring groundwater in the Jeju Island, resistiviy (Schlumberger, Wenner and dipole-dipole), VLF EM, gravity and seismic survery were carried out in the island and their efficacies are analyzed and compared . Also, Schlumberger soundings made by Agricultural Development Corporation at 120 sites in the mid-moutain areas of the island are interpreted. Water table data of the island are analyzed in relation to the theory of hydrodynamic balance between fresh and salt waters to check the validity of the Ghyben-Herzberg relation over the island and total amount of fresh groundwater of the island is estimated. Resistivity methods proved the most effective in locating aquifers in the island and proper combinations of Schlumberger and dipole-dipole methods are desined for optimum survery. Seismic method may be useful in relatively flat areas if source energy is augmented and judicious field parameters are adopted. VLF EM method can be efficient is fast reconnaissance surveys in the mid-mountain areas lacking man-made structures such as water conduits. Gravity survery proved ineffective in locating lava tunnels which may act as effective groundwater drains in the island. Interpretations of Schlumberber soundings in the mid-mountain areas revealed distributions of high level groundwaters. Analysis of the water table data indicated that the Ghyben-Herzberg relation holds over the island and the total volume of aquifers bearing fresh groundwater is about 900㎦. The total amount of fresh groundwater of the island is estimated to be about 200㎦ if the average porosity of the aquifers is assumed to be 20-30％. In the study on the numerical and experimental modeling electric and electromagnetic methods were employed for the investigation of fracture and aquifer, and salt water invading problems in coastal area. TEM scale modeling, 1 dimensional numerical modeling of TEM and electrical sounding were performed and examined the possible structures. Inversion algolithm, that is 1 dimensional rapid inversion algolithm of TEM sounding data using image theory, 2 dimensional inversion of dipole-dipole resistivity data and Joint inversion of Schulumberger sounding and CSAMT data, were developed. For MT method, which is known for detecting deep groundwater and deep structure, 2 dimensional modeling and spatial filtering are employed.

목차 Contents

• 1. 서 론...12
• 2. 연구방법...14
• 3. 결 과...17
• 4. 고 찰...21
• 5. 결 론...22
• 6. 참고문헌...25