Automatic Determination of the Azimuth Angle of Reflectors in Borehole Radar Reflection Data Using Direction-finding Antenna

방향탐지 안테나를 이용한 시추공 레이다 반사법 탐사에 있어서 반사층 방위각의 자동 결정

The borehole radar reflection survey can image the underground structure with high resolution, however, we cannot get any information on the orientation of the reflectors with dipole antenna alone. The direction-finding antenna system is commonly used to give the solution to the problem. However, the interpretation of the data from direction- finding antenna may be time-consuming, and sometimes have ambiguities in the sense of precise determination of the azimuth. To solve the problem, we developed the automatic azimuth finding scheme of reflectors in borehole radar reflection data using direction-finding antenna. The algorithm is based on finding the azimuthal angle possibly showing the maximum reflection amplitude in the least-squared error sense. The developed algorithm was applied to the field data acquired in quarry mine. It was possible to locate nearly all of the reflectors in three dimensional fashion, which coincide with the known geological structures and man-made discontinuities.

시추공 레이다 반사법 탐사는 기반암 하부에 대한 고해상도 영상을 얻을 수 있으나, 그 원리상 반사층의 방위각 정보의 획득이 불가능하기 때문에 감지된 지하 불균질대가 시추공을 중심으로 어느 방향에 위치하는가를 알 수가 없다는 문제가 있다. 반사층의 방위각 정보의 획득을 위하여, 방향탐지 안테나를 이용한 탐사가 이용된다. 그러나 지금까지 사용되고 있는 방향탐지 안테나 탐사자료의 해석 방법은 시간이 많이 걸릴 뿐만 아니라, 때로는 해석에 있어서 오류를 유발할 가능성까지 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 연구에서는 반사층의 방위각을 자동 결정할 수 있는 방법을 개발하였다. 알고리듬은 최소자승 오차의 개념 하에서 최대 또는 최소진폭을 나타낼 수 있는 전자파의 입사각을 결정함에 그 원리를 두고 있다. 새로이 개발된 알고리듬을 이용하여 석산자원탐사 목적으로 수행된 탐사자료의 방위각 영상을 작성하였으며, 이를 통하여 거의 대부분의 반사층의 방위각에 대한 정보를 획득할 수 있었다. 지질조사 결과 확인된 단층 및 암맥, 그리고 지표에 인위적으로 존재하는 채석단면의 위치 등의 알려진 구조의 위치와, 방향탐지 안테나 영상에서 확인된 방위각과 매우 잘 일치하고 있음이 확인되었으며, 이러한 사실은 본 연구에서 개발된 방위각 자동 결정 알고리듬의 정확성을 대변하여 주고 있다.