수평 자기쌍극자 송신원을 이용한 2.5차원 전자탐사 모델링

2.5 Dimensional EM Modeling considering Horizontal Magnetic Dipole Source

이 연구에서는 최근에 개발되어 적용성에 대한 시험이 진행되고 있는 $1\;kHz\~1\;MHz$ 주파수대역의 수평 자기쌍극자를 송신원으로 하여 전기장과 자기장을 측정하는 탐사법의 모델링 알고리듬을 개발하고자 하였다. 이를 위해 공간주파수 영역에서 수평 자기쌍극자를 송신원으로 하는 이차장 Maxwell 방정식을 구성하고 유한요소법을 이용하여 2.5차원 모델링 알고리듬을 구현하였다. 또한, 검증된 층서구조 반응결과와 비교하여 그 정확도를 검증하였다. 개발된 알고리듬을 이용하여 균질 반무한공간 내에 전도성 및 비전도성 고립이상체가 존재하는 2차원 모형에 대한 전기장, 자기장과 임피던스를 계산하였다. 계산된 전기장, 자기장과 임피던스의 거동에 대한 고찰 결과 고립이상체와 같이 2차원 구조에서 전기장과 임피던스가 자기장에 비해 이상체의 탐지에 효과적임을 보였다. 특히, 전기장을 자기장으로 나눈 값인 임피던스는 전기장의 공간 분해능을 가지면서 보다 안정된 결과를 보여 주었다. 따라서 자기장만을 측정하는 기존의 전자탐사법에 비해 전기장과 자기장을 모두 측정하는 탐사법이 천부에 존재하는 이상체의 탐지에 보다 효과적임을 알 수 있었다.

In this study, the new modeling scheme has been developed for recently designed and tested electromagnetic survey, which adapts horizontal magnetic dipole with $1\;kHz\~1\;MHz$ frequency range as a source. The 2.5-D secondary field formulation in wavenumber domain was constructed using finite element method and verified through comparing results with layered-earth solutions calculated by integral equations. 2-D conductive- and resistive-block models were constructed for calculating electric field, magnetic field and impedance - the ratio of electric and magnetic fields which are orthogonal each other. This study showed that electric field and impedance are superior in identifying 2-D isolated-body model to magnetic field. In particular, impedance gives more stable results than electric field with similar spatial resolving power, because electric field is divided by magnetic field in impedance. Thus the impedance analysis which uses electric and magnetic fields together would give better result in imaging the shallow anomalies than conventional EM method.