한반도 동해안에 지진해일 피해를 유발할 수 있는 일본서안지역에 대하여 지진활동도, 지진공백역, 해저단층연구와 같은 기존의 연구결과 및 지진해일 수치모형을 이용한 한반도 동해안 최대파고를 유발할 수 있는 단층해를 제시하였다. 지진정보가 없는 해저단층지역에 대해 지진해일 수치모형을 수행하여 한반도 동해안에 최대의 파고를 유발할 수 있는 단층해를 제시하였다. 특히 주향의 변화에 따라 같은 규모 지진이라도 생성할 수 있는 해안가에서의 해일의 높이는 7배 이상 차이가 날 수 있음을 알 수 있었다. 이 단층해를 이용하여 지역별, 규모별로 도달시간 및 최대해일고를 포함하는 지진해일 시나리오 DB를 구축하고 있으며 향후 기상청 국가지진분석시스템과 연계하여 지진해일 예측체계를 강화할 것이다.

황해안 대륙붕 지역의 Quinling-Dabie-Sulu 대륙 충돌대의 위치와 퇴적분지의 지하구조를 알아보기 위해서, 한국 자원 연구원 탐해 2 호에 의해서 2000 년부터 2002 년까지 측정된 중력 데이터에 의한 3 차원 지하구조 모델링을 실시한 결과, 황해안 연구지역 내의 중력 이상은 주로 퇴적층과 기반암 사이 경계면의 밀도 및 깊이의 변화에 의한 것으로 판단된다. 대륙 충돌대라고 여겨지는 고밀도 지각구조는 황해안 퇴적분지의 남쪽으로 부터 북동 방향으로 한반도의 중서부 지역으로 연결되며, 퇴적 분지 내의 현저하게 밀도가 낮은 물질의 총 부피는 약 $20000\;km^3$ 정도로 추정되었다. 북중국판과 남중국판의 경계인 Quinling-Dabie-Sulu 대륙 충돌대는 황해안 퇴적분지 남쪽과 북쪽 지역을 지나 각각 임진강 벨트와 충남 홍성 지역으로 연결되며, 북북동 구조선을 따라 동해안 쪽까지 연결되는 것으로 사료된다.

댐체 안정성 문제는 무엇보다 투수 내지 누수 과정에서 유발될 수 있는 댐체 내부 결함(예: 균열)에 귀결된다고 볼 수 있다. 이러한 댐체 내부 결함은 댐 붕괴를 조장할 수 있기 때문에 우선 적절한 탐사 기법을 이용하여 그에 대한 위치 및 규모가 파악되어야 하며 그 결과에 따라 그라우팅에 의한 보수 작업 및 그에 대한 성과 검증 작업이 철저히 이루어져야 한다. 본 연구의 조사 대상이 된 댐은 중심 코어형 흙 댐으로 댐 소단 사면에는 누수로 인한 여러 형태의 결함이 관찰되고 있어 그에 대한 진단 및 보수 보강이 필요한 상태였다. 본 연구에서는 댐체 진단 및 그라우팅 성과 판단을 위해 그라우팅 이전(2001년 8월) 및 이후(2004년 11월)에 댐 마루 측선 상에서 고분해능 탄성파 반사법 탐사를 수행하였다. 탐사 자료의 질을 향상시키기 위해 표면파를 약화시키고 P파 반사파 에너지를 증대시킬 수 있는 발생원 에너지 방사형 변조 기법(P빔 발생원)도 응용되었다. 그라우팅 이전 탐사 결과(탄성파 중합단면도)에서는 댐체 내부 균열로 판단되는 강한 반사파가 일부 구간에서 인식되었으며, 그라우팅 이후 탐사 결과에서는 상기 강한 반사파가 인식되지 않음으로써 3년의 시차를 둔 두 개의 탄성파 탐사 결과는 댐체 진단 및 그라우팅 성과 판단을 위한 기본 자료로 반영될 수 있었다. 따라서 고분해능 탄성파 반사법 탐사는 댐 모니터링을 위한 하나의 바람직한 탐사 기법으로 크게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

제주도 중산간 지역에서 자기지전류 (MT) 및 가청주파수대역 자기지전류 (AMT) 탐사자료를 얻고 이를 이용하여 2차원 역산을 수행하였다. 두 개의 남-북 방향 측선에 대한 역산결과 제주도에서 특징적으로 나타나는 미고결 퇴적층이 10 ohm-m 내외로 두 개의 측선 전반에 걸쳐 나타났으며 측선 중앙부에서 4 km 이상의 심도까지 연장된 저비저항 이상대가 존재하는 것으로 나타났다. 그러나 이 저비저항 이상대가 제주도 주변 바다의 영향인지 과거의 화산활동과 관련된 것인지에 대한 해석을 뒷받침해 줄 어떠한 정보도 아직은 확보되지 않아 향후 추가적인 연구가 요구된다. MT 주파수대만을 이용한 경우와 이것에 AMT 주파수대를 포함해서 역산을 수행한 경우를 비교한 결과, 우리나라와 같이 전기비저항이 높은 지질구조에서는 AMT 자료를 함께 얻어 천부 분해능을 확보하는 것이 심부구조 해석에 도움이 되는 것으로 나타났다.

본 연구에서는 표면파 분산 분석을 이용하여 한반도에 설치된 광대역 관측소 사이의 지각 및 상부맨틀의 지진파 속도 구조를 연구하였다. 표면파 분산 분석의 two station method를 사용하여 관측소 사이의 지진파 속도구조를 구하였다. 표면파 분산 분석에서 레일리파의 기본모드 신호를 분리하기 위하여 MFT(multiple filter technique) 방법과 PMF(phase match filter) 방법을 이용하였다. Two station method에 의해 두 관측소 사이의 표면파 위상속도 분산곡선을 계산하였으며, 모든 지진원에 대하여 각 경로의 표면파 위상속도 분산곡선을 중합하여 역산에 사용하였다. 역산 결과 각 관측소 사이 경로에서 중합 표면파 분산곡선에 가장 잘 부합되는 지진파 속도 구조를 얻었다. 표면파 위상속도 분산곡선 역산 결과. 두 관측소 사이 표면파 진행 경로의 평균적인 지구구조로서 총 14 개의 관측소 사이의 S파 속도구조를 구하였다. 모든 지구구조는 지표로부터 33 km 까지 약 2.8-3.25 km/s의 속도의 지각과 33 km 이후 약 4.55-4.67km/s의 속도의 상부 맨틀로 구성된다.

한반도 남부 지각에서의 지진파 감쇠 양상을 나타내는 Q값을 구하기 위해 한국지질자원연구원(KIGAM)과 기상청(KMA)의 지진파 자료 중 진앙거리가 100km 이내이고 Sampling 비가 80Hz 이상인 NS방향의 540개 자료를 분석하였다. 각각의 자료에 대해 단일 산란 모델을 적용하여, S파 주시의 두 배부터 20초 길이를 가지는 시간창 위에서 1Hz, 1.5Hz, 3Hz, 6Hz, 9Hz, 12Hz, 15Hz, 18Hz의 주파수 별 coda Q 값을 구하였다. 이렇게 구한 각각의 coda Q, 즉 $Q_c$값으로부터 주파수 관계식(f> 1Hz 일 때 $Q_c=Q_{0}f^n$)을 이용하여 1Hz 에서의 coda Q, $Q_0$를 구하였다. 한반도의 $Q_0$값은 50과 250사이 그리고 n 값은 0.5 와 1.0 사이에 있고 그 지역적 분포는 반도 내 지질구조와 잘 연관됨이 밝혀졌다. 또한 반도 서해부근의 Q 값은 중국 동쪽의 값과 잘 연결되는 것을 볼 수 있었다.

한반도 남부의 지진으로부터 Richter의 원래 정의에 따라 유도된 지역규모식들을 검토하였다. 이들 지역규모식들의 비교를 위하여 2000년부터 2004년 사이에 발생한 126개 지진의 광대역 속도기록 자료를 이용하여 지역규모식의 거리수정항을 다음과 같이 새롭게 결정하였다. $-logA_{0}$ = 1.017log(r/17)+0.00028(r-17)2+2.0 이 결과는 한반도 남부의 변위 감쇠율이 미국 서부 지역보다는 낮고 동부지역보다는 높은 값이다. 이 결과는 김성균, 박민아(2002)가 제안한 지역규모식과 거의 일치한다. 이 전에 연구된 지역규모식들의 차이는 주로 사용된 자료의 제한성에 기인하는 것으로 추정된다.

CFRD (콘크리트 표면 차수벽형 석괴댐)에서 수행한 전기비저항 탐사 결과, 하부에서 매우 낮은 비저항대가 관측되었다. 일반적으로 CFRD 형식의 댐은 내부 포화가 발생하지 않는 것으로 알려져 있으나, 금번 조사에서 하부 20m 깊이에서 일정하게 저비저항대가 발견되어 이에 대한 검토를 위해 3차원 해석을 수행하였다. 탐사 당시의 수위는 댐 정상부에서 10m 정도 내려가 있는 상태였다. 첫 탐사 이후 6개월이 지난 후에 이루어진 탐사에서도 비슷한 양상을 보이고 있었다. 이에 대한 해석을 위해서 조사 댐의 모양을 대상으로 3차원 순산 모델링을 수행하고, 이에 대한 2차원 역산 해석을 적용하여 기존 해석 방법의 오류 가능성을 검토하였다. 또한 비저항 조사가 많이 적용된 중심코아 형 댐의 경우의 사례와 비교하였다. 해석 결과, 3차원 댐체 구조에 대한 2차원 역산 해석은 저수부의 수위와 밀접한 관련을 갖는 것으로 보이며, 3차원의 사다리꼴 기하구조로 인하여 댐 내부에 비저항의 이상대가 존재할 경우에도 그 민감도가 떨어지는 것으로 분석되었다.

해안지역 대수층을 통한 해수침투 현상의 규명은 지하수 분석법이 가장 효율적이지만, 관정수의 제한이나 시료 분석의 어려움으로 염분 농도의 지속적인 변화를 위한 모니터링에 제한이 있다. 따라서 이 연구에서는 해수침투 관측망이 위치한 전라북도 부안군 해안지역의 소유역에 대하여 전기비저항 수직탐사를 수행한 후 역산결과를 지구통계학적 방법을 이용하여 층별 등고선도를 작성하였으며, 각 층별 전기비저항 변화를 분석하여 해수쐐기의 공간분포를 확인코자 하였다. 수직탐사 자료의 1차원 역산 결과를 토대로 지구통계방법인 베리오그램을 이용하여 분석한 결과 기존의 수리지질학적 방법에서 얻어진 해수쐐기와 담수체의 경계부 확인에 유용한 것으로 밝혀졌다. 따라서 향후 이 연구결과를 기존의 광역지역에 대한 등가염분농도분포도 작성 방법에 적용할 경우 해수침투의 범위 확인 및 예측을 위한 정량적인 평가에 활용될 것으로 판단된다.

일반적으로 단층 파쇄대나 풍화대, 대수층에서는 전기비저항이 낮게 나타나는 것으로 알려져 있다. 단층 파쇄대가 저비저항대로 나타나는 이유는 풍화 및 변질작용에 의한 점토광물의 함유량이 증가하는 것과 균열 등에 의해 공극률이 증가함으로써 체적 함수률이 증가하는 것을 들 수 있다. 이러한 단층파쇄대의 탐지는 토목공사를 시공함에 있어서 매우 중요하기 때문에 저비항대가 되는 요인인 점토광물의 종류 및 함유량과 전기비저항의 관계를 밝히는 것은 매우 중요한 일이다. 따라서, 본 연구에서는 실제 암석대신 특별히 고안한 점토광물을 함유한 한천공시체를 이용하여 전기비저항을 측정함으로써, 풍화 인공암으로서의 점토광물의 함유량과 전기비저항과의 관계를 고찰하였다. 본 실험에 이용된 점토광물은 Kaolinite와 Montmorillonite이다. 그 결과, Montmorillonite는 Kaolinite에 비해 점토광물의 함유량이 적음에도 불구하고 전기비저항을 현저히 저하시키는 것으로 나타났다. 또한 실험결과를 이용한 점토광물의 함유량과 전기비저항과의 관계식을 제안하였고, 그 상관성은 0.89 이상 높게 나타났다.

이 논문에서는 수리시설물을 효율적으로 유지관리하기 위하여 저수지 및 방조제제체에 계측 시스템을 설치하고, 전기비저항, SP, 수위, 간극수압 및 지중변위를 주기적으로 모니터링하여 그 결과를 분석함으로써 제체의 누수현상 및 안정성 평가를 시도하였다. 저수지 및 방조제의 체제에 설치된 전기비저항/SP 측정 시스템으로부터 측정한 각 단계별 측정 자료의 변화영상을 구하고, 변화추이를 비교분석함으로써 누수현상을 정확하게 파악할 수 있었고, 수위, 간극수압 및 지중변위량의 자료를 종합적으로 해석함으로써 제체의 안정성을 평가할 수 있었다. 이러한 결과로부터 종래의 일시적으로 실시한 물리탐사 결과로부터 누수현상을 파악하는 것보다 모니터링 계측시스템을 설치하여 운용하는 것이 수리시설물을 효율적이고 경제적으로 유지관리하기 위한 방법임을 알았다.

2004년까지 국내에 축적된 지진파 스펙트럼 D/B를 기반으로 비교적 상세하게 추정된 국내 지진특성으로부터, 190km${\omega}^2$ 지진원모델에 개략적으로 근사되었으나, 2-corner 지진원모델의 특성을 보다 뚜렷하게 보여주었다. 또한 지진원 인근 지역 (R<100km) 일본 지진관측망(F-net, KiK-net 지중, Hi-net, K-net)별로 개략적인 지진원 스펙트럼을 추정하였으며, 국내 지진관측자료부터 추정된 지진원스펙트럼과 비교하였다. 비교 결과 KiK-net 지중 및 Hi-net 등의 심부시추공 관측자료로부터 추정된 지진원스펙트럼이 국내 지진파기저면 지진원스펙트럼과 $1Hz^{\sim}30Hz$에서 유사한 수준을 나타내었다. 이러한 결과로부터 한반도 주변 해상 지진에 대해 국내 지진관측자료만으로 추정한 지진원스펙트럼의 적합성 및 추정에 사용된 국내 지진파전달, 관측소응답 특성 등의 신뢰성을 입증할 수 있었다. 또한 지진원 인근 지역의 KiK-net 지중 및 Hi-net 관측소의 응답특성과 국내 지진파기저면 관측소응답특성이 유사함을 확인하였다.

강진이 발생시 국내 지진동 수준 및 감쇠특성을 간접적으로 유추하기 위하여 2005년 3월 20일 발생한 규모 7.0의 후쿠오카 지진의 감쇠특성을 산정하고 그 결과의 적합성 여부를 알아보았다. 일본 방재과학 기술연구소에 운영중인 시추공 지진관측소 KIK-net 기록의 지반운동(PGA, SA)과 기존에 전력연구원에서 개발한 고리원전 부지에 대한 지반운동 감쇠식의 지반운동(PGA, SA)을 비교해 본 결과 잘 부합되었으며, 이로부터 고리원전 감쇠식이 강진에 대한 지진동을 비교적 적합하게 평가함을 확인할 수 있었다. 또한 시추공 KIK-net 자료의 응답스펙트럼과 일본의 원전 설계스펙트럼인 오사키 스펙트럼을 비교한 결과 후쿠오카 지진의 진동 수준이 낮게 평가되었다. 이는 전 세계에서 발생하는 강진 자료를 이용한 경험적인 응답스펙트럼이라고 할지라도 부지특성에 따라 부합되지 않을 수도 있음을 시사하고 있어 부지고유 응답스펙트럼의 개발이 필요함을 재차 확인하였다.

본 연구에서는 지진 예지 연구를 위하여 한반도에서 발생한 MMI 진도가 VIII 보다 큰 역사 지진들의 전진들에 대하여 지진활동도의 변화를 분석하였다. 한반도에서의 강진에 대하여 13년의 전진기간과 진앙을 중심으로 위도 $1.1^{\circ}$, 경도 $1.1^{\circ}$ 크기의 사각형 모양의 전진범위를 가정했을 경우 가장 안정적인 전진들의 b값을 도출할 수 있었다. 이 전진기간과 전진범위에 의해 결정된 11개의 MMI 진도 VIII 이상의 강진의 전체 전진들에 대한 b값은 전체 역사지진의 b값인 0.36에 비해 확연히 작은 0.27로 결정되었다. 또한 강진 발생을 앞두고 작은 b값을 가지는 지진들이 강진의 진앙 근처에서 집중적으로 발생하였다. 본 연구를 통해 십 수 년 동안의 b값의 변화를 자세히 관찰함으로써 강진의 예지가 가능하다는 것이 확인되었다.

한반도 남부 지각 속도구조를 밝히기 위해서, 서북서-동남동 방향의 2002년도 측선 294 km와 북북서-남남동 방향의 2004년도 측선 335 km를 따라 인공적으로 발생시킨 지진파 자료를 각각 120초와 150초 기록하였다. 초동주시 역산과정을 통하여 속도단면을 작성하였으며, 역산 시 초기모델은 측선 주변의 고정관측소에서 기록한 원거리 지진자료의 수신함수역산으로 구한 1차원 속도구조자료를 활용하였다. 파선경로는 2.0 km와 7.1 km 깊이에 속도 6.0 km/s와 7.1 km/s를 갖는 굴절면이 존재하며, 굴절파 속도 $7.8{\sim}8.1\;km/s$의 모호면은 $30.8{\sim}36.1\;km$ 깊이에 존재함을 보인다. 속도단면은 옥천계 하부 $6{\sim}7\;km$ 깊이에 상당한 규모의 저속도층이 15 km 깊이의 속도 불연속면 상부에 존재하며, 영동단층은 10 km 이상 깊이까지 연장되어 있고, 최대 4.2 km 정도두께를 갖는 경상분지 하부에 고속도층이 얕게 분포하는 것으로 분석된다.

시트파일과 그라우팅 차수벽의 차수효과를 비교 판정하고 제방하부에서 발생하는 파이핑 현상을 감지하기 위하여 합천군의 덕인2제를 대상으로 갈수기와 우수기에 걸쳐 2차원 및 3차원 전기비저항탐사를 실시하였다. 자료의 해석결과 2차원이나 3차원탐사 모두 시트 파일과 일반 그라우팅 차수벽의 경계부나 육안으로 관찰된 파이핑 발생지점을 비교적 정확하게 탐지하였다. 또한 제방붕괴의 주요원인중 하나인 배수통문 배면의 공동을 조사하기 위하여 GPR탐사를 실시하였으나 구조물에 배근된 철근의 영향으로 만족할 만한 자료를 얻을 수 없었다. 배수통문 구조물의 특성상 여타 지구물리탐사법의 적용이 어려우므로 본 연구에서는 통문 하부 공동의 연결성을 평가할 수 있는 수리응답시험을 제안하였다.

본 연구의 목적은 경기도 포천군 창수면 오가리 일대에서 복합검층기법을 통해 암상과 물성, 파쇄대간의 상관성을 분석하는데 있으며, 적용된 기법은 시추공영상촬영, 부유식 PS검층, 전기, SP, 자연감마, 밀도, 공경검층이 실시되었다. 검층결과에서 암상패턴, 파쇄대부근, 관입암에 의한 반응이 현저히 대분되고 결과적으로 지하수의 유동을 가능케 할 수 있는 파쇄대는 $67{\sim}69m$ 부근에 존재하는 것으로 해석된다.

지하수조사를 목적으로 수행한 일련의 지구과학적인 연구의 일부로 수행한 탄성파 굴절법 탐사와 공대공 탐사 결과는 다음과 같은 사실을 제시하였다. 1) 매질의 탄성파 속도는 표토층 (<4m)에서는 250 m/s, 충적층 (>4 <17m)은 2,500 m/s, 암반은 3,500 m/s 이상이다. 2) 암반까지 심도는 탄성파 탐사와 검층 결과는 대략 17 m 정도 인데 시추 코아에 의하면 25m 이하에서 암반이 나타난다.

지하수 조사를 목적으로 시공된 시추공인근 지역에서 지표 비저항탐사, 비저항토모그래피 탐사를 실시하였다. 이들의 탐사결과로부터 기존 분석 자료인 기반암심도, 암반대수층, 파쇄대 등에 대하여 비교하였다. 지표 탐사로부터 충적 대수층 경계 해석을 위한 현장자료 취득에서 전극배열, 전극간격에 따른 지하구조 해석방법을 제시하였고 한계점을 검토하였다. 그리고 비저항 토모그래피 탐사결과로부터 두 시추공사이의 암반 대수층의 지하수 유동 통로와 관련된 지하구조 해석을 시도하였다. 그 결과 상기 탐사방법들이 기반암 심도, 충적대수층의 경계 및 암반대수층의 지하수 유동통로 등의 해석에 유용함을 제시하였다.

남극 웨델해 북부에 위치한 남스코시아해령을 가로지르는 측선에 대하여 다중채널 탄성파 탐사를 수행하였다. 남스코시아해령은 남극반도의 연장선에 존재하는 대륙지각으로 각각 해양지각인 스코시아해와 포웰분지와 접하고 있다. 남스코시아해령은 스코시아 판의 남쪽 가장자리를 이루고 있는 동-서 방향의 좌선 변환단층을 따라 횡장력에 의해 만들어졌다. 남스코시아해령 중앙에 위치한 중앙 함몰대는 경사부정합이 존재하며 남스코시아해령의 확장과정에 나타난 구조로 해석된다.

독도 주변 해역에는 최대 3 km 두께의 퇴적층이 화산활동에 의해 변형된 기반암 위에 집적되어 있다. 지질구조로는 기반암에 분지 형성 시기에 생성된 정단층이 우세하게 나타나는 반면, 퇴적층 내에는 화산활동에 의한 정단층, 화산돔 및 화산수평맥 등이 우세하게 관찰된다. 이들의 각 시대별 분포로부터 울릉분지에서는 북동쪽(독도 방향)으로 가면서 화산활동이 활발했음을 알 수 있다. 퇴적층이 집적되기 전인 초${\cdot}$중기 마이오세 이전에 조사지역은 확장성 지각변형이 우세했으며, 후기 마이오세 말기 이후에는 지하내부의 화산체 활동 및 분지의 침강 등의 지구조 운동에 의해 변형되어 현재와 같은 복잡한 구조의 분지를 형성하였다.

전 지구적 환경 모니터링을 위한 빙하 시추의 예비 탐사로서 남극 리빙스톤섬에서 GPR (Ground Penetrating Radar) 탐사를 실시하였다. 탐사지역은 세종기지가 위치한 킹죠지섬으로부터 남서쪽으로 80 km 위치한 곳으로 해발 340 m의 Mt. Charra 부근에 위치한다. 총 5개의 측선을 탐사했으며 3개의 반사법과 2개의 CMP (Common Midpoint) 방법을 실시하였다. 탐사결과 연구지역에서 빙하층은 전자기파의 속도와 반사단면의 특징으로 3개로 나누었다. 빙하의 두께는 $80{\~}110\;m$에 이르는 것으로 추정되고 층에 따라 빙하 내부에 다량의 물과 화산재를 포함하고 있는 것으로 해석된다.

일반적인 물리탐사기법은 도심지내에서 구조물, 전도성 지장물, 차량 등 인공 잡음으로 인하여 그 적용성에 많은 제약을 받는다. 전철이 운행하는 철로 하부에 대한 탐사 역시 전선 및 열차진동이 일반 물리탐사 적용을 제한한다. 본 과업에서는 그 대안으로 선형배열 상시진동탄성파탐사를 적용하였다. 상시진동탐사(mircotremor survey)기법에는 철로를 운행하는 기차와 주변 도로위의 차량에 의한 진동이 오히려 양호한 송신원으로 활용 될 수 있다. 선형배열 상시진동탐사기법에서는 일반적인 굴절법 장비를 이용하여 일상적인 진동을 기록하고, 파동장의 변환을 수행하여 표면파의 분산곡선을 얻는다. 이후 발췌한 분산곡선에 대한 반복적인 수치모델링을 통하여 전단파속도를 구한다. 본 과업에서는 기존 철로를 따라 하부의 터널심도까지의 전단파속도를 전체 터널구간에 대하여 얻기 위하여 40m간격으로 선형배열을 이동하면서 자료를 획득하였다. 측선상의 시추공에서 수행한 SPS검층을 통하여 획득한 전단파속도와 RMR의 비교한 결과 전단파 속도와 RMR이 높은 상관관계에 있음을 확인할 수 있었으며, 상시진동탐사기법을 통하여 획득한 전단파속도 역시 RMR과의 양호한 상관관계를 나타냄을 알 수 있었다. 이러한 상관관계를 이용하여 도심지 철도터널 전체 구간에서 암반분류를 위한 RMR 추정이 가능하였다.

충격탄성파 검사법은 콘크리트 구조물 내부의 결함과 외부 표면 사이에서 반사되어 전파되는 응력파를 이용한 비파괴 시험 방법이다. 본 연구에서 토목 구조물의 안전진단을 위하여 충격탄성파 검사법을 이용한 비파괴 시험을 수행하였다. 이를 위해서 토모그래피 방식을 이용한 투과법, 크로스 홀 방식을 이용한 투과법 그리고 일반적으로 터널라이닝과 같은 1차원 면에서 사용되는 반사법을 적용해 그 결과를 비교${\cdot}$분석하였다.

중력탐사는 지하의 밀도 분포를 구하는 탐사법이므로 지하의 빈 공간의 탐지나 기반암의 견고성을 파악하는 데 직접적인 정보를 제공하므로, 고정밀 중력탐사는 지하공동, 터널, 채굴적 등의 탐지에 효과적으로 적용될 수 있다. 이 논문은 석회암 공동 탐지, 폐갱도 탐지 그리고 사력댐의 밀도 구조 등 3가지 실제 탐사 사례를 통하여 고정밀 중력탐사가 천부 토목 조사와 구조물 안정성 조사에 유용하게 활용됨을 보여주고자 한다.

PC기반의 8채널 해양 탄성파탐사 시스템을 개발하여 천해저 기반암 매핑에 적용시켜 보았다. 본 시스템은 PC에 탑재된 아날로그 신호처리기와 디지털 변환기, 그리고 그룹간격 5 m의 스트리머로 구성되어 있다. 이 시스템은 시스템을 제어하는 자료취득 프로그램과, 자료처리 소프트웨어에 의해 구동된다. PC기반 천해저 해양 탄성파탐사 시스템으로 적절한 자료처리 과정을 거쳐 신호 대 잡음비가 향상된 고해상 2차원 지층 단면도를 작성할 수 있었다.

최근 제주도에서 실시된 자기지전류(Magnetotelluric) 탐사 자료에서 일본의 Kii 반도 남동쪽 해상에서 발생한 지진활동과 관련된 전자기 현상이 관측되었으며, 이러한 동지진 전자기장 신호의 특성과 메카니즘을 분석하였다. 전파속도, 파워 스펙트럼의 특성, 지진 기록과의 비교, MT 임피던스의 변화, 타원분극 방향 등의 분석으로부터 전자기장 변동이 지진파 전파 과정에서 측점 주변에서 유도된 전자기장으로 판단되며, 측점 주변의 지전기 및 수리지질학적 구조에 의해 전자기장 변동이 크게 좌우됨을 알 수 있다. 전기역학적 효과의 간단한 고찰을 통해 관측된 전자기장의 크기가 이론적 근사와 유사함을 알 수 있었으며 전자기장의 파워가 가속도 파워와 밀접히 관련되어있음을 알 수 있으나 측점에 따라 전자기장의 크기와 방향이 크게 차이가 나는 것은 설명하기 위해서는 전기역학적 메카니즘 이외의 효과를 고려할 필요가 있다.

본 연구에서는 한반도 심부 지전기 구조에 대한 연구의 일환으로 경상분지 일대에서 자기지전류탐사(MT)를 수행하고 이를 해석하였으며, 한국지질자원연구원의 광역 중력 자료를 획득, 처리하여 보조 해석 기법으로 이용하였다. 경상분지 중 의성소분지를 가로지르는 포항에서 문경까지의 측선을 따라 총 21개 측점에서 MT 탐사를 수행하였고, 이 지역의 광역적인 지질구조를 살펴보기 위하여 이 측선을 대각선으로 하는 지역의 중력분포도를 함께 해석하였으며, MT 측선을 따라 중력 값을 추출하여 2차원 중력 역산을 수행하였다. 탐사 결과는 선행 연구로부터 해석된 경상분지와 의성소분지의 지질학적 구조와 일치하는 경향을 나타내고 있으며, 의성소분지 지역의 퇴적층과 주변의 화성암 및 변성암체와의 물성 차이를 확인할 수 있었다.

자기지전류 탐사의 적용에 있어 인공잡음의 영향은 탐사의 승패를 좌우하는 매우 중요한 요소이며 인공잡음의 영향을 최소화할 수 있는 탐사의 설계와 자료처리가 요구되고 있다. 본 연구에서는 수치공간자료들에서 추정되는 인공잡음의 영향과 실제 탐사 자료 간의 상관관계를 살펴봄으로써 자기지전류 탐사에 있어 공간자료의 활용가능성을 고찰하였다. 60Hz 조화파 대역에서는 건물과 도로가 주요한 인공잡음원이며 잡음원의 분포와 자기장의 파워가 서로 상관관계를 가짐을 확인하였다. 'Dead band'로 불리는 0.05-0.5Hz 대역에서는 매우 강한 분극을 가지는 신호가 광범위하게 관찰되고 있으며 이는 탐사지역에 인접한 거대도시의 영향으로 추정된다.

지뢰탐지에 효과적으로 적용하기 위해 광전계 센서를 이용한 GPR 시스템을 개발하였다. 측정되는 전기장의 왜곡을 최소화 하는 광전계 센서는 크기와 무게가 매우 적어 측정 장치로 운용하기가 용이하므로 지뢰탐지와 같이 세밀한 주의가 요구되는 곳에 적합하다. 송수신 장치 역할을 하는 벡터 네트웍 분석기와 광신호 발생기와 광검파기를 탑재한 광변조기, double ridge horn 송신 안테나와 광전계 센서로 구성된 stepped frequency radar 시스템이 개발되었으며, 이 시스템의 매우 긴 측정시간의 단점을 극복하기 위해 동일한 수준의 S/N 비를 가지는, 임펄스 발생기와 오실로스코프로 구성된 impulse radar 시스템이 또한 개발되었다. 비교 결과 자료 수준은 거의 동일하나 측정시간은 스텝 측정의 경우 8배 이상 빨라진 것을 알 수 있었으며, 동일한 자료를 연속 측정으로 획득한 결과 100 배 이상 빨라 질 수 있음을 확인하였다. 또한 이 임펄스 레이다 시스템을 PMN2 지뢰모형에 대해 현장과 비슷한 환경에서의 실험실 실험에 적용하여 지뢰모형의 영상을 획득하였다.

동일한 파원에서 발생된 P, SH, SV 파를 3성분 지오폰으로 동시에 기록하는 방법을 연구하기 위해서, 94 m의 측선을 따라 2 m 간격으로 설치한 수신점에서 기록된 24채널 자료를 512 ms동안 기록하였다. 원시자료의 수직성분에는 P파가 초동으로 뚜렷하게 나타나며, 측선방향과 수직한 수평성분은 P파가 약화된 반면 S파의 신호/잡음비가 향상된 모습을 보인다. 토모그래피 역산을 통해 계산된 P파 및 S파의 속도 토모그램을 이용하여 동포아송비의 2차원적 분포를 산출한 결과, 동포아송비는 $0.2{\~}0.3$의 범위로 분포하며, 이는 한번의 타격으로 P파 및 S파의 속도분포와 더불어 및 동포아송비의 2차원적 분포까지 획득할 수 있다는데 큰 의의가 있다고 판단된다.

탄성파 역산에 있어서 최소자승(${\ell}^2-norm$)해는 큰 오차에 매우 민감하게 반응하는 경향이 있다. 이에 반해서 ${\ell}^p-norm$ ($1{\le}p<2$)을 최소화하는 해는 잡음에 강인한 해를 보이나 보통은 좀 더 많은 계산이 요구된다. 반복적가중의 최소자승법(Iteratively reweighted least squares [IRLS] method)은 이러한 ${\ell}^p-norm$ 문제의 근사해를 효율적으로 구할 수 있도록 해준다. 본 논문에서는 작은 크기의 잔여분은 ${\ell}^2-norm$으로 큰 크기의 잔여분은 ${\ell}^2-norm$으로 적용되는 하이브리드 ${\ell}^1/{\ell}^2$최소화를 IRLS 방법에 쉽게 적용하는 기법을 소개한다. 모의 자료와 실제 현장자료에의 적용결과 큰 잡음이 포함된 경우 최소자승해보다 하이브리드 방법의 경우에 개선된 결과를 보임을 확인할 수 있었다.

천부 탄성파 탐사 기록에서 신호부를 약화시키는 레일리파를 제거하고, 초동 인지가 어려운 S파 신호를 강화하는 방법을 제시하고자 다성분 복소트레이스 분석법에 기초한 분극 필터를 작성하였다. 이 분극필터의 효율성을 시험하기 위해서 단순한 수평 2층 모델 자료를 유한차분법으로 합성하였다. 그 결과 타원운동을 하는 레일리파가 비교적 잘 제거되고 선형운동의 P파와 S파도 효과적으로 분리됨을 볼 수 있었다.

인공 지하공동에 해당하는 폐갱도 탐지를 위한 고정밀중력탐사를 수행하였다. 수치모델링으로 중력탐사로서 폐갱도 탐지가 가능한지를 실험하였고, 전남 화순 탄광지역 인근에서 도로건설 예정지에 존재 가능성이 있는 폐갱도 탐지에 적용하였다. 탐사자료에 정밀지형보정과 비평활화 역산을 적용하여 지하공동에 해당하는 반응을 유추할 수 있었다.

ArcGP 중력자료를 이용하여 다산과학기지가 위치한 북극 스발바드 군도의 중력 특성을 살펴보았다. 지형자료와 유사한 형태로 분포하는 free-air 중력이상에서 보이던 비활성 대륙 연변부의 가장자리 효과는 부게보정 후 보이지 않고, 육상지역의 GTOPO30 지형자료를 이용한 지형보정을 거친 완전 부게 중력이상에서 육상지역에서 해양지역으로 갈수록 중력이상이 증가하는 즉, 모호면의 상승과 관련이 깊은 특성이 관찰된다. 지형으로부터 산출된 중력치와 free-air 중력이상과의 상관관계를 볼 때, 육상지역이 해양지역에 비해 지각평형이 다소 덜 이루어진 것으로 파악되며, 파워스펙트럼 분석을 통해 결정된 절단파수를 이용한 필터링 후 계산된 잔여이상에서 육상지역의 단층대를 따라 발달하는 특징적인 고이상대와 두꺼운 퇴적층에서 기인한 저이상대가 보이고 있다. 또한, 해양지역 대륙사면의 최하부에서 기반 함몰 내지는 기반암 상부의 두꺼운 퇴적층과 관련이 있는 저이상대가 발달하고 있다.

인공위성 측지학의 발달로 최근 들어 정밀도와 해상도가 높아진 중력포텐셜 모델들이 공개되었다. 근래에 가장 많이 사용되는 EGM96과 CHAMP, GRACE 등의 저고도 위성자료를 기반으로 하는 가장 최근의 EIGEN-CG01C 모델을 이용하여 한반도와 인근지역을 포함하는 $123^{\circ}{\sim}132^{\circ}$ E, $33^{\circ}{\sim}43^{\circ}$ N의 연구지역에서 지오이드와 중력이상을 계산하고, 비교 검토하였다. 두 모델은 지오이드와 중력이상에서 0.90이상의 매우 높은 상관관계를 가지고 있으나, Amplitude 분석에서 EIGEN-CG01C 모델이 고주파영역이 우세한 것으로 나타났다. 두 모델을 통해 계산된 중력이상에서 북한지역 및 황해 연안 일부에서 다소 차이를 보인다. Power spectrum 분석을 통하여 대규모 지구조나 지하자원 탐사에 유용하게 활용될 수 있는 잔여이상을 계산하였다.

충북 장풍, 전남 광양, 충남 임천의 세 개의 폐광산을 대상으로 물리탐사를 수행하였다. 연구는 산성광산배수에 의한 침출수의 유동경로, 매립된 광미 및 폐광석의 파악, 광산 폐수의 배수관 탐지, 갱도와 인공차수막의 효과를 파악하는데 목적을 두었다. 상관 해석 결과 물리탐사 자료는 물시료 분석 자료(수소이온농도, 전기전도도, 중금속, 황산이온)와 잘 일치하고 있다. 산성광산배수에 의한 침출수의 유동경로는 전기비저항 및 자연전위탐사로 탐지 가능한 반면에 폐광석, 산성광산배수의 배수관, 인공차수막 등은 탄성파 굴절법, 전기비저항, 지하투과레이다탐사를 통해 효과적으로 파악되었다.

MT 전달함수의 추정과정에서 로버스트 방법의 적용은 현재 전자탐사 분야에서 일반적이다. 적절하게 고안되고 적용된 로버스트 방법은 출력 채널인 전기장에 포함되어 있는 외치의 영향을 감소시킬 수 있으나, HLP(High leverage point)라 불리 우는 자기장(입력 채널)의 외치에 종종 민감하지 못하다. 이 문제를 해결하기 위해 HLP의 영향을 최소화할 수 있는 BI(Bounded Influence) 추정이 제안되었고, 전통적인 로버스트 방법보다 신뢰성 있는 전달함수를 제공하는 것으로 보고되었다. 이는 BI 추정이 M-추정을 적용함과 동시에 자기장 성분만으로 결정되는 모자행렬의 통계적인 특성을 고려하여 가중치를 부여하는 방법이기 때문이다. 본 연구에서는 전달함수 추정과정에 BI 추정을 적용하고, 이와 더불어 전처리 단계로서 전자기장의 통계적 분포를 이용해 주파수 영역에서 극단적인 전기장과 자기장 자료의 영향을 감소시키는 기법을 개발하였다. 개발된 전처리 기법은 BI 추정으로 제거될 수 없는 자료를 주파수 영역에서 효과적으로 제거하는 것으로 생각된다. 본 연구에서 개발된 기법의 효율성과 장점은 합성 자료와 현장 자료를 이용하여 도시될 것이다.

본 연구는 인공전류원 MT (CSAMT) 자료를 역산하기 위해 GRRI 알고리듬 분석을 실행하였다. 이 알고리듬은 MT 자료로부터 지반의 2차원 전도체 구조를 파악하기 위해 수정 RRI 알고리듬으로부터 독창적으로 개발된 것이나, 2.5차원 전진모델링을 결합시킬 수만 있다면, CSAMT자료까지 해석이 가능하다. 이러한 GRRI 근사감도는 정확한 1차원과 2.5차원의 감도와 비교함으로써 그 유용성을 검증할 수 있다. 그 결과, GRRI의 감도는 RRI 감도의 절반 정도이며 전반적으로 2.5차원의 감도와 매우 근사함을 보여준다. 비록 GRRI의 감도크기가 2.5차원의 감도보다 약간 크게 나타나고 있기는 하지만, 송신과 수신의 오프셋이 표피심도 1 보다 큰 경우의 감도는 유사하였다.

P파 및 SH파 굴절법 토모그래피와 표면파 분산자료 역산을 통하여 2차원 P파와 S파 속도단면을 얻었다. 두 방법으로 구한 S파 속도단면을 비교한 결과, 두 단면의 전체적인 양상은 서로 비슷하지만, 표면파 역산으로 구한 S파 속도단면이 전반적으로 작은값을 갖는다. SH파는 잡음에 매우 취약하고, P파와 PS 전환파의 도달 이후에 기록되어 초동선택이 어려운 문제가 있으며, 표면파의 분산곡선 역산은 균질한 수평지구모델을 가정하므로, 수평적 변화 심한 곳에서는 정확한 지하구조를 밝히는데 한계가 있음을 확인할 수 있었다.

본 연구에서는 트랜스듀서를 이용하여 탐사 장소, 수심 및 목적에 따라 사용 할 수 있고 운용 및 이동이 편리한 천해저용 탄성파 음원을 제작하였으며, 다중채널 해양탄성파 탐사를 하기 위해 4채널 스트리머 2개를 제작하였다. 또한 분해능을 향상하기 위하여 24bits A/D 변환기를 사용하였고, 채널이 총 8개인 다중채널 기록장치를 제작하여 자료취득 과정에 있어서 효율성을 높이면서 자료의 품질을 향상시켰다. 개발된 시스템의 현장 적용성을 검증하기 위하여 기존의 상용화 자료 취득시스템으로 현장탐사를 동시에 수행하였다.