최근 온실가스감축의 방법으로 이산화탄소 지중저장이 많은 관심을 받고 있다 CO2 지중저장을 위한 부지 선정 및 특성화, CO2 주입에 따른 모니터링 단계 등 지중저장 전 파전에서 지구물리탐사법이 중요한 역활을 담당할 것으로 예상된다. 특히 주입된 CO2의 거동과 누출에 대한 모니터링과 검증기술은 온실가스감축의 인정과 신뢰성 향상에 많은 기여를 할 것으로 기대된다.

메탄하이드레이트는 새로운 에너지원으로의 가능성뿐 아니라 지구 온난화의 원인으로도 알려져 이에 대한 연구가 활발하다. 메탄하이드레이트 부존층의 평가에 대한 연구는 BSR의 존재와 지진파 속도로부터 메탄하이드레이트 부존랑을 추정하는 연구가 주가 되고 있으나, 최근에는 지진파 감쇠특성으로부터 메탄하이드레이트의 분포를 추정하는 연구도 시도되고 있다. 본 연구에서는 일본 난카이 트러프에서 취득된 2차원 반사법 지진파 데이터로부터 지진파 감쇠지 ($Q^{-1}$)를 산출하여 메탄하이드레이트 부존층에서의 지진파 감쇠특성을 분석하였다. QVO법을 이용하여 주파수 범위 $30{\sim}70Hz$ 오프셋 범위 $125{\sim}1,575m$내에서 제로오프셋 감쇠치를 추정한 결과, BSR상부의 메탄 하이드레이트 부존층에서 지진파 감쇠지가 크게 증가하는 것을 관찰 할 수 있었다. 따라서 본 연구의 결과를 통해 위 주파수 범위내 반사법 지진파의 메탄하이드레이트 부존층내 감쇠 특성을 확인하였으며, 이를 이용한 메탄하이드레이트 농축대의 추정 가능성을 확인하였다.

지진 관측소의 지진 관측 능력은 관측소의 잡음 수준에 좌우되어 잡음 수준이 높은 관측소는 작은 규모의 지진 또는 원거리의 지진에 의한 약한 지반 진동을 감지하기 어렵다. 그러므로 지진관측망의 지진 관측 능력을 고려하기 위해서는 지진관측소의 분포뿐만 아니라 각 관측소의 잡음 수준을 고려해야 한다. 대부분의 국내 지진관측소는 1 Hz 이상의 주파수 대역에서 인간의 활동에 의한 영향을 받고 있으며, 이로 인해 주간과 야간의 잡음 수준 차이가 나타난다. 이러한 잡음 변화에 따른 지진 관측 능력의 차이와 분포를 살펴보기 위해 2005년부터 2007년까지 한국지질자원연구원과 기상청에서 운영하는 광대역 관측소 30개소의 잡음 분석 결과를 이용하였다. 각 관측소의 잡음 수준을 고려하였을 때 야간에는 규모 2.4 정도 이상의 지진이 내륙에서 발생한 것을 관측할 수 있는 반면, 주간에는 규모 2.6 정도의 지진 관측 능력을 보였다.

송수신기 일체형인 소형 루프 시스템을 해저 전자탐사 기술의 적용 가능을 확인하는 과정의 시작 단계로 자기 쌍극자 송신원을 이용한 층서구조에서의 전자가 반응을 계산 하였다. 전도성인 해양 환경에서 측정되는 신호의 크기가 작은 한계가 있지만 전자기장 반응 해석을 통행 지하 하부의 정보를 얻을 수 있었다. 기반암 위의 층이 바닷물보다 저항성인 해저 지각인 경우와 전도성인 열수광상인 경우에 따라 반응이 달라짐을 확인하였고, 그 층의 두께에 따라서 변화하는 전자기 반응을 계산하여 탐지 가능한 층의 두께를 예상할 수 있었다. 송수신기가 모두 바다 속에 위치하기 때문에 송수신기의 배치 방법과 송수신기가 해저면에서 떨어지게 될 때 신호의 반응 변화를 파악하였다. 해양 소형 루프 전자탐사의 실제 적용을 위해서 이상의 연구들이 기초가 될 것으로 기대된다.

호주 Victoria주에서 2007년에 이어 2008년에 Victoria주 북부 지역에서 추가로 탐사 자료를 획득하였으며, 이에 대한 2차원 및 3차원 해석을 수행하였다. 새로이 얻은 자료는 이전의 측선과 나란하게 설정하여 이전 결과에서 해석하였던 전기비저항 영상의 연장성을 밝히고자 하였다. 2차원 및 3차원 역산 결과를 이 지역의 지질자료와 비료 해석한 결과 2007년 MT자료 해석으로부터 확인된 고비저항 및 저비저항대의 공통적인 특징을 새로운 측선에서도 확인할 수 있었으며, 또한 이 지역의 대규모 단층대로 영상화할 수 있었다.

유한요소법을 이용한 3차원 모델링은 모형에 대한 기하학적 유연성에도 불구하고 대형 연립방정식에 대한 계산이 필요하여 실용성에는 많은 제약이 있었다. 본 연구에서는 최근 컴퓨터와 수치해석기술을 바탕으로 직접해법과 반복해법을 선택적으로 사용한 효율적인 유한요소 3차원 모델링을 구현하였다. 직접해법인 PARDISO는 멀티코어 계산환경에서 병렬 연산을 이용하여 계산속도를 현저히 감소시킬 수 있었고 특히 단딜 주파수 다중 송신의 계산에서 최대의 계산효율을 보였다. 소규모 메모리 환경에서는 BiCGSTAB(1)이 다른 반복해법들에 비해 빠르고 안정적으로 수치해를 계산하였다. 효율적인 3차원 모델링은 주어진 문제와 상황에 적합한 해법을 선택적으로 사용함으로써 가능하다. 모델링에는 다양한 형태의 인공송신원이 고려되어 있으며 향후 3차원 역산의 효율적인 엔진으로 활용할 수 있다.

지하공동의 상태를 명확히 영상화하기 위해서는 지하공동의 물성분포에 대한 이해가 우선적으로 되어야 한다. 이 실험에서는 지하공동이 공기 또는 지하수로 적당 비율로 채워져 있음을 가정하고 이에 따른 전기비저항적 특성을 파악하고자 하였다. 또한 지하공동 외벽의 건조 상태가 전기비저항 탐사에 영향을 미칠 것이므로 공동 외벽을 젖었다고 가정한 상태에서 수조 모형실험을 수행하였다. 지하공동 모델은 한천을 이용하여 제작하였으며($33.5{\Omega}m$), 배경매질은 상수도물($100{\Omega}m$)을 사용하였다. 실험결과 외벽이 젖은 상태에서 공기/물의 비율이 낮은 경우에는 저비저항 이상대가 나타나나, 공기/물의 비율이 높아지면서 점점 고비저항 이상대가 나타남을 알 수 있었다.

미세자기학은 분자구조 단위에서 (Micromagnetic modeling) 자성 광물의자화 획득 및 자화 소멸을 연구하는 학문으로 행성지질학적으로 흥미있는 자성 광물의 자화 상태를 수치해석으로 풀어내는 학문이다. 자기이력곡선 분석은 시료를 파괴하거나 가열하지 않고 빠르고 정확하게 자성 광물의 종류 및 크기를 식별할수 있다. 정6면체 형태의 합성자철석이 아닌 자연산에 존재하는 8면체 형태의 모델을 택해야 기존의 실험 결과를 더 잘 설명함을 알아내었다. 특히 8면체의 경우 120 nm 이상의 크기에서 magnetic coercivity와 magnetic remanence가 더욱 안정적이고 커짐을 알아냈다.

어떤 넓은 지역의 솟아오름 또는 내려앉음은 중력값의 변화, 지오이드의 변화, 측정점들의 높이의 변화 등으로부터 추출할 수 있다. 지난 십 여 년 동안, 1) 대전의 한 측점에서 측정한 절대중력값이 작아졌고, 2) 인공위성에 의한 높이측정 자료로부터 추출한 황해 지역의 지오이드의 높이가 늘어났으며, 3) GNSS측정자료로부터 추출한 한반도 남부의 육지 지역의 높이가 늘어났다. 이 세 가지를 종합해 보면, 한반도 및 황해를 포함하는 넓은 지역은 2 mm/yr 정도의 속도로 솟아오르고 있다고 해석할 수 있다.

지하수 수위 변동에 따른 중력 변화를 이동식 기조력 중력계(PET)를 이용하여 충청남도 금산군에 위치한 국가 지하수 관측소(금산 금산 지하수관측소)에서 측정하였다. 중력 탐사는 2008년 11월부터 2009년 9월까지 약 10개월에 걸쳐 수행되었다. 또한 중력탐사가 수행되는 기간 동안 지하수 수위변화에 대한 자료도 얻었다. 얻어진 중력 자료로부터 지하수의 수위변동에 의한 효과만을 추출해 내기 위하여, 대기압에 의한 효과, 조석 효과, ocean loading 효과, polar motion과 drift 효과를 제거하였다. 이렇게 보정된 중력 자료를 관측정에서 측정한 지하수 수위변동과 직접 비교하여 중력 신호에 대한 지하수 수위 변동의 영향을 알아보았다. 또한 6월에는 지하수 관측소에 대한 양수 작업이 있었다. 이 작업이 수행되는 동안 지하수의 수위 강화와 충전이 있었으며, 이와 연관된 중력변화도 매우 성공적으로 관측되었다. 지하수 수위변동에 의한 중력 효과의 관측은 대수층의 water mass balance와 수자원에 대한 모니터링에 있어서 아주 유용하게 이용될 것으로 보인다.

암석의 속도를 정확히 예측하기 위해서는 속도에 1차적인 영향을 미치는 공극구조의 연구가 필수적이다. 이에 본 연구에서는 고해상도 구조 해석에 가장 많이 사용하고 있는 X선 토모그래피 방법을 이용하여 공극구조를 획득하였다. 그러나 X선 토모그래피 방법의 경우 그 역산과정에서 발생하는 smoothing 효과에 의해 공극구조가 왜곡될 수 있다.이를 간단한 공극구조 생성 방법인 single threshold 방법으로 이분화 할 경우 grain contact 부분이 명확히 표현되지 않아 입자의 접촉면적에 좌우되는 속도의 경우 많은 오차를 야기한다. 또한 grain contact의 정확한 기술을 위해서는 고해상도 토모그램 획득이 매우 중요하며, 해상도에 따른 속도의 변화양상 또한 정량적 분석이 필요한 부분이다. 이를 위해 본 연구에서는 영상처리 기법을 적용하여 다양한 이분화를 시도하고, 서로 다른 해상도의 토모그램을 이용하여 이들이 속도 계산에 미치는 영향을 분석하였다. 다양한 영상처리 기법을 적용한 결과 single threshold 방법으로 이분화 한 결과보다 정확한 접촉면적을 보여주는 이분화 결과를 얻을 수 있었지만 실제 계산된 속도에서는 그 향상 정도가 미미하였다. 고해상도 토모그램을 이용한 경우에는 입자의 grain contact이 명확하게 표현되었고, 속도 또한 상당히 향상된 결과를 보여주었다. 결론적으로 디지털 공극구조에서 시뮬레이션을 통한 속도 예측의 경우, 입자의 접촉 부분을 정확히 기술 할 수 있는 높은 해상도의 토모그램이 필수적이며, smoothing 효과의 제거 등의 영상처리와 병행된다면 보다 정확한 암석의 속도 예측이 가능할 것으로 판단된다.

화약류를 이용한 균열제어공법은 자원 및 석유개발, 토목 등 다양한 분야에서 적용되어 오고 있다. 암반을 대상으로 균열제어설계를 위해서는 다양한 암반의 물성과 가압방식의 변화에 따른 파괴과정을 이해할 필요가 있다. 본 연구에서는 반무한 암반 내 시추된 원형공벽에 임의의 입사파가 작용하여 주변에 균열이 전파하는 동적파괴현상을 수치해석적으로 모사하였다. 탄성정수는 국내의 암반분류에서 적용하는 물성치를 사용하였으며 하중가압속도는 1-100MPa/${\mu}s$의 범위까지 변화시키며 암반 내 균열전파양상을 살펴보았다.

2009년 국립해양조사원은 백령도 부근 해역에 대해 바다로 1호에 장착된 Simrad EM3000 다중빔 음향측심기를 이용한 수심측량조사를 실시하였으며 정확한 음속보정을 위해 1일 $7{\sim}10$회 이상의 음속을 관측하였다. 백령도 주변해역은 계절에 따라 여러 질 수괴(쿠로시오 난류, 황해 연안수 등)가 복잡하게 분포하여 여러 형태의 수온 전선이 형성되어 수층 음속 깊이가 최대 10m/s 이상의 차이를 나타냈다. 또한 난수괴 유입으로 인해 수온약층의 깊이가 지역별로 다르게 분포 하였다. 이러한 음속의 국지적 변화는 다중빔을 이용한 수심측량 자료의 정확도를 저하시키는 요인으로 작용한다. 따라서 다중빔을 이용한 수심측량 자료의 정확도를 저하시키는 요인으로 작용한다. 따라서 백령도 주변해역 수심측량 자료의 수평 수직 변화를 음선추적 이론을 이용하여 확인하였다.

콘크리트 구조물의 모형을 실제 구조물과 같은 스케일로 제작하여 현재 비 파괴 검사로 널리 사용되는 GPR(ground penetrating radar)탐사와 충격반향기법(impact echo:IE), 충격응답기법(impulse response:IR)을 복합적으로 적용하여 콘크리트 배면 공동에서의 반응양상을 관찰하였다. GPR탐사를 이용하여 공동의 위치를 대략적으로 파악할 수 있었으나, IE 및 IR 기법의 적용을 복합적으로 수행 하여 보다 정확하게 배면 공동의 위치를 파악할 수 있었다.

지하에 전류를 흘려보내 분극현상을 유도하고, 이 유도분극 현상을 측정하는IP탐사는 금속 광물 탐사에서 널리 이용되고 있다. 특히 광대역주파수를 이용하는SIP탐사는 IP탐사에서 측정하는 전기비저항과 더불어 위상정보까지 제공해 줄 수 있어 금속광물의 종류를 구분하는 등 보다 효과적인 탐사 방법으로 제시되고 있다. 이 연구는 최근 원자재가 급등에 따른 국내 외 광산개발에 필요한 자원탐사 기술 개발의 일환으로 광석 중에 포함되어 있는 금속광물의 SIP 효과에 대한 기초적 연구를 수행한 것이다. 암석의 SIP를 측정 시스템은 GDP-32 system과 Lab transmitter(Zonge)를 사용하여 구성하였으며, 주파수에 따른 IP 효과를 측정하기 위하여 KCl 0.01 mol 용액으로 포화시킨 Glass beads에 황철석 분말의 중량비를 증가 시키면서 SIP를 측정하였다. 실험에 사용된 Glass beads의 직경은 $0.75{\sim}1.0\;mm$의 범위이고, 황철석은 원광석을 분쇄하여 $20{\sim}25$ mesh를 통과한 분말을 사용하였다. 실험방법은 아크릴 수지로 만든 육면체 시료홀더를 사용하여 처음에는 KCl 0.01 mol 용액으로 포화시킨 Glass beads의 SIP를 측정하고, 그 다음에 Glass beads 내에 황철석 분말을 중량비로 $1{\sim}10%$까지 증가 시키면서 SIP를 측정하였다. 이 때 사용한 주파수 대역은 $0.016{\sim}1024\;Hz$ 이며, 측정결과로부터 전기비저항과 Phase를 산출하여 도시하였다.

스플릿 홉킨슨 압력 봉(SHPB)실험은 암석 및 콘크리트와 같은 취성재료의 동적 물성과 변형특성을 파악하고 압축 응력-변형율 데이터를 획득하기 위하여 사용된다. SHPB 실험법은 원리상 대상시료가 파괴이전에 동적응력평형 상태와 일정 변형율 속도 조건하여 놓여져 있어야 한다. 이러한 조건을 만족시키기 위하여 충격봉과 입사봉의 충격에 의하여 발생되는 충격 입사파형을 제어할 필요가 있다. 최근에는 원형 디스크를 충격봉과 입사봉 사이에 두어 입사 충격파형을 제어하는 펄스쉐이핑 기법이 적용되고 있다. 본 연구에서는 입사 충격파형을 정밀하게 제어할 목적으로 다양한 형태와 크기의 금속디스크를 대상으로 SHPB 실험을 수행하여 동적 변형 특성을 파악하였다. 펄스쉐이퍼의 두께와 직경이 작아짐에 따라 응력값과 파장은 증가하였다.