Numerical Simulation of Normal Logging Measurements in the Proximity of Earth Surface

Resistivity logging instruments were designed to measure electrical resistivity of formation, which can be directly interpreted to provide water-saturation profile. Short and long normal logging measurements are made under groundwater level. In some investigation sites, groundwater level reaches to a depth of a few meters. It has come to attention that the proximity of groundwater level might distort short and long normal logging readings, when the measurements are made near groundwater level, owing to the proximity of an insulating air. This study investigates the effects of the proximity of groundwater level (and also the proximity of earth surface) on the normal by simulating normal logging measurements near groundwater level. In the simulation, we consider all the details of real logging situation, i.e., the presence of wellbore, the tool mandrel with current and potential electrodes, and currentreturn and reference-potential electrodes. We also model the air to include the earth’'s surface in the simulation rather than the customary choice of imposing a boundary condition. To obtain apparent resistivity, we compute the voltage, i.e., potential difference between monitoring and reference electrodes. For the simulation, we use a twodimensional, goal-oriented and high-order self-adaptive hp finite element refinement strategy (h denotes the element size and p the polynomial order of approximation within each element) to obtain accurate simulation results. Numerical results indicate that distortion on the normal logging is greater when the reference potential electrode is closer to the borehole and distortions on long normal logging are larger than those on short normal logging.

지표 부근에서의 노멀전기검층 수치 모델링

국내에서 노멀전기검층은 지반조사, 지하수 환경조사, 지열조사, 지질조사, 광물자원 평가 등의 다양한 분야에서 널리 이용되고 있다. 노멀전기검층은 지표 전기비저항탐사법과는 달리 완전공간에 대한 자료를 취득하기 때문에 지표부근에 수위가 위치하는 시추공에서 자료를 취득하는 경우, 수위 및 지표에 대한 영향을 고려해야 한다. 이 연구는 노멀전기검층 존데, 전류리턴전극, 기준점전위전극, 시추공내 지하수위 등을 포함하는 실제 물리검층 환경과 동일한 조건에서 노멀전기검층을 시물레이션하여 지표 및 지하수 수위가 노멀전기검층에 미치는 영향을 분석하였다. 수치 모델링은 2차원 목표지향 자기적응 고차 hp 유한요소법(2D goal-oriented high-order self-adaptive hp finite element method)을 이용하였다(여기서 h는 요소의 크기, p는 노드에서의 근사 차수). 이 알고리듬을 이용하여 측정한 겉보기비저항의 오차가 1%보다 작도록 계산할 수 있는 최적 hp 격자를 구성함으로써 매우 정밀한 결과를 얻었다. 수치실험결과, 지표부근에서 취득한 노멀전기검층 자료는 기준점전위전극이 시추공에 가까울수록 자료의 왜곡이 증가하며 장노멀전기검층에서의 왜곡이 단노멀전기검층에서 보다 심함을 알 수 있었다.