Physical Property Factors Controlling the Electrical Resistivity of Subsurface

This paper describes the physical properties of the factors controlling the electrical resistivity of the subsurface. Resistivities of various types of soil and rock samples saturated with sodium chloride solutions having nine different concentrations were measured, and the measured resistivities of these samples were compared with calculated resistivities obtained using the conventional empirical formulas. From the results obtained, we observed that the resistivity of the soil and rock samples increases with increasing in pore-fluids resistivity regardless of the media type. However, between 20 and 200 ohm-m, which is the normal range of resistivity of groundwater, the resistivity of the pore-fluids have little or no effect on the resistivities of the samples used. Below 10 ohm-m, the resistivities of the samples are mainly controlled by the pore-fluids, whereas, in the normal range of resistivity of groundwater, the sample resistivities are controlled by their intrinsic matrix resistivity more than by the pore-fluids resistivity. Also, the measured resistivity of rock and soil samples having more than $20\%$ clay contents showed a good agreement with the calculated resistivity using the parallel resistance model whereas, the calculated resistivities of glass beads correlate with that obtained using Archie's formula. When the pore-fluid resistivity is high, the computation of the resistivity values of the samples using the Archie's formula could not be carried out. Through this study, we were able to confirm that the tests are only applicable to the parallel resistance model considering the intrinsic matrix resistivity within the normal resistivity range of groundwater in the subsurface.

지반의 전기비저항을 좌우하는 물성요인

본 논문은 지반의 물성과 전기비저항의 관계를 밝히기 위하여 실내에서 여러 종류의 흙과 암석 시료를 대상으로 농도가 다른 9종류의 NaCl 용액으로 공극을 포화시킨 후 전기비저항을 측정하고, 그 결과로부터 흙과 암석의 전기비저항을 좌우하는 물성요인과 이들 요인이 전기비저항에 미치는 영향에 대해서 기존의 경험식을 토대로 비교 검토하였다. 그 결과에 의하면 흙과 암석 시료의 종류에 관계없이 공극수의 전기비저항이 높아짐에 따라 시료의 전기비저항은 높아지고 있으나, 그 증가 폭은 작아지는 경향을 보였다. 이러한 이유는 공극수의 전기비저항이 10 ohm-m 이하의 영역에서는 시료의 전기비저항이 공극수의 전기비저항에 의해서 좌우되지만, 그 이상의 영역에서는 공극수의 전기비저항과 구성물질의 전도성에 영향을 받고 있기 때문으로 생각된다. 또한 glass beads와 세립분의 함량이 $5\%$ 이하인 흙 시료의 전기비저항 실측치는 Archie의 경험식으로부터 구한 계산치와 잘 일치하고 있으나, 그 외 세립분을 $20\%$ 이상 함유하고 있는 흙과 암석 시료의 전기비저항 실측치는 Patnode and Wyllie의 경험식으로 구한 계산치와 거의 일치하고 있었다. 이러한 결과로부터 일반적인 지하수의 전기비저항 영역($20\~200ohm-m$)에서 지반의 전기비저항은 간극수의 전기비저항과 구성물질의 전기전도성을 고려한 병렬 저항 회로 모델을 적용하는 것이 타당한 것으로 밝혀졌다.