Application of Relative Gravity Surveying and Modeling to Sinkhole Detection

The purpose of this research was to develop and present methods to detect sinkholes which can exist underneath the surface of the ground. First, we buried a water tank with dimensions $1.8{\times}0.8{\times}0.8m$ at a distance of 1.8 m from the surface. This played the role of the sinkhole. Secondly, we created a square zone with sides 12 meters away from the buried water tank. Within this zone, we measured the gravity at 1-meter intervals using a Scintrex CG5 relative gravimeter with a resolution of 0.001 mGal. Additionally, we performed three-dimensional (3-D) gravity modeling to calculate the theoretical values of the relative gravity around our model sinkhole. The resulting values for the relative gravity around the sinkhole depended on the method used. The measured effect of gravity was 0.036 mGal and the effect calculated using 3-D modeling was 0.024 mGal. Our results suggest that sinkholes that are similar in size to the water tank used in this study can be detected using relative gravity surveys. Smaller sinkholes can be detected by reducing the intervals between the relative gravity measurements.

싱크홀 탐지를 위한 상대중력측량과 중력모델링 기법의 활용

본 연구는 지표면 아래 존재할 수 있는 싱크홀 탐지를 위해 포텐셜 필드법 중 중력학적 방법을 적용하고, 그 가능성을 제시하는데 목적을 둔다. 싱크홀을 대신하여 지표면 아래 1.8 m 깊이에 수조($1.8{\times}0.8{\times}0.8m$)를 매설하였다. 매설된 위치를 중심으로 $12{\times}12m$ 구역에서 1 m 간격으로 Scintrex사의 CG-5 상대중력계(정밀도 0.001 mGal)를 이용하여 중력을 측정하였다. 싱크홀 모형에 대한 이론상 중력효과를 계산하기 위해 3차원 중력모델링을 수행하였다. 그 결과, 중력 측정에 의해 직접 산정된 싱크홀 모형에 대한 중력효과 0.036 mGal은 3차원 중력모델링에 의한 결과 0.024 mGal와 근소한 차이를 보였다. 이것은 본 연구를 위해 사용된 수조 크기와 비슷한 규모의 싱크홀은 상대중력측량에 의해 탐지될 수 있으며, 보다 조밀한 간격으로 중력탐사를 수행한다면 보다 작은 규모의 싱크홀 탐지에도 중력탐사가 충분히 적용 가능할 것으로 판단된다.