• 지구물리와물리탐사
• /
• 제16권1호
• /
• pp.18-26
• /
• 2013

제주도 한라산 주위에 위치한 JJU와 JJB 관측소 하부의 S파 속도구조를 규명하기 위하여, 이 관측소에서 2007년 이후 기록한 $M_W$ 5.5 이상인 원격 지진자료 중 150개 수신함수를 이용하여 역산 및 H-${\kappa}$ 중합법에 적용하였다. 모호면에서 변환된 $P_S$파는 JJU 관측소의 북서쪽(후방위각 $207{\sim}409^{\circ}$, 평균 $308^{\circ}$)과 JJB 관측소의 남동쪽(후방위각 $119{\sim}207^{\circ}$, 평균 $163^{\circ}$) 방향으로 뚜렷하지 않게 나타났다. 이것은 아마도 모호면의 점이적인 속도변화나 지각 내의 속도 불균질층 때문일 수 있다. 수신함수 역산으로부터 계산된 S파 속도모델은 지각 내의 저속도층을 뚜렷이 보여주며, 30 ~ 40 km 깊이에서 점이적으로 증가하는 양상을 보인다. JJB 관측소 반경 18 km 이내에서 저속도층($v_s{\leq}3.5km/s$)은 14 ~ 26 km에 있고, $v_s{\geq}4.3km/s$으로 정의한 '모호면'은 34 km 깊이에 있는 것으로 분석되었다. 서쪽으로 약 10 km 떨어진 곳에 위치한 JJU 관측소의 반경 16 km 이내에서는 저속도층과 '모호면'이 14 ~ 24 km와 30 km에 각각 존재하여 JJB 관측소에 비해 다소 얕은 깊이에서 나타난다. JJU와 JJB 관측소에 대한 H-${\kappa}$ 분석결과는 지각 두께가 29 km와 33 km이며, 종파/횡파 속도비($v_p/v_s$)가 1.64과 1.75임을 각각 나타내어 화산 정상에 가까운 곳에서 상대적으로 낮은 $v_p/v_s$가 관찰되었다.

• 지구물리와물리탐사
• /
• 제9권3호
• /
• pp.207-224
• /
• 2006

탄성파 피에조콘 관입 시험(Seismic Piezo-Cone Penetration Test, SCPTu)은 동적 및 정적 물성과 같은 지반의 공학적 특성 평가에 가장 유용한 조사 기법 중의 하나이다. 본 연구에서는 국내 지반에 대한 실질적 활용 연구로서, 국내 대표적 퇴적 지층 발달 지역인 부산과 인천을 대상으로 각각 두 부지와 네 부지에서 SCPTu를 수행하였다. 현장에서 SCPTu로부터 획득한 파형 신호에 대해 교차법을 이용한 신호 판독을 실시하여 깊이별 전단파의 초기 도달 시점 및 그에 따른 깊이별 도달 시차를 결정하였다. 이를 토대로 Snell의 법칙에 근간한 굴절 전파 경로법을 이용하여 전단파 속도$(V_S)$의 깊이별 분포를 도출하였다. 결정된 깊이별 $V_S$ 분포를 콘 선단 저항력$(q_t)$과 비교해 본 결과, 깊이에 따른 두 값의 경향이 유사하게 나타났다. 일반적인 CPTu 자료의 지진공학적 활용을 목적으로 SCPTu로부터 측정된 결과를 토대로 $V_S$와 콘 관입 특성값의 상관관계를 분석 도출하였다. 다중 회귀 분석을 수행하여 전단파 속도와 콘 관입 특성값 중 네 가지의 독립변수인 콘 관입 저항력$(q_t)$, 주면 마찰력$(f_s)$, 유효상재응력$(\sigma'_{v0})$ 및 간극수압계수$(B_q)$ 간의 상호 관련성을 정량적으로 평가하였으며, 특히 흙 분류 지수인 $I_c$값에 의하여 객관적으로 구분된 사질토 및 점토와 전체 토사에 대한 변수별 경험적 상관식을 제안하였다. SCPTu의 하향식 탄성파 시험과 일반적인 CPTu의 대상 변형률 수준이 다름에도 불구하고 본 연구에서 도출 제안된 $V_S$와 CPTu 특성값의 상관관계는 국내 일부 퇴적 지반에 대한 $V_S$의 예비적 평가에 매우 유용하였으며, 기존 해외 연구의 상관관계에 비해서도 높은 상관성을 보였다.

• 지구물리와물리탐사
• /
• 제21권3호
• /
• pp.150-161
• /
• 2018

최근의 정보통신기술 발전에 기반한 무인 항공 전자탐사는 효율적인 광역 탐사가 가능하다는 장점으로 인해 다양한 활용이 시도되고 있다. 이 연구에서는 무인 항공 전자탐사의 실제 적용을 위한 이론 연구의 일환으로 한국지질자원연구원에서 개발된 무인 비행선 전자탐사 시스템에 대한 고찰을 수행하였다. 이 시스템은 기존의 항공 전자탐사 시스템들과는 다른 송수신루프의 배치로 인해 측정되는 자기장을 해석하기 위한 새로운 기술이 필요하다. 따라서, 임의의 모양을 갖는 송신원에 의한 전자기장 반응을 계산할 수 있는 방법을 제안하였으며 원형루프에 의한 이론해와의 비교 검증을 통해 그 타당성을 확인하였다. 또한, 3차원적으로 분포한 지하의 전도성 이상체에 의한 자기장 반응을 모사하기 위하여 변유한요소법 기반의 3차원 주파수영역 전자탐사 모델링 알고리듬과 결합하였다. 개발된 알고리듬을 바탕으로 지하 이상체에 의한 자기장 반응분석을 수행한 결과, 기존 항공 전자탐사 시스템들과 마찬가지로 탐사고도가 높아지거나 이상체의 심도가 깊어짐에 따라 이상체에 의한 반응이 줄어듦을 알 수 있었고 이상체의 전기비저항이 증가함에 따라서도 반응이 작아지는 것을 확인하였다. 그러나, 이상체의 심도 및 전기전도도와 사용 주파수에 따라 이상성분의 반응양상이 비선형적인 경향을 나타내는 구간이 존재하여, 자료해석 시 반응의 크기를 통한 단순 해석이 어려워지며 겉보기 비저항 계산 시에도 해의 비유일성을 야기시킬 수 있다는 것을 확인하였다. 따라서 실제로 시스템을 활용하여 탐사를 수행할 시, 탐사목적 및 현장 조건을 고려한 사전 모델링을 통해 적합한 주파수 대역 및 탐사고도를 설정하여 탐사를 수행하는 것이 선행되어야 한다.

• 지구물리와물리탐사
• /
• 제13권1호
• /
• pp.1-8
• /
• 2010

탄성파 반사법 탐사는 석탄 구조를 묘사하기 위해 그리고 석탄 채굴법 중 장벽식 채단법(longwall mining)의 위험 경감을 위해 가장 널리 이용되며 가장 효과적인 방법 중의 하나이다. 그러나 이 탄성파 탐사법의 분해능은 화산암의 존재에 의해 영향을 받는다. 호주의 보웬분지(Bowen Basin)와 시드니 분지(Sydney Basin) 일부에 이러한 화산암이 분포하고 있으며, 이러한 지역에서 탄성파 탐사를 이용하여 지하지질구조를 정확히 밝혀내는 데는 어려움이 따를 수 있다. 결과적으로 그러한 지역은 석탄광 후보지로 관성을 끌지 못하게 된다 따라서, 이러한 현무암 지역에서 수행되는 탄성파 탐사의 성공률을 높이기 위한 기법들이 필요하다. 이 연구에서는 탄성파동 방정식에 기초한 모델링 기법을 이용하여 현무암의 물성차, 두계, 횡방향 연장성, 송신원에 대한 상대적인 위치, 다양한 형태의 불균질성이 탄성파 전파에 어떠한 영향을 주는가를 살펴본다. 탄성파 모델링 결과로부터 다음과 같은 결론을 얻었다. 1) 임피던스의 차가 큰 현무암과 다중 흐름(multiple flow)이 있는 경우 다중반사파가 강하게 나타나며 일차반사파가 약하게 나타난다. 2) 현무암층이 앓을 경우 현무암의 존재가 파의 전파에 미치는 효과가 두꺼운 현무암층에 의한 효과보다 적은 것으로 나타났으며, 3) 현무암이 부분적으로 덮여 있을 경우 표변전체가 현무암으로 덮여 있는 경우에 비해 그 효과가 미약하게 나타났다. 4) 저주파의 탄성파(특히 원거리 오프셋에서)가 고주파의 탄성파에 비해 현무암층을 더 잘 통과함을 알 수 있었다. 또한 5) 석탄층이 현무암층으로부터 얼리 떨어져 깊은 곳에 존재할수록 현무암층이 파의 전파에 미치는 영향이 적음을 알 수 있었다. 이러한 연구결과들은 현무암층 하부에 대하여 탄성파 탐사를 수행할 때 발생할 수 있는 문제에 대한 통찰력을 제공할 뿐 아니라 탄성파 잡음을 적절히 처리하고 저주파수 대역의 지오폰으로 원거리 오프셋에서 탄성파 탐사자료를 획득함으로써 탄성파 탐사 결과를 개선시킬 수 있다는 것을 보여준다.

• 지구물리와물리탐사
• /
• 제13권1호
• /
• pp.80-87
• /
• 2010

본 연구는 Athabasca 오일샌드광구의 역청 생산방법인, SAGD 수행에 영향을 주는 불균질한 유효투수도의 분포도를 만드는 저류층 모델링 작업 공정을 개발하기 위한 것이다. 암석학적 상 분포는 연구 지역 역청 저류층 내의 불균질성의 주요 원인이다. 대상 매질은 사암과 이암으로 구성된 하천에서 바다로 이어지는 채널로서 이암이 유체의 흐름을 방해해 유효 투수도를 감소시키고 있다. 본 연구에서는 암석학적 상등을 이암의 모양에 따라 마른 특성의 유효투수도를 갖는 세 종류로 분류하였다. 본 연구의 저류층 모델링 작업과정은 상 모델과 투수도 모델링, 두 가지 주요 모듈로 구성되어 있다. 상 모델링은 확률적인 접근을 이용하여 유효투수도 결정에 중요한, 세가지 상등 중에 어떤 종류에 속하는지를 알려준다. 투수도 모델링은 먼저 이암의 체적율을 구하고 그것을 유효투수도로 변환시킨다. 암석상들의 소형 모델에 대한 일련의 시뮬레이션 적용을 통해 이암 체적율을 유효투수도로 변환시키는 변환함수를 얻는다. 탄성파 자료는 지구통계학적 방법으로 상 모델링에 입력되는 상등의 우선 확률을 제공함으로써 상 모델링에 기여한다. 특히, 본 연구에서는 상들의 우선 확률을 개선하기 위해 상등의 예측 시 다양한 탄성파 속성들을 복합적으로 사용하는 신경망 방법을 이용하였다. 상 구분에 있어서의 얼마만큼 개선되었는지를 보여주기 위해 상 모델링 시 개선된 우선 확률을 사용한 결과를 단일 탄성파 속성을 이용하는 기존 방법의 결과와 비교하였다. 다중 탄성파 속성들의 복합적인 사용에서 밀도와 P파 속도를 조합해서 이용하는 것이 상구분을 향상시키는데 필수적이다. 또한 본 연구에서는 검층으로부터 얻은 공극률과 P파 속도, 사진찍은 것 같이 예측된 이암의 부피를 이용하여 sand matrix의 공극률이 정확하게 평가원 연구지역에서, 다른 상등 사이에서 P파 속도가 달라지게 하는 sand matrix의 공극률에 대해서도 논의하였다.

• 지구물리와물리탐사
• /
• 제15권4호
• /
• pp.209-218
• /
• 2012

다양한 직경과 길이, 암종, 그리고 유효공극률을 가지는 8종의 암석시험편에 대하여 반복적으로 고체밀도와 유효공극률을 산출하고 그에 따른 반복성 및 재현성을 검토하였다. 또한 대기의 기온변화가 유효공극률의 산출에 미치는 영향에 대해 고찰하였다. 8종의 암석시험편에 대하여, 진공압력은 사용한 시스템의 최대진공인 1 torr로, 진공시간은 ISRM 표준시험법의 규약을 만족하는 80분으로 하여 유효공극률을 7번씩 산출하였다. 즉, 참조를 위해 각각의 시험편에 대해 1회, 반복성 검토를 위하여 모든 실험 조건을 같이한 상태에서 각 3회씩, 그리고 재현성의 검토를 위하여 동시에 수침진공하는 시험편의 숫자를 2, 4, 8개로 달리하여 3회 등 총 7번씩의 유효공극률을 산출하고 비교 검토하였다. 고체밀도의 경우 8개 암석시험편의 평균편차가 0.00 $g/cm^3$으로 나타나서 완벽한 반복성과 재현성을 보였다. 유효공극률의 경우는 모든 실험 조건을 동일하게 한 반복성 실험에서는 평균편차가 0.07% 이하, 실험 조건 중에 수침진공 하는 시험편의 숫자를 달리한 재현성 실험에서는 0.05% 이하로 모두 양호한 값을 나타내었다. 재현성 실험에 의해 측정된 유효공극률이 대부분 반복성 실험에서 측정되는 편차범위 내에서 측정되어 양호한 재현성을 보였다. 따라서, 암석시험편의 개수를 2, 4, 8개로 달리하며 수침진공 한 재현성 실험에서는 표준시험법에 따라서 1 torr 정도의 고진공을 사용하는 경우에는 여러 개의 시료를 동시에 수침진공하여도 산출되는 유효공극률에는 영향을 미치지는 않는다. 온도, 습도, 현지기압 등 기상자료와 시험편의 물속무게를 비교하고 대기 온도가 물의 온도, 밀도 및 부력에 영향을 주어 결국 시험편의 물속무게를 잘못 평가할 수 있음을 보였다. 따라서 시험편의 유효공극률을 정교하게 산출하기 위해서는 시험편의 물속무게를 측정할 때 물의 온도를 실험조건에 포함시키거나 다른 물리량과 함께 측정하여 물의 밀도 변화에 따른 물속무게 변화를 보정하여야 더 정밀한 유효공극률을 산출이 가능할 것이다.

• 지구물리와물리탐사
• /
• 제12권1호
• /
• pp.132-142
• /
• 2009

Tamar 열곡은 Tatmania의 Launceston 시를 관통하고 있고, Bass 해협의 지진 활동은 이 도시의 건물들에 피해를 입혔다. 두께가 0 m에서 250 m의 범위로 급격하게 변화하는 연약 퇴적물로 채워진 Tamar 열곡은 Launceston 시 내부와 열곡 위의 지표면 진동을 증폭시키면서 2차원적인 공진 양상을 유도하는 것으로 생각되고 있다. 공간적 평균 일관성 (SPAC), 주파수-파수 (FK), 수평과 수직 스펙트럼 비율을 이용하는 상시 진동 탐사법이 Tamar 열곡에 미치는 영향을 확인하기 위하여 여러 기법을 혼합하여 사용하였다. 일곱 개의 지점에서 수동 탄성파 탐사가 수행되었고, 횡파 속도의 심도 단면을 추정하기 위하여 SPAC을 분석하였으며, 대략 125 m 심도의 퇴적층 속도 단면의 정밀도를 향상시키기 위하여 HVSR을 결합하였다. 그 결과, 퇴적층의 두께가 Launceston 시에서 전체적으로 변화가 심하게 나타남을 확인하였다. 최상부층은 매우 연약한 제 4기의 충적층으로 구성되어 있으며, 횡파 속도는 50 m/s에서 125 m/s의 범위를 나타낸다. Tamar 열곡의 0 m에서 250 m 심도를 채우고 있는 제 3기의 퇴적층의 횡파 속도는 400 m/s에서 750 m/s로 변화한다. GUN과 KPK 측점해서 SPAC을 이용하여 획득한 결과는 FK 분석으로 해석된 분산 곡선과 잘 일치하였다. FK 해석은 SPAC 보다 좁은 주파수 대역에 한정되어서, 더 낮은 주파수 대역에서 횡파 속도가 높게 추정된 것으로 보인다. 층서 모델로 가정하여 측정된 HVSR은 SPAC에 의한 결과와 비교하였고, 횡파 느리기 단면에 추가적인 제한조건을 제공하였다. SPAC과 HVSR 분석을 결합한 결과에서는 GUN 측점의 지질구조가 층서 구조로 가정할 수 있음을 확인하였고, KPK 측점에서는 Tamar 열곡을 가로지르는 2차원적 공진 양상이 존재함을 확인하였다

• 지구물리와물리탐사
• /
• 제9권4호
• /
• pp.279-290
• /
• 2006

이 연구에서는 다양한 시추공 레이다 탐사법 중, 지하 갱도의 탐지에 사용이 가능한 (1) 시추공 레이다 반사법 탐사, (2) 방향성 안테나를 이용한 반사법 탐사, (3) 크로스홀 스캐닝(crosshole scanning), (4) 레이다 토모그래피 등의 4 종류 시추공 레이다 탐사법의 터널 탐지에 대한 적용성과 한계성을 탐사 사례 분석을 통해 고찰하였다. 시추공 레이다 반사법 탐사의 터널로부터 회절 양상은 완벽한 포물선 형태보다는 상부 포물선만 명확히 나타난 형태가 많았고 그 회절 이벤트는 정점을 기준으로 아래, 위 10 m 이상에 이르는 트레이스 까지 나타났다. 또한 안테나의 길이에 비해 시추공의 공경이 커지면 링잉 현상이 많이 발생함을 확인하였다. 송 수신 거리(offset)에 따라 신호의 양상이 많이 달라지며 현장여건에 따라 송 수신 거리를 조절하면 더 좋은 분해능의 자료를 획득할 수 있을 것이다. 방향성 안테나 시스템은 한 시추공만을 이용하여 터널의 3차원적인 위치를 정확히 판별할 수 있는 장점이 있으나 장비의 가격이 고가이며, 현장 작업의 난이도가 매우 높고, 시간이 많이 걸리는 단점이 있다. 크로스홀 스캐닝는 터널의 유무에 대한 좋은 지표가 될 수 있음을 알 수 있었으며 시추공 레이다 반사법 탐사와 같이 사용된다면 높은 신뢰도의 결과를 낼 수 있을 것이다. 레이다 토모그래피는 터널을 영상화함과 동시에 주변의 지반 물성을 얻게 되어 지하구조 파악에 효과적이라고 할 수 있다. 위의 결과를 토대로 경제적이고 효과적인 터널 탐지 방법을 제안하면, 먼저 시추공 레이다 반사법 탐사를 수행하여 이상 징후를 탐지 한 후, 주변의 시추공 상황에 따라 크로스홀 스캐닝이나 방향탐지 안테나를 도입하여 확인하는 것이다.

• 지구물리와물리탐사
• /
• 제10권3호
• /
• pp.191-202
• /
• 2007

한반도 남부지역의 세부적인 지진파 감쇠특성 규명을 위해, 기존에는 적용이 불가능하였던 Q 토모그래피 역산을 위한 사전 수치검증 연구를 수행하였다. 특히 강지진동모사를 위해 일반적으로 사용되고 있는 추계학적 점지진원 지진동 모델(stochastic point-source ground-motion model; Boore, 2003)에서 사용되는 Q 값에 대한 2차원(2D; 2 Dimensional) 토모그래피 역산을 시도함으로써 역산 결과가 강지진동모사에 직접 활용될 수 있도록 하였다. 수치검증 방법으로는 Q 토모그래피 checkerboard 시험방법이 사용되었는데, 이를 위해 광역 단일 Q 모델의 추계학적 지진동모델 파라미터 역산결과의 지진원과 부지효과 모델 파라미터 값을 이용해서 관측자료와 지진규모-거리-주파수-오차 분포가 동일한 스펙트럼 합성자료를 생성하였다. 수치검증을 위한 Q 블록 격자의 총 개수는 75개(내륙지역=69개(약 $35{\times}44km^2$의 격자크기); 해양지역=6개)로 설정하였으며, $Q_0f^{\eta}$ 함수형태의 Q 블록 값은 $Q_0$=100, 500, ${\eta}=0.0{\sim}1.0$의 분포를 갖도록 하고, 파선의 깊이는 별도로 고려하지 않았다. 스펙트럼 합성자료 생성에 이용된 모델파라미터의 정해와 모델파라미터의 역산결과를 비교하기 위한 checkerboard 수치검증은 3단계에 걸쳐 수행되었는데, 1단계는 블록별 Q의 초기값 추정 단계이며, 2단계는 관측소별 부지증폭함수를 추정하는 단계, 마지막 3단계에서는 최종적인 Q를 도출하는 단계이다. 관측소별 부지증폭함수의 초기 추정값으로는 기 분류된 관측소 등급에 대한 평균 부지증폭함수(연관희, 서정희, 2007)가 사용되었으며, 3단계의 checkerboard 수치검증 결과 최종적으로 추정된 부지효과 모델에는 오차가 발생하였으나 블록별 Q의 정해는 만족할 정도로 추정할 수 있었다.

• 자원환경지질
• /
• 제44권6호
• /
• pp.493-502
• /
• 2011

본 연구는 지형자료와 Free-air 중력이상을 이용하여 한반도의 모호면 심도 및 지각두께를 계산하였다. Airy-Heiskanen 지각평형 가설에 근거한 Free-air 중력이상에 포함된 지형중력과 연관성 있는 성분들을 파동수상관분석으로 추출하고 이로부터 보상이 이루어진 상태의 중력효과를 계산하였다. 계산된 결과로부터 반복법을 통한 역산을 이용하여 지각과 맨틀의 경계면인 모호면 심도를 도출하였고 역산 시 기존에 연구된 지진파에 의한 20개의 모호면 심도를 활용하여 포텐셜 필드에서 나타날 수 있는 비유일성의 가능성을 최소화하였다. 최종적으로 모호면 심도와 고도 자료를 더하여 한반도 지각두께를 도출하였으며 한반도 평균지각두께는 32.15 km, 표준편차 3.12 km를 나타내었다. 이 연구에서 구한 남한지역의 모호면과 같은 지역의 타 논문결과들과 비교하였을 때 평균 모호면 심도는 각각 31.08 km, 31.96 km, 33.02 km을 나타내고 표준편차는 1.94 km, 1.62 km, 1.77 km을 나타냄으로 각 연구결과의 통계치는 거의 일치하는 것으로 나타났고 모호면 굴곡 역시 공통적으로 태백산맥과 소백산맥을 따라 모호면이 깊어지고 경상분지는 얕아짐을 확인하였다. 또한 지각 내 중력 이상체의 분포에 대한 정보를 포함하고 있는 지형과 비상관된 Freeair 중력이상을 가지고 지열류량분포와 비교하였다. 저주파성분의 지형과 비상관된 Free-air 중력이상과 지열류량분포를 상관 비교한 결과 높은 양의 상관관계를 나타냈고, 특히, 경상분지지역은 높은 지열류량분포가 암석의 밀도보상으로 인해 모호면의 상승을 가져다 준 것으로 보인다. 이러한 결과는 최근 Kim et al.(2008)에서 언급한 경상분지의 높은 지열류량이 맨틀로부터 야기되는 모델과 부합된다는 사실을 뒷받침해주고 있다.