• 지구물리와물리탐사
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• 제5권3호
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• pp.199-205
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• 2002

전기비저항 탐사에서 측정되는 양은 두 전위전극 사이의 전위차이다. 이 전위차가 양일 경우에는 겉보기 비저항도 양의 값을 가지며, 음일 경우에는 겉보기 비저항도 음의 값을 나타낸다. 또한 측정되는 전위차의 부호는 전기장의 방향에 따라 좌우된다. 만약 측정방향과 전기장의 방향이 같다면, 전위차와 겉보기 비저항은 양의 값을 보이게 되며, 그 반대의 경우에는 음의 값을 나타낸다. 일반적으로 지표 전기비저항 탐사에는 측정방향과 1차 전기장의 방향이 같은 전극 배열을 사용하며, 이 방향의 1차 전기장은 2차 전기장에 비하여 항상 크다. 따라서 일반적인 전극배열을 사용하는 지표 전기비저항 탐사의 경우에는 지형이 평탄하고 잡음이 없다면 음의 겉보기 비저항은 나타나지 않는다. 그러나 시추공-시추공 전기비저항 탐사의 경우에는 1차 전기장의 방향과 측정방향이 일치하지 않으며, 경우에 따라서는 1차 전기장의 측정방향 성분이 2차 전기장의 측정방향 성분 보다 그 크기가 작을 수 있다. 이 경우 2차 전기장의 방향과 측정방향이 서로 반대일 경우에는 음의 겉보기 비저항이 나타날 수 있다. 따라서 음의 겉보기 비저항은 측정방향의 1차 전기장이 매우 작은 영역에서 발생할 가능성이 높다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제5권3호
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• pp.206-216
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• 2002

유한요소법은 다양한 공학문제에 대해 수치적으로 해를 구하는 방법으로, 유한개의 요소를 이용하여 모형의 형상을 자유롭게 설정할 수 있기 때문에 3차원 모델링에 많이 적용된다. 공학에서 모델링은 해의 정확도와 계산시간이 중요한 의미를 가지므로, 유한요소법을 이용할 경우 주어진 공간에 대해 물리적인 연속성을 가지며 간단한 방법으로 요소를 구성하는 것이 효율적이다. 그러나 기존의 유한요소법에서는 구조적으로 복잡한 대상에 대해서 체계적인 요소 구성방식이 존재하나, 기하학적으로 단순한 원통형 물체에 대해서는 원통의 중심부에 대한 묘사가 자유롭지 못하다. 이 연구에서는 기존의 좌표변환식에서 처리할 수 없었던 좌표계의 원점을 수학적으로 정의하여 완전한 원통 좌표계에서의 유한요소법을 구성하고자 한다. 원통 좌표계에서는 모든 영역을 육면체 요소로 구성하여 유한요소법을 적용할 수 있으므로 원통형 물체나 공간으로 표현되는 시스템의 구조해석에 효율적이다. 한편, 이 방법은 단일 시추공과 지표의 탐사선으로 구성된 새로운 방식의 시추공-지표간 전기비저항 탐사법을 수행할 수 있는 기초를 제공하며, 이를 이용할 경우 전기비저항탐사의 환경 분야에 대한 적용성을 높일 것으로 판단한다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제6권2호
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• pp.57-63
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• 2003

경암 내에 존재하는 소규모 공동 탐지를 목적으로 시추공 간 탄성파자료에 대한 주시 토모그래피 및 Kirchhoff 구조보정 기법의 적용 가능성을 고찰하였다. 주시 토모그래피의 경우 수치모델링을 통한 검토 결과, 소규모 공동($2m{\times}2m$)에 기인한 초동변위 양은 대단히 작고(<0.125msec)초동변위가 관측되는 수신기 오프셋 범위도 조사영역 평균속도의 $1\%$의 초동변위를 탐지가능 기준으로 보았을 때 4m 이내로 나타났다. 이로부터 초동변위를 성공적으초 발췌하기 위해서는 적절 샘플링 간격 0.03125msec, 자료획득 송수긴 간격을 가능한 좁게 설정하여야 함을 확인하였다. 한편, 시추공 탄성파 자료에 대한 Kirchhoff 구조보정 기법을 수치모델링 자료에 적용, 탐지 가능성을 확인하고 이를 현장자료에 적응하였다. 시추공 간 탄성파 자료에 나타나는 직접파 및 각종 모드 변환파 제거를 위해 메디안 필터 및 주파수 대역필터의 조합을 적응함으로써 공동에 의한 회절신호를 분리하였다. 공통 송신원 및 중합 구조보정 단면을 작성하고 이로부터 Kirchhoff 구조보정 기법은 공동에 의한 회절신호를 성공적으로 분리하였을 경우 공동에 대한 정보도출이 가능함을 확인하였다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제6권2호
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• pp.87-94
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• 2003

지진 발생을 전후로 ULF대역 지자기장의 진폭이 증가하는 현상이 관측 보고 되고 있으며, 그 원인으로서 단층대 전기전도도의 빠른 변동이 거론되고 있다. 즉 단층대 매질에 유도전류가 발생하면 전자기장의 변동이 발생할 수 있다고 하는 것이다. 본 연구에서는 2차원 단층구조 모델에 대한 수치 계산을 통해 전자기장 교란의 발생 가능성을 살펴보았다. 전기전도도가 ULF 대역의 주파수로 진동하면 낮은 주파수의 전자기장들이 ULF 대역의 주파수로 변조되어 좁은 주파수 대역에 중첩됨으로써 상대적으로 큰 전자기장의 교란을 일으킬 가능성이 있다. 단층대의 전기전도도와 형태, 전기전도도 변동의 크기와 주파수, 지각 및 맨틀의 전기비저항 구조, 관측 전자기장 주파수 대역의 폭 등에 의해 전자기장 교란의 관측가능성이 결정됨을 확인할 수 있었다. 지진과 관련된 전자기적 활동의 관측을 위해서는 단층대의 구조 뿐만 아니라 심부 지각의 전기비저항 구조의 연구가 이루어져야 하며, 관측 주파수 대역의 적절한 선택이 필요하다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제7권2호
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• pp.109-116
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• 2004

석유/천연가스 저류층 특성화는 사용 가능한 현장자료를 이용하여 여러 저류층 물성의 공간적 특성을 정량적으로 추정하는 과정이다. 저류층 물성 중 특히 공극률과 유체투과율은 저류층 내의 유체 함유 공간의 크기와 유체 유동 능력을 나타내며, 저류층 평가와 운영에 있어 가장 중요한 특성변수이다. 불균질 저류층에 있어 코어가 채취되지 않은 구간이나 시추공에서 일반적인 물리검층 자료로부터 기존의 통계적 방법을 통해 공극률과 유체투과율을 추정하는 것은 매우 어렵고 복잡한 작업이므로, 이 연구에서는 물리검출 자료를 이용한 저류층 물성결정 방법으로 퍼지이론과 신경망을 이용한 지능형 기법을 제시하였다. 퍼지이론을 기초로 한 퍼지 곡선법으로 코어 공극률, 유체투과율 자료와 상관성이 높은 물리검층 자료를 선택하고, 선택된 물리검층 자료와 코어분석 자료를 이용한 신경망 학습을 통해 저류층의 공극률과 유체투과율을 추정하고자 하였다. 이 연구에서 제시한 지능형 저류층 특성화 기법을 이용하여 국내대륙붕 시추공의 유정자료를 분석하여 기존 방법 보다 정확하고 신뢰성 있는 해석 결과를 얻을 수 있었다. 이러한 지능형 저류층 특성화 해석기법은 국내외 석유/천연가스 개발사업에 있어 보다 신뢰성 있는 물리검층 자료를 이용한 저류층 특성화 도구로 활용할 수 있을 것이다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제7권2호
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• pp.130-135
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• 2004

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.

• 지구물리와물리탐사
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• 제7권2호
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• pp.136-147
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• 2004

본 논문에서는 자기지전류 탐사법에 대한 3차원 이상체의 모형 반응 결과를 분석하였다. 분석에 이용된 3차원 모형은 비전도성 배경 매질 내에 전도성 고립이상체가 존재하는 모형과, 같은 모형에 전도성 표토층을 추가한 모형이다. 지하의 전도성 이상체에 의한 겉보기 전기비저항 이상에는 뚜렷한 주파수 의존성이 존재하며, 이는 이상체 주변에 발생되는 전류 집중 및 유도 전류 거동의 주파수 의존성 때문이다. 지표에서 tipper와 induction vector의 반응에도 뚜렷한 주파수 의존성이 존재하였으며, 그 외에도 tipper와 induction vector의 반응은 이상체의 위치와 직접적인 연관성이 존재하였다. 또한, 2차원 탐사를 가정하여 한 측선에서 겉보기 전기비저항과 위상, induction vector를 분석하면, 3차원 이상체의 존재 여부 및 위치 파악에 도움을 줄 것으로 판단되었다. 전도성 표토층을 추가한 모형의 반응은 대체적으로 고립이상체 모형의 반응과 비슷한 양상을 나타내었지만, 전도성 표토층의 영향으로 이상체에 의한 반응의 크기가 감소하였으며, 이상체의 영향이 나타나는 영역도 크게 감소하였다. 위와 같이 본 연구에서 논의된 3차원 모형 반응에 대한 분석 결과 및 그 방법은 지하 구조의 3차원 반응의 이해와 MT 탐사 자료의 해석에 효과적인 지침이 될 것으로 생각된다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제7권3호
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• pp.174-183
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• 2004

퇴적암반에서의 암석 강도는 시추공 굴착 과정에서 동반될 수 있는 시추공 불안정이나 효율적인 모래 생산 평가, 또는 시추공 압축 파쇄대를 이용한 지반 응력장 추정 문제 등 다양한 범위의 지질 역학적 문제들에 있어서 선결적으로 규명되어야 할 요소 중 하나이다. 본 연구에서는 여러 종류의 퇴적암(사암, 셰일, 석회암, 방해석 등)에서의 일축 압축 강도와 기타 물성(속도, 탄성계수, 공극률)을 관계 짓는 경험식들을 수집하여 검토하였다. 이들 경험식들은 시추공 물리검층을 통해 측정 가능한 파라미터들로 암석 강도를 추정하는데 이용될 수 있다. 일부 관계식들(예를 들어 사암이나 셰일의 강도-공극률 관계식)은 일정정도 만족스러운 강도 추정 도구로 이용될 수도 있지만, 각각의 물성 측정치에 대한 암석 강도가 상당히 분산되어 있어 모든 자료를 만족스럽게 예측하기에는 충분히 일반화 시킬 수 없다는 문제점이 있다. 따라서 이들 경험식들을 이용하기 전에 해당 지역에 대한 강도-물성 관계 캘리브레이션의 중요성이 강조된다. 그럼에도 불구하고 현장 암석 강도의 최저 한계 정보를 제공할 수 있는 몇몇 경험식들은 시추공 불안정 분석과 관련하여 유용하게 이용될 수 있다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제7권3호
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• pp.207-212
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• 2004

자기지전류(MT) 자료의 3차원 역산에 대해 소개한다. MT 자료의 역산 문제는 기본적으로 악조건이므로 유일한 해가 존재하지 않는다. 이러한 비유일성을 줄이고 정확한 역산해를 구하기 위해서는 역산 시 사전정보를 추가하는 제약조건을 가해야 한다. 물리탐사 분야에서 비선형 역산에 사용되는 가장 일반적인 방법은 일련의 선형화된 역산문제를 푸는 Gauss-Newton법이다. 이 알고리듬은 수렴 시, 모델 공간에서 역산문제에 대한 목적함수를 최소화하는 최적해를 준다. 그러나 이러한 반복적 선형화기법은 3차원 MT 역산의 경우 Jacobian 행렬을 구하기 힘들기 때문에 그 유용성에 한계가 있다. 이러한 어려움은 CG법에 의해 완화할 수 있다. 선형 CG법은 Gauss-Newton 반복의 각 단계를 근사적으로 풀기 위해서 사용된다. 한편 비선형 CG법은 목적함수의 최소화에 직접적으로 적용된다. 이들 CG법은 Jacobian 행렬의 계산 및 대형 선형방정식의 해를 반복 당 세 번의 모델링으로 대치할 수 있어서 3차원 역산에 적합하다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제7권2호
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• pp.148-154
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• 2004

자기지전류(MT)법의 3차원 모델링에 대해 소개한다. 3차원 MT 모델링은 MT 반응의 물리적 특성의 이해뿐만 아니라 지하의 3차원적 전기비저항 구조를 재구성하기 위한 역산법의 개발에도 필수적이다. 지난 20년 동안 3차원 모델링에 관한 여러 수치기법들이 개발되었으나 그 실용성에는 많은 한계가 있었다. 그러나 최근에는 컴퓨터의 급속한 발전과 대형 연립방정식에 대한 반복해법의 발전에 힘입어 이전에는 어려웠던 복잡한 3차원 구조에 대한 MT 반응을 효율적으로 모델링할 수 있게 되었다. 유한차분법에서는 자기 flux와 전류의 보존법칙을 만족하면서 전기장의 불연속을 표현할 수 있는 staggered 격자의 사용이 보편화되었다. 대형 연립방정식에 대한 수치해의 수렴성은 Krylov 부분공간법, 적당한 전처리 기술 및 정적 발산보정법을 채택함으로써 크게 향상된다. 변요소를 사용하는 벡터 유한요소법으로도 전기장의 불연속 문제를 해결할 수 있으며 이 방법이 가진 기하학적 유연성은 불규칙한 지표기복을 포함한 복잡한 구조를 모델화할 때 특히 유용하다.