• 지구물리와물리탐사
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• 제10권4호
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• pp.241-251
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• 2007

본격적인 지진관측 이래 최대 규모의 내륙 지진으로 기록된 오대산지진의 관측 스펙트럼을 이용하여, 점지진원 스펙트럼 모델의 지진원 크기 및 오차의 공간적인 특성을 평가하였다. 먼저 지진원 스펙트럼을 추정하기 위해, 최근까지 국내에 축적된 지진자료를 기반으로 비교적 상세하게 추정된 추계학적 지진동모델(Boore, 2003)의 지진파 전달, 부지특성(연관희, 2007)을 이용하여 관측 자료를 보정하였다. 추정된 오대산지진의 지진원 스펙트럼을 $1-f_c$(1개의 코너주파수) Brune의 ${\omega}^2$ 지진원모델에 적합한 결과, 기존에 제시된 지진규모-응력강하량 대표모델(연관희 등, 2006)에 의해 잘 예측되었으며, 오대산지진의 지진원 스펙트럼은 최근까지 한반도 인근에서 발생한 중규모 이상의 지진원 스펙트럼으로부터 추정된 $2-f_c$(2개의 코너주파수)의 경험적인 지진원모델에 보다 잘 부합되었다. 또한 일반적으로 무작위 잡음으로 취급되는 점지진원 지진파 스펙트럼 모델링 오차에 대해 방위각에 따른 방향성과 지역별 전달특성을 평가한 결과, 오차가 완전한 무작위 특성이 아님을 확인할 수 있었다. 이러한 모델링 오차의 방향성은 이론적으로 추정된 방사패턴과도 매우 유사한 관측된 방사패턴을 나타내었으며, 지역별로는 지질학적인 경계 혹은 지진파전달의 불연속적 특성과 밀접한 관계가 있는 것으로 판단되는 주파수별로 상이한 공간적인 분포 특성을 보여주었다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제21권3호
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• pp.198-206
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• 2018

본 선행 연구에서는 섭입해양판의 탈수와 탈수된 물의 거동을 2차원 컴퓨터 수치모델링 하였다. 함수 광물을 포함한 섭입해양판이 맨틀로 침강되면 온도와 압력이 증가함에 따라 함수 광물의 탈수가 발생, 상부에 위치한 맨틀 쐐기에 물을 공급한다. 탈수된 물의 거동은 맨틀 쐐기의 구석 유동과 맨틀 쐐기 내 광물의 공극을 따라 흐르는 공극 유동에 의해 동시에 지배 받는다. 섭입해양판의 속도와 연령 그리고 광물 입자의 크기가 탈수된 물의 거동에 미치는 영향을 분석하였다. 함수 광물이 포함된 해양 지각의 물의 용해도는 실험실에서 측정된 값을 근사 하여 사용하였다. 실험 결과는 대부분의 함수 광물이 100 km 보다 얕은 깊이에서 탈수되며, 섭입해양판의 속도 및 연령은 탈수 및 탈수된 물의 거동에 크게 영향을 미치지 않음을 보였다. 광물 입자의 크기가 클수록 탈수된 물이 빠르게 맨틀 쐐기와 상부 대륙 지각을 거쳐 지표면으로 유출되므로 해양 지각, 맨틀 쐐기 그리고 상부 대륙 지각 내 물의 체적율이 광물 입자의 크기가 작은 다른 실험에 비하여 감소한다. 개발된 수치모델링 기법은 추가 개발을 통해 향후 호화산 연구에 활용될 예정이며 지진파 단층도 등 타 분야 연구에도 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제18권2호
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• pp.85-90
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• 2015

배경잡음 교차상관을 이용하여 국내에 설치된 지표 및 시추공 관측소 지진계의 방위각 보정값을 계산하였다. 이 방법은 원거리 지진자료를 사용하던 기존 연구들과는 달리 배경잡음 자료를 이용하며, 수직-수직성분 배경잡음 교차상관 함수를 $90^{\circ}$ 위상변화시키면 수직-방사성분 교차상관함수의 위상과 일치하게 된다는 특성을 이용한다. 2007년 1월부터 2008년 9월까지의 연속 자료를 중합하여 계산한 결과는 원거리 지진자료를 이용하여 계산된 이전 연구결과와 매우 유사하며, 계산 결과의 표준편차도 대부분 $5^{\circ}$ 이하로 나타나는 것을 확인할 수 있다. 한편, 자료를 30일씩 중합하여 계산한 결과 역시 표준편차가 $5^{\circ}$ 이하로 낮게 계산되며, 시간에 따른 방위각 보정값의 변화가 거의 없는 것으로 미루어 2007년 1월부터 2008년 9월 사이 기간에는 전체 관측소의 지진계 방위각이 크게 바뀌지 않은 것으로 보인다. 배경잡음 교차상관 분석 방법의 중합기간에 대한 민감도를 분석한 결과, 국내 지진관측소에 대한 신뢰할 수 있는 방위각 보정값을 얻는데 필요한 배경잡음 연속 기록의 최소 기간은 30일 정도로 추정된다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제18권2호
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• pp.74-84
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• 2015

탄성 거꿀 참반사 보정(elastic reverse-time migration)을 통해 물리적으로 의미가 있는 영상을 얻기 위해서는 탄성 파동방정식(elastic wave equation)을 통해 재구성된 벡터 파동장(reconstructed vector wavefield)으로부터 P파와 S파를 분리하는 파분리 알고리듬이 필요하다. 그리고 이방성을 고려한 탄성 거꿀 참반사 보정으로의 확장을 위해서는 이방성을 고려한 탄성 모델링 알고리듬 뿐만 아니라 이방성을 고려한 파분리가 필요하다. 이방성 탄성매질에서의 파분리는 등방성 탄성매질에서 주로 이용하는 Helmholtz decomposition과는 달리 탄성매질의 수직 속도 및 이방성 계수에 따라 계산된 유사미분필터(pseudo-derivative filter)를 이용한다. 이 필터는 적용에 많은 계산이 필요하기 때문에 이 연구를 통해 많은 양의 병렬계산을 효율적으로 수행할 수 있는 GPU (Graphic Processing Unit)를 이용하여 이방성 파분리를 수행하는 알고리듬을 개발하였다. 또한 GPU를 이용해 파분리를 수행하는 알고리듬을 포함하고 MPI (Message-Passing Interface)를 이용하는 효율성 높은 이방성 탄성 거꿀 참반사 보정 알고리듬을 개발하였다. 개발된 알고리듬의 검증을 위해 Marmousi-II 탄성모델을 기초로 수직 횡등방성(vertically transversely isotropy; VTI) 탄성모델을 구축하여 수치모형 실험을 수행해 다성분 합성탄성파탐사자료를 생성하였다. 이 합성탄성파 자료에 개발된 이방성 탄성 거꿀 참반사 보정 알고리듬을 적용하여 GPU와 MPI를 효과적으로 이용한 계산속도 향상과 이방성 파분리에 의한 영상결과의 정확도 향상을 보여주었다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제1권1호
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• pp.49-56
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• 1998

탄성파토모그래피는 고해상의 자료분석을 필요로 하는 환경이나 토목 등 공학적 응용분야에서 지하구조를 결정하기 위해 널리 사용되는 방법이다. 지금까지의 탄성파토모그래피는 대부분 주시역산에 의존해 왔으나 최근에는 파형정보를 이용하는 역산기법들이 활발히 연구되고 있다. 본 연구에서는 이러한 파형정보를 이용하여 음파 매질에서의 이차원 전파형 역산 알고리듬을 개발하였다. 전파형 역산은 Born역산의 약산란장 가정이나 주시역산의 고 주파수 가정이 필요 없는,분해능이 가장 좋은 방법이다. 그러나 초기추정값이 실제 모델과 많이 다를 경우 국부 최소값에 빠진다는 단점이 있다. 본 연구에서는 주시 역산을 통해 배경값을 추정하고 이를 초기추정 값으로 주어 전 파형 역산을 수행하는 알고리듬을 개발하였다. 본 알고리듬을 인공탄성파자료에 적용한 결과, 주시 역산 결과를 전파형 역산의 초기치로 사용할 경우 오차의 수렴속도가 매우 빠르고 분해능이 뛰어난 영상을 제공함을 확인할 수 있었다. 이는 주시역산을 통한 배경값 추정이 전파형 역산의 국부 최소값 문제와 계산 시간의 문제를 효과적으로 해결할 수 있는 방안임을 시사한다. 또한 축소모형실험자료에 대하여 본 알고리듬을 적용한 결과 재구성된 속도구조가 실제 모형과 잘 일치함을 알 수 있었고, 이를 통하여 현장자료에 대한 적용가능성을 확인하였다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제13권2호
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• pp.137-143
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• 2010

2000년 12월 9일 경북 영덕 해역에서 국지규모$(M_L)$ 3.7의 지진이 발생하였다. Chang and Baag (2006) 지각속도구조 모델을 적용할 경우 진앙의 위치는 $36.4462^{\circ}N,\;129.9789^{\circ}E$이며, 지체구조구상 한반도 대륙붕에 해당한다. 동해에서 대륙지각이 해양지각으로 변이되는 점을 고려하여 지각의 두께를 5 km 얇게 조정한 모델을 사용해도 진앙 위치의 변화는 거의 없었다. 파형역산을 두 모델에 적용하여 지진의 깊이와 발진기구를 계산하였다. 영덕 해역 지진의 깊이는11 ~ 12 km로 계산되었다. 지진모멘트는 $1.0{\times}10^{15}N{\cdot}m$로 추정되었는데, 이 값은 모멘트규모$(M_W)$ 3.9에 해당한다. 영덕해역 지진은 2004년 5월 29일에 발생한 울진 해역 지진과 함께 전형적인 역단층 특성을 보여주며, P축의 방향은 동남동-서북서 방향이다. 스펙트럼 분석을 통해 추정된 모멘트규모는 4.0이며, 이는 파형역산에 의해 추정된 모멘트규모와 거의 비슷하다. 평균 응력강하는 3.4 MPa로 추정되었다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제23권1호
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• pp.38-49
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• 2020

음향파 완전파형역산은 탄성파 탐사를 통해 얻은 관측자료와 음향파 모델링자료를 맞춤으로써 지층의 속도모델을 고해상도로 구축하는 최적화 과정이다. 기존의 스트리머를 이용한 해양 탄성파 탐사 자료에 대한 음향파 완전파형역산에서는 압력자료만을 활용하여 P파 속도모델을 구축한다. 그러나 최근 다성분 해저면 탄성파 탐사기술의 발달로 다성분자료의 취득 사례가 늘고 있으며, 이에 따라 해양에서 얻어지는 다성분 자료를 활용한 음향파 완전파형역산 기법에 대한 연구가 필요하다. 이 연구에서는 수평 및 수직 입자가속도 자료를 활용한 효과적인 음향파 완전파형역산 전략을 제시하고자 한다. 이를 위해, 우선 음향파 모델링으로 제작된 압력 및 입자가속도 자료와 민감도커널을 분석하여 파형역산 과정에서 각 자료의 성분별 특성을 관찰하였다. 압력 자료에 함께 나타났던 직접파, 다이빙파 및 반사파가 수직 및 수평 입자가속도 자료에서 파동의 진행방향에 따라 분리되어 나타나는 것을 확인하였으며, 수평 입자가속도 자료는 상부의 장파장구조를, 수직 입자가속도 자료는 하부의 장파장구조와 전체 영역에서의 단파장구조를 구축하는 데 효과적임을 확인할 수 있었다. 이러한 분석 결과를 바탕으로 입자가속도 자료만을 활용해 음향파 완전파형역산을 수행하는 순차적 자료 활용전략을 제시하며, 압력자료를 얻지 못하였거나 품질이 낮은 경우에도 입자가속도 자료를 활용하는 음향파 완전파형역산을 통해 양호한 P파 속도모델을 구축할 수 있을 것으로 기대된다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제25권1호
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• pp.14-25
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• 2022

수동 표면파 탐사는 인공 송신원 없이 생활잡음 또는 자연 발생 소음 등을 송신원으로 이용해 탄성파 신호를 측정한다. 수동 송신원은 낮은 진동수 대역에서 발생하기 때문에 수동 표면파 탐사는 일반적인 능동 탐사법 보다 더 깊은 심도의 지질 정보를 확보할 수 있어 심부 부지 평가 분야에 많이 활용되고 있다. 수동 표면파 탐사 자료는 능동 표면파 탐사 자료 해석과 마찬가지로 자료 획득 후 진동수 분산곡선을 구하여 1차원으로 가정한 속도구조를 해석한다. 하지만 수동 표면파 탐사 자료는 송신원이 무작위로 발생한다는 특성 때문에 여러 수신기에서 측정된 신호들의 공간자기상관을(spatial autocorrelation) 이용해 수신 자료들의 일관성(coherence) 곡선을 구하고 이로부터 분산곡선을 구하게 된다. 이 기술보고에서는 수동 표면파 탐사 이론, 탐사 방법, 자료처리 기법을 살펴보고 실제 적용 사례를 분석한다.

• 지질공학
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• 제28권2호
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• pp.161-174
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• 2018

소규모 이산화탄소 주입 실증 부지를 탐색하기 위해 포항분지 영일만 연안에서 취득한 탄성파 탐사와 시추 자료를 분석하였다. 연구지역에서 기반암은 해수면 기준 심도 650~950 m에 분포하며, 상부에 사암과 역암이 우세한 퇴적층이 발달한다. 이 퇴적층은 대부분 포항분지에서 이산화탄소가 초임계 상태로 존재할 수 있는 심도(약 740 m)보다 깊은 곳에 분포한다. 또한 평균 두께가 123 m로 저장능력이 양호할 것으로 여겨진다. 상부에 올라오는 이암층은 대개 600 m 이상 두껍고 육상과 해상의 포항분지에 광역적으로 분포하고 있어 덮개 능력이 양호할 것이다. 연구지역에 발달하는 북북동 방향의 단층들은 기반암 심도에서 주로 발달하는 퇴적동시성 단층으로 수직 연장성이 불량할 것으로 해석된다. 본 연구를 통해 영일만에 위치한 포항분지 심부에서 소규모 실증에 적합한 저장층과 덮개층이 분포하고 있음을 제시하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제22권1호
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• pp.135-144
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• 2020

국내에서 TBM 공법을 활용한 터널건설 시 점차 건설심도가 깊어지고 있으며, 이로 인해 상부 지반조사 단계에서 충분한 예측 정확도를 획득하기 위해서는 시추조사 및 물리탐사 비용이 증가하게 된다. 이러한 문제를 극복하기 위해 터널 시공 중 터널 굴착면 전방 예측을 위한 방법들이 제시되었다. 프로브 드릴링을 활용한 굴착면 전방 예측은 코어회수, 시추공 내부 이미지 등을 활용할 수 있는 장점이 있지만 실제 TBM 내에 설치가 어렵고 터널 막장 전체가 아닌 국부적인 지반만을 파악할 수 있다. TSP 등 탄성파를 활용한 방법은 100 m 이상의 긴 탐사거리를 가지지만 신호발생을 위해 발파를 사용하므로 세그먼트 라이닝, 백필 등의 안정성에 영향을 미칠 수 있다. TEPS를 포함한 전자기파 탐사는 지하수 층 등 전도성 있는 이상대를 파악하는 데 적합하지만 소구경 TBM에 설치할 수 있는 전극의 개수가 한정적이며 이는 탐사 범위의 감소 등을 야기한다. 본 연구에서는 전기비저항 탐사 시 굴착면에 설치되는 전극의 개수를 최소화하기 위해 TBM의 굴착면과 측면에 전극이 설치되었을 때에 대한 탐사 이론식을 제시하고 실내실험을 통해 검증하였다.