• 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.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권3C호
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• pp.143-155
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• 2006

SPT-업홀 기법은 표준관입시험시 발생하는 지중의 타격 에너지를 가진원으로 이용하고 지표면에 설치된 속도계로 신호를 획득, 지반의 전단파 속도 주상도를 도출하는 기법이다. 기존의 SPT-업홀 기법은 1차원 해석 기법이므로 지반이 수평하지 않은 경우에는 그 신뢰성이 떨어지게 된다. 본 논문에서는 수평적으로 불균질한 경우에도 SPT-업홀 기법을 수행할 수 있도록 토모그래피 기법을 도입하여 결과를 분석하고자 하였으며 시추공-지표면 주시 토모그래피 기법으로 시추공 주변 지반의 전단파 속도 분포를 삼각형 형태로 도출할 수 있게 된다. SPT-업홀 기법의 토모그래피 기법 적용을 위해 새로운 현장 시험법 정립, 전단파 성분의 초동 정보 획득 방안 및 토모그래피 기법 프로그램의 적용 방안 등을 확립하였다. 일반적인 지반 형상을 대표하는 다층구조의 수평 모델, 상향 경사 모델, 하향 경사 모델에 대한 유한요소해석을 통하여 정립된 SPT-업홀 토모그래피 기법을 검증하고자 하였다. 최종적으로 실제 현장에서 SPT-업홀 토모그래피 기법을 수행하여 2차원적인 전단파 속도 분포를 도출하였으며 시험 측선에서 다수의 시추를 통해 파악한 지반의 2차원 형상과 비교를 통해 결과의 신뢰성에 대해 검증하였다.

• 한국음향학회지
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• 제13권6호
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• pp.75-82
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• 1994

해수내에서 수중음파의 전파경로 및 도달시간은 해수의 물리적 성질에 의해 커다란 영향을 받는다. 최근의 해양탐사 방법의 하나인 해양음향 토모그래피는 음원과 수신기 사이의 음파 도달시간 차이로부터 해수의 물리적 특성(주로 음속, 수온, 해류변동)을 파악하는 방법이다. 해양음향 토모그래피에 의한 해양탐사를 수행하기 위해서는 비균질 매질에서의 음파전파 모델을 이용하여 매질변동에 따른 음파의 전파경로 및 도달시간 등의 파악이 우선이다. 또한 수신신호는 음파 전파경로의 식별, 매질변동에 따른 수신신호의 안정성, 그리고 주위잡음과 음원신호를 구별하기 위한 분해능 등을 만족하여야 한다. 본 연구에서는 동해에서 해양음향 토모그래피에 의한 해양탐사의 가능성을 검토하기 위하여 기존의 관측자료로부터 표준해양을 설정하여 음파의 도달시간 및 전파경로의 기준으로 정하였다. 동해의 표준해양의 특성은 표층의 음속이 약 1523 m/s이고 최소음속층인 400 m층의 음속이 약 1458 m/s이다. 동해 의 수중음속 변동은 직경 100 km 이상인 중규모 난수성 소용돌이 출현으로 인하여 매우 심한데 수심 200 m 정도까지 확장하여 존재한다. 음원과 수신기의 수심을 최소음속층보다 약간 상층인 350 m수심에 두고 수평거리가 200 km떨어진 표준해양과 소용돌이 음속구조에 대한 음파 전파특성을 파악하였다. 사용된 모델은 음선이론에 근거한 비균질매질에서의 음파전파 모델이며, 이를 이용하여 eigenray 정보를 산출하였으며, 중심주파수가 400 Hz, 주파수폭이 16 Hz, 펄스 길이가 64 ms인 LFM 펄스를 가진 가상적인 음원신호를 설정하여 수신신호를 모의하였다. 수신신호 모의 결과와 수치모델에 의한 동해에서의 음파 전파특성 결과는 해양음향 토모그래피 운용을 위한 필수적인 음파 전파경로의 식별, 매질변동에 따른 안정성, 그리고 주위잡음과 음원신호의 구별을 위한 분해능을 만족한다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제10권4호
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• pp.314-321
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• 2007

최근에 들어서 물성이 서로 다른 두 종류의 탐사자료의 복합역산에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 이는 복합역산에 의하여 훨씬 더 정확한 지하구조 영상을 계산할 수 있을 뿐만 아니라 물리탐사 변수가 아닌 다른 물성 분포의 유도가 물리탐사로서 가능해지기 때문이다. 이 연구에서는 (1) cross-gradient로 정의되는 두 지하구조의 유사성의 최대화, (2) 두 물성간의 상관관계의 최대화, (3) 지하 물성 분포에 대한 선험적 정보의 3 종류 제한을 채택한 탄성파 굴절법 주시 토모그래피와 전기비저항 탐사 자료의 복합역산법을 개발하였다. 지표 전기비저항과 탄성파 굴절법 탐사의 수치실험을 통하여, 제안한 복합역산법의 효용성과 각종 제한조건의 효과를 분석하였다. 특히 제한조건을 적절히 이용할 경우, 탄성파 탐사의 저속도층에 의한 숨은 층 문제를 복합탐사 및 역산으로 해결할 수 있음을 알 수 있었다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2008년도 춘계 학술발표회 초청강연 및 논문집
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• pp.142-152
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• 2008

SPT-Uphole method was introduced for the evaluation of near subsurface shear wave velocity (Vs) profile. In SPT-Uphole method, SPT (Standard Penetration Test) which is common in geotechnical site investigation was used as a source and several surface geophones in line were used as receivers. 1D shearwave velocity profile can be obtained in the manner of downhole method, Vs distribution map which is the triangular shape around the boring point can be developed by tomography inversion. To obtain the exact travel time information of shear wave component, a procedure using the magnitude summation of vertical and horizontal components was used based on the evaluation of particle motion at the surface. It was verified that proposed method could give reliable Vs distribution map through the numerical study using the FEM (Finite Element Method) model. Finally, SPT-Uphole method was performed and the feasibility of proposed method was verified in the field.

• 자원환경지질
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• 제57권1호
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• pp.1-15
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• 2024

서태평양 멜라네시아 지역에는 복잡한 판들의 지구조 운동이 발생하고 있고, 가장 거대한 해양 해대인 온통-자바 해대와 열점인 캐롤라인 제도가 위치해 있다. 이 지역의 복잡한 지구동역학에 대한 이해를 높이기 위해 해저 지진계와 육상 지진계에 기록된 원거리 지진으로부터 상대 주시를 획득하여 P파 및 S파 속도 모델 및 𝛿 (V_P/V_S) 모델을 계산했다. 그 결과 멜라네시아 지역의 섭입대에서 약 400km 깊이까지 강한 고속도 이상이 관찰됐고, 이는 판경계를 따라 섭입하는 솔로몬해판, 비스마르크판, 그리고 호주판의 모습으로 생각된다. 섭입대를 따라 양의 𝛿 (V_P/V_S) 이상값이 나타나는데, 이는 탈수 작용에 의한 부분 용융의 결과로 생각된다. 온통-자바 해대 하부 600km 깊이 아래에서 넓은 고속도 이상체가 관찰되며, 음의 𝛿 (V_P/V_S) 이상값을 보인다. 이는 25-45 Ma 시기에 섭입한 태평양판이 분리된 잔재로 판단되며, 오랜 기간 맨틀 전이대에 머물면서 잔류판의 최상부에 포함되어 있던 유체가 빠져나가면서 주변 맨틀 물질에 비해 상대적으로 점성이 높고 건조해짐으로 인해 강한 고속도 이상과 강한 음의 𝛿 (V_P/V_S) 이상값이 나타난 것으로 생각된다. 캐롤라인 제도 하부에서는 강한 저속도 이상이 800km 깊이까지 관찰되며 맨틀 전이대에 위치한 태평양판 잔재 하부까지 연결되어 보인다. 이는 하부 맨틀에서 기인한 맨틀 플룸이 태평양판의 잔재와의 상호작용으로 인해 상승방향이 바뀌어 현재 위치에 도달한 것으로 보인다. 또한 맨틀플룸은 양의 𝛿 (V_P/V_S) 이상값을 가지는데 내포된 유체나 부분 용융에 의한 영향으로 생각된다. 온통-자바 해대 하부의 두꺼운 암석권의 영향으로 해석되는 고속도 이상체가 300km 깊이까지 관찰되었으며 음의 𝛿 (V_P/V_S) 이상값을 보여주는데, 이는 암석권에 쌓인 용융 잔류물에 유체가 거의 남아있지 않음을 나타내는 것으로 보인다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제55권2호
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• pp.681-689
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• 2023

Purpose: Muons are characterized by a strong penetrating ability and can travel through thousands of meters of rock, making them ideal to image large volumes and substances typically impenetrable to, for example, electrons and photons. The feasibility of 3D image reconstruction and material identification based on a cosmic ray muons tomography (MT) system with triangular bar plastic scintillator detectors has been verified in this paper. Our prototype shows potential application value and the authors wish to apply this prototype system to 3D imaging. In addition, an MT experiment with the same detector system is also in progress. Methods: A simulation based on GEANT4 was developed to study cosmic ray muons' physical processes and motion trails. The yield and transportation of optical photons scintillated in each triangular bar of the detector system were reproduced. An image reconstruction algorithm and correction method based on muon scattering, which differs from the conventional PoCA algorithm, has been developed based on simulation data and verified by experimental data. Results: According to the simulation result, the detector system's position resolution is below 1 ~ mm in simulation and 2 mm in the experiment. A relatively legible 3D image of lead bricks in size of 20 cm × 5 cm × 10 cm used our inversion algorithm can be presented below 1× 10⁴ effective events, which takes 16 h of acquisition time experimentally. Conclusion: The proposed method is a potential candidate to monitor the cosmic ray MT accurately. Monte Carlo simulations have been performed to discuss the application of the detector and the simulation results have indicated that the detector can be used in cosmic ray MT. The cosmic ray MT experiment is currently underway. Furthermore, the proposal also has the potential to scan the earth, buildings, and other structures of interest including for instance computerized imaging in an archaeological framework.

• 지구물리와물리탐사
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• 제9권4호
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• pp.279-290
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• 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
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• 제16권3호
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• pp.109-118
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• 2013

높이 23 m인 보령시 청천댐 상부와 인근에서 5 kg 해머를 이용하여 소규모 굴절법 및 표면파 탐사를 실시하였다. 인공 지진파의 수직 및 수평성분을 초동주시 토모그래피 및 레일리파 분산곡선 역산을 통하여 천부 P파속도(${\nu}_p$)와 S파속도(${\nu}_s$) 구조를 파악하였다. 중생대 퇴적암질 기반암의 평균 ${\nu}_p$와 ${\nu}_s$는 댐마루 30 m 깊이에서 각각 1650 m/s와 950 m/s, 하류쪽 댐체 끝 지점 10 m 깊이에서 각각 1650 m/s와 940 m/s로 분석된다. 이 층들의 동포아송비는 0.24 ~ 0.25의 범위로, 고화된 퇴적층의 값과 일치한다. 댐체로부터 152 m 하류지점의 깊이 45 m 시추공 부근에서의 SH파 굴절법 토모그램은 10 ~ 12 m 깊이에 평균 vs가 870 m/s인 임계굴절면이 존재함을 보여준다. 이 지역에서는 덮개층의 ${\nu}_p$와 ${\nu}_s$가 각각 500 m/s와 200 m/s인 상부층과 깊이에 따라 속도가 거의 선형으로 증가하는 하부층으로 구성되어 있다.

• 자원환경지질
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• 제39권2호
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• pp.111-128
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• 2006

한반도의 3차원적인 지각구조와 진원의 특성을 P파와 S파의 주행시간 토모그래피 기법을 이용하여 연구하였다. 이 연구의 주요 목적은 진원, 분지 및 심부 구조지역에서의 Vp/Vs 비율의 이상 대를 찾기 위함이다. 이것은 한반도의 보다 세부적인 지진 구조력 데이터의 예측을 고려했다. 지진 토모그래피를 이용한 본 연구의 결과에서 진원에서의 높은 Vp/Vs 비율의 차이를 수직성분에서 찾을 수 있었다. 퇴적 분지와 추가령 구조곡 아래에서 높은 Vp/Vs 비율이 나타났다. 이는 마그마 분출 후 마그마가 고체화되고, 원생수(connate water)로 포화된 여러 파쇄대와 단층에 의한 것으로 추정되어진다. 대부분의 진원에서 높은 Vp/Vs 비율 차이(VRD)를 찾을 수 있었으며, 영월, 경주, 홍성, 대흥, 대관, 랑님 지진의 경우 상부지각에서 속리산, 사리원, 지리산 지진 등은 하부지각 또는, 모호 불연속면 근처에서 나타났다. 특히 대관, 대흥 및 운산에 있는 온천 지역과 높은 VRD가 일치함을 볼 수 있었다. 이것은 또한, 이 지역 하부지각에 용융체(partial melting)의 존재 가능성을 시사한다. 높은 Vp/Vs 비율 차이(VRD)는 단층과 파쇄대에 존재하던 액체 (connate water)가 지진발생 후 탈수화 작용(dehydration)이 발생하여, 강성률이 감소함을 나타낸다. 이러한 것은 진원이 부피의 변화, 전단 파쇄대(shear fracture), 장성률(rigid)의 변화를 포함하는 모멘트 텐서(moment tensor) 에 의해 표현된다는 사실에 기인한다는 것이다. 높은 Vp/Vs 비율의 차이(VRD)는 또한, 백두산의 40km 깊이 아래에서 찾을 수 있는데 이는 강성률을 감소시키는 마그마 방(magma chamber)가 존재함을 암시해준다.