엇갈린 격자를 이용한 3차원 유한차분 시간영역 전자탐사 모델링

장한길로,남명진,조성오,김희준,Jang, Hangilro,Nam, Myung Jin,Cho, Sung Oh,Kim, Hee Joon 한국지구물리물리탐사학회 2017 지구물리와 물리탐사 Vol.20 No.3

Interpretation of time-domain electromagnetic (TEM) data has been made mostly based on one-dimensional (1-D) inversion scheme in Korea. A proper interpretation of TEM data should employ 3-D TEM forward and inverse modeling algorithms. This study developed a 3-D TEM modeling algorithm using a finite difference time-domain (FDTD) method with staggered grid. In numerically solving Maxwell equations, fictitious displacement current is included based on an explicit FDTD method using a central difference approximation scheme. The developed modeling algorithm simulated a small-coil source configuration to be verified against analytic solutions for homogeneous half-space models. Further, TEM responses for a 3-D anomaly are modeled and analyzed. We expect that it will contribute greatly to the precise interpretation of TEM data. 국내에서 시간영역 전자탐사(time-domain/transient electromagnetic, TEM) 자료의 해석은 1차원 알고리듬에 주로 의존하고 있는 실정이기 때문에 정밀한 해석을 위하여 3차원 모델링 및 역산 해석 프로그램의 개발이 필요한 상황이다. 이 연구에서는 엇갈린 격자를 이용한 시간영역 유한차분(staggered-grid finite-difference time-domain, FDTD)법에 기초하여 3차원 TEM 반응 모델링 알고리듬을 개발하였다. 시간영역 전자탐사의 모델링을 위해 맥스웰 방정식을 현시적 중앙점 FDTD법을 이용하여 이산화하였으며 수치 안정성을 높이기 위해 가상 변위전류항을 도입하였다. 일반적으로 많이 활용되는 소형 코일 송신원을 수치적으로 구현하여 균질 반무한 공간에서의 해석해와 비교 검증하고 3차원 이상체에 대한 반응을 분석하였다. 이 연구에서 개발된 모델링 프로그램은 향후 TEM 전자탐사 자료의 정밀 해석에 기초가 될 것으로 기대한다.

과도전자탐사법을 이용한 지반함몰 위험지역 지하구조의 영상화 가능성

장한길로(Jang, Hangilro),장한누리(Jang, Hannuree),남명진(Nam, Myung Jin),김희준(Kim, Hee Joon) 대한토목학회 2016 대한토목학회 학술대회 Vol.2016 No.10

근사감도를 이용한 지열지대 인공송신원 가청주파수 자기지전류 탐사자료의 3차원 역산

장한길로(Hangilro Jang),송서영(Seo Young Song),남명진(Myung Jin Nam),김희준(Hee Joon Kim) 한국신재생에너지학회 2017 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.9

천부(약 10 m) 연약 지반 탐지를 위한 전기비저항 역산 해상도 향상 전략

장한길로 ( Hangilro Jang ),송서영 ( Seo Young Song ),김빛나래 ( Bitnarae Kim ),남명진 ( Myung Jin Nam ) 대한지질공학회 2018 지질공학 Vol.28 No.3

이 연구는 전기비저항 역산의 해상도를 높이기 위한 구조제약과 부등식 제약조건을 적용한 전기비저항 역산법을 소개하고 적용한 결과를 보여준다. 이들 역산에서는 지하투과레이다와 표면파 탐사자료로부터 사전 해석된 층서구조를 전기비저항 참조모델로 도입하고 구조제약과 부등식 제약의 유용성을 합성 모델을 이용한 역산실험으로 확인하였다. 연약지반 조건을 가정한 실험모델에 대한 구조제약과 부등식 제약 역산실험 모두 일반적인 전기비저항 역산보다 향상된 역산결과를 보여주었으나, 부등식제약 역산에서는 참조모델이 다소 부정확한 경우에도 배경층서구조를 정확히 재구성하는 동시에 천부(약 10 m 심도)의 전도성 이상체들도 정확히 나타내는 역산결과를 보여주었다. This study introduces a DC resistivity inversion method that incorporates structural and inequality constraints to enhance the resolution of resistivity inversions, and presents sample inversion results with these constraints. In the constrained inversions, a base model is constructed from a layered model through interpretation of other geophysical data. Inversion tests establish that both the structural and inequality constraints produce better resistivity models than the unconstrained inversion. However, the inequality inversion not only reproduces the exact layered structure of the background, it reproduces conductive anomalies at a depth of ~ 10 m when an inexact base model of electrical resistivity is used.

수평다층구조에 대한 시간영역 전자기장의 계산법

장한길로 ( Han Gil Ro Jang ),김희준 ( Hee Joon Kim ) 한국지구물리·물리탐사학회 2013 지구물리와 물리탐사 Vol.16 No.3

유한길이의 다중 송수신 쌍극자에 의한 수평다층구조의 시간영역 전자기장을 계산하기 위한 컴퓨터 프로그램을개발하였다. 시간영역 반응은 주파수영역에서 계산된 값에 빠른 역푸리에변환(inverse fast Fourier transform: FFT)을 적용하여 효율적으로 얻을 수 있다. 먼저 대수영역에서 등간격으로 한 decade 당 10개의 주파수영역 반응을 구한 후 FFT를 적용시키기 위해 3차 스플라인 사이채움(cubic spline interpolation)을 실시한다. 이 때 위상의 경우에는 스플라인 사이채움 이전에 위상곡선을 연속적으로 만들어 주는 과정이 추가된다. 스플라인 사이채움된 자료들은 송신전류파형과 곱말기(convolution)를 한 후 FFT를 통해 시간영역 자료로 만들어진다. 이 논문에서는 step-off 파형만 고려하였다. 개발된시간영역 프로그램은 해석해와 해양 탄화수소 저류층 모델에 대한 반응을 이용하여 검증하였으며, 그 결과는 충분히 정확함을 확인 할 수 있었다. A computer program has been developed to estimate time-domain electromagnetic (EM) responses for a one-dimensional model with multiple source and receiver dipoles that are finite in length. The time-domain solution can be obtained by applying an inverse fast Fourier transform (FFT) to frequency-domain fields for efficiency. Frequency-domain responses are first obtained for 10 logarithmically equidistant frequencies per decade, and then cubic spline interpolated to get the FFT input. In the case of phases, the phase curve must be made to be continuous prior to the spline interpolation. The spline interpolated data are convolved with a source current waveform prior to FFT. In this paper, only a step-off waveform is considered. This time-domain code is verified with an analytic solution and EM response sfor a marine hydrocarbon reservoir model. Through these comparisons, we can confirm that the accuracy of the developed program is fairly high.

정적효과를 포함한 자기지전류 자료의 효율적인 3차원 역산에 관하여

장한누리 ( Han Nu Ree Jang ),장한길로 ( Han Gil Ro Jang ),김희준 ( Hee Joon Kim ) 한국지구물리·물리탐사학회 2014 지구물리와 물리탐사 Vol.17 No.2

MT 자료에서 3차원 전기비저항 구조와 정적효과를 동시에 구하기 위한 실용적인 역산법을 소개한다. 이 방법은 감도행렬이 필요한 Gauss-Newton법을 기반으로 하고 반복과정에서 Broyden의 방식으로 감도를 수정하는 것을 기본으로 하고 있다. 이 논문에서는 합성 MT 자료에 대한 역산실험을 통해 근사역산법의 성능과 정적효과에 대한 가중치에 대해검토 하였다. 해석적으로 구해지는 초기감도를 Broyden의 방식으로 수정하는 역산법은 초기감도를 끝까지 쓰는 역산법보다 자료오차를 줄이는데 효과적이었다. 그리고 완전한 감도행렬을 반복 중간에서 단 한번만 사용하는 근사역산법으로서는 반복 전반부에서 완전한 감도를 사용할 때 자료오차를 가장 많이 줄이는 것으로 나타났다. 정적효과에 대한 가중치는 어느 특정 한계값 이하로 선택하면 최종 자료오차에는 결정적인 영향을 주지 않는다. 합성 MT 자료에 대한 실험 결과이 역산법은 정적효과가 포함된 MT 자료로부터 3차원 전기비저항 구조를 재현하는데 효과적임을 확인하였다. This paper presents a practical inversion method for recovering a three-dimensional (3D) resistivity model and static shifts simultaneously. Although this method is based on a Gauss-Newton approach that requires a sensitivity matrix, the computer time can be greatly reduced by implementing a simple and effective procedure for updating the sensitivity matrix using the Broyden`s algorithm. In this research, we examine the approximate inversion procedure and the weighting factor β for static shifts through inversion experiments using synthetic MT data. In methods using the full sensitivity matrix constructed only once in the iteration process, a procedure using the full sensitivity in the earlier stage is useful to produce the smallest rms data misfit. The choice of β is not critical below some threshold value. Synthetic examples demonstrate that the method proposed in this paper is effective in reconstructing a 3D resistivity structure from staticshiftedMT data

유도분극 탐사의 원리 및 활용

김빛나래 ( Bitnarae Kim ),남명진 ( Myung Jin Nam ),장한누리 ( Hannuree Jang ),장한길로 ( Hangilro Jang ),손정술 ( Jeong-sul Son ),김희준 ( Hee Jun Kim ) 한국지구물리·물리탐사학회 2017 지구물리와 물리탐사 Vol.20 No.2

유도분극(induced polarization; IP) 탐사는 분극 현상으로 인해 매질에서 발생하는 과전압을 측정하는 전기전자탐사법으로 주로 금속 광상을 찾을 때 사용되었으나 장비의 발전에 힘입어 최근에는 지하수, 환경 오염, 지반 등 여러 분야에서 다양하게 활용되고 있다. IP 탐사에는 충전율을 측정하는 시간영역 IP 탐사, 진동수 효과를 측정하는 진동수영역IP 탐사, 그리고 복소수 전기비저항을 측정하는 복소 전기비저항 탐사와 광대역 IP (spectral IP; SIP) 탐사 등이 있다. 또한, 최근에는 전극 형태의 측정 방법의 단점을 보완하기 위해 전자기 유도에 기초한 IP 법도 개발되어 지속적으로 연구가 진행되고 있다. 다양한 IP 탐사법에 대한 체계적인 이해를 돕기 위해 이 논문에서는 1) 송신원 형태와 측정 자료를 기준으로 IP 탐사법을 분류하고 이들에 대한 개념 정리와 함께 2) 각 탐사법의 수치 모델링 및 역산 알고리듬 발전 과정을 자세히 기술하고 3) 마지막으로 IP 탐사의 다양한 현장 활용 사례를 소개하고자 한다. Induced polarization (IP) method is based on the measurement of a polarization effect known as overvoltage of the ground. IP techniques have been usually used to find mineral deposits, however, nowadays widely applied to hydrogeological investigations, surveys of groundwater pollution and foundation studies on construction sites. IP surveys can be classified by its source type, i.e., time-domain IP estimating chargeability, frequency-domain IP measuring frequency effect (FE), and complex resistivity (CR) and spectral IP (SIP) measuring complex resistivity. Recently, electromagnetic-based IP has been studied to avoid the requirement for spike electrodes to be placed in the ground. In order to understand IP methods in this study, we: 1) classify IP surveys by source type and measured data and illustrate their basic theories, 2) describe historical development of each IP forward modeling and inversion algorithm, and finally 3) introduce various case studies of IP measurements.

철근 콘크리트 교량의 열화 평가를 위한 지표투과레이더 자료의 완전파형역산

안영돈(Youngdon Ahn),최용규(Yongkyu Choi),장한누리(Hannuree Jang),이동권(Dongkweon Lee),장한길로(Hangilro Jang),신창수(Changsoo Shin) 한국지반환경공학회 2024 한국지반환경공학회논문집 Vol.25 No.2

Reinforced concrete bridge decks are the first to be damaged by vehicle loads and rain infiltration. Concrete deterioration primarily occurs owing to the corrosion of rebars and other metal components by chlorides used for snow and ice melting. The structural condition and concrete deterioration of the bridge decks within the pavement were evaluated using ground-penetrating radar (GPR) survey data. To evaluate concrete deterioration in bridges, it is necessary to develop GPR data analysis techniques to accurately identify deteriorated locations and rebar positions. GPR exploration involves the acquisition of reflection and diffraction wave signals due to differences in radar wave propagation velocity in geotechnical media. Therefore, a full-waveform inversion (FWI) method was developed to evaluate the deterioration of reinforced concrete bridge decks by estimating the radar wave propagation velocity in geotechnical media using GPR data. Numerical experiments using a GPR velocity model confirmed the deterioration phenomena of bridge decks, such as concrete delamination and rebar corrosion, verifying the applicability of the developed technology. Moreover, using the synthetic GPR data, FWI facilitates the determination of rebar positions and concrete deterioration locations using inverted velocity images.