전기비저항탐사 2차원 모델링에서 송수신 간격을 고려한 푸리에 역변환

조인기,정다빈,Cho, In-Ky,Jeong, Da-Bhin 한국지구물리·물리탐사학회 2018 지구물리와 물리탐사 Vol.21 No.1

전기탐사 2차원 모델링에서는 다수의 파수영역 전위를 계산하고 이를 푸리에 역변환하여 공간영역 전위를 계산한다. 푸리에 역변환은 여러 개의 서로 다른 파수에서의 파수영역 전위를 사용하여 수치적으로 얻어진다. 적분의 정확도를 향상시키기 위하여 파수의 크기에 따라 적분 구간을 지수 근사와 대수 근사 구간으로 분할하는 방법이 널리 사용되고 있다. 푸리에 역변환에는 크게 구간 적분법과 가우스 적분법이 사용되고 있다. 그러나 이들 방법은 송수신 간격을 고려하지 못하므로 송수신 간격에 따른 오차를 피할 수 없다. 특히 송수신 간격이 매우 작거나 클 경우 오차가 급격하게 증가하는 문제점을 가지고 있다. 이 연구에서는 송수신 간격을 고려하여 가우스 좌표값 및 가중값을 적용하는 새로운 수치 적분법을 개발하였다. 반무한 공간에 대한 수치 실험 결과, 개발된 수치 적분법은 송수신 간격에 관계없이 0.4% 이하의 정밀도를 나타내었다. In the two-dimensional (2D) modeling of electrical method, the potential in the space domain is reconstructed with the calculated potentials in the wavenumber domain using inverse Fourier transform. The inverse Fourier integral is numerically evaluated using the transformed potential at different wavenumbers. In order to improve the precision of the integration, either the logarithmic or exponential approximation has been used depending on the size of wavenumber. Two numerical methods have been generally used to evaluate the integral; interval integration and Gaussian quadrature. However, both methods do not consider the distance from the current source. Thus the resulting potential in the space domain shows some error. Especially when the distance from the current source is very small or large, the error increases abruptly and the evaluated potential becomes extremely unstable. In this study, we developed a new method to calculate the integral accurately by introducing the distance from the current source to the rescaled Gauss abscissa and weight. The numerical tests for homogeneous half-space model show that the developed method can yield the error level lower than 0.4 percent over the various distances from the current source.

터널 주변 전기비저항 토모그래피 모니터링 자료의 시간경과 역산

조인기,정재형,배규진,Cho, In-Ky,Jeong, Jae-Hyeung,Bae, Gyu-Jin 한국터널지하공간학회 2009 한국터널지하공간학회논문집 Vol.11 No.4

전기비저항 토모그래피법은 터널 주변의 물성분포나 그 변화를 탐지하는데 매우 효과적인 물리탐사 방법이다. 따라서 전기비저항 토모그래피 영상은 터널의 효과적인 유지관리를 위한 중요한 정보를 제공해 준다. 그러나 공기로 채워진 터널은 토모그래피 자료를 심하게 왜곡시키며, 이러한 현상은 송, 수신점이 터널에 근접할수록 심화된다. 또한 이러한 왜곡은 결과적으로 토모그래피 모니터링 자료의 해석에 오류를 가져오게 된다. 이런 문제점의 해결을 위하여 터널을 포함한 모델링 및 시간경과 역산법을 개발하였다. 개발된 프로그램을 사용하여 터널을 고려한 역산법이 기존의 역산법에 비하여 월등히 정밀한 영상을 제공함을 확인하였다. 또한 모니터링 자료에 시간경과 역산을 사용하여 보다 효과적으로 터널주변의 시간에 따른 전기비저항 변화대를 파악할 수 있었다. Resistivity tomography is very effective geophysical method to find out the resistivity distribution and its change in time around a tunnel. Thus, the resistivity tomogram can provide helpful information which is necessary for the effective maintenance of the tunnel. However, an air filled tunnel severely distorts tomography data, especially when the current or potential electrode is placed near the tunnel. Moreover, the distortion can often lead to misinterpretation of tomography monitoring data. To solve these problem, we developed a resistivity modeling and time-lapse inversion program which include a tunnel. In this study, using the developed program we assured that the inversion including a tunnel gives much more accurate image around a tunnel, compared with the conventional tomogram where the tunnel is not included. We also confirmed that the time-lapse inversion of resistivity monitoring data defines well resistivity changed areas around a tunnel in time.

저수지 3차원 구조에 의한 전기비저항 탐사자료의 왜곡

조인기 ( In Ky Cho ),강형재 ( Hyung Jae Kang ),김기주 ( Ki Ju Kim ) 한국지구물리·물리탐사학회 2006 지구물리와 물리탐사 Vol.9 No.4

역 사상법에 의한 시간영역 유도분극 자료의 역산

조인기 ( In-ky Cho ),김연정 ( Yeon-jung Kim ) 한국지구물리·물리탐사학회 2021 지구물리와 물리탐사 Vol.24 No.4

유도분극 탐사와 전기비저항 탐사는 자료획득이 유사하며, 대부분의 전기비저항 탐사 시스템에는 시간영역 유도분극 탐사 기능이 함께 탑재되어 있다. 또한 시간영역 유도분극 탐사 자료에는 전기비저항 자료가 내포되어 있다. 따라서 유도분극 탐사와 전기비저항 탐사와는 불가분의 관계가 있으며, 유도분극 자료의 역산도 전기비저항 탐사 자료의 역산에 근거한 2단계 역산법이 적용되고 있다. 그러나 유도분극 탐사는 효과적인 해석법의 부재로 인하여 전기비저항 탐사에 비하여 널리 적용되지 못하고 있다. 이 연구에서는 수치 모델링 및 역산 실험을 통하여 시간영역 유도분극 자료의 역산해석에 사용되는 역 사상법의 문제점을 분석하였다. 또한 역 사상법 적용시 문제가 되는 역산잡음을 효과적으로 억제할 수 있는 수정된 역 사상법을 제시하였다. 마지막으로 수치자료에 대한 역산실험을 통하여 개발된 역 사상법의 효과를 검증하였다. Given that induced polarization (IP) and direct current (DC) resistivity surveys are similar in terms of data acquisition, most DC resistivity systems are equipped with a time-domain IP data acquisition function. In addition, the time-domain IP data include the DC resistivity values. As such, IP and DC resistivity data are intimately linked, and the inversion of IP data is a two-step process based on DC resistivity inversions. Nevertheless, IP surveys are rarely applied, in contrast to DC resistivity surveys, as proper inversion software is unavailable. In this study, through numerical modeling and inversion experiments, we analyze the problems with the conventional inverse mapping technique used to invert time-domain IP data. Furthermore, we propose a modified inverse mapping technique that can effectively suppress inversion artifacts. The performance of the technique is confirmed through inversions applied to synthetic IP data.

음의 겉보기 충전성 자료를 포함한 시간영역 유도분극 자료의 비선형 역산

조인기 ( In-ky Cho ),김연정 ( Yeon-jung Kim ) 한국지구물리·물리탐사학회 2021 지구물리와 물리탐사 Vol.24 No.4

많은 경우 시간영역 유도분극 탐사에서 음의 겉보기 충전성은 잡음으로 간주되어 해석에 사용되지 않는다. 그러나 음의 겉보기 충전성은 실제 지하의 충전성 분포에 의해 발생할 수 있으며, 특정 모델의 경우 음의 겉보기 충전성이 획득된 자료의 대부분을 차지하기도 한다. 음의 겉보기 충전성은 송수신 전극과 충전성 이상대의 기하학적 위치에 의해 결정되며, 특히 쌍극자 배열을 사용할 경우 출현 빈도가 높다. 이 연구에서는 음의 겉보기 충전성 자료를 포함하는 시간영역 유도분극 탐사 2차원 모델링 및 비선형 역산에 관한 수치 실험을 통하여 음의 겉보기 충전성 자료가 역산결과에 미치는 영향을 분석하였다. 분석 결과, 음의 겉보기 충전성 자료도 지하의 충전성 분포에 대한 정보를 가지고 있으므로 역산에 포함되어야 하는 것으로 확인되었다. Negative apparent chargeability data in time-domain induced polarization (IP) survey are very often considered as noise and rejected before the inversion stage. Negative IP data can, however, occur naturally as a consequence of the distribution of chargeable zones in the ground. In some cases, the negative apparent chargeability values may account for most of the data measured. Negative IP data are caused by the geometry of chargeable zones and electrode positions. Negative apparent chargeability data appear most frequently when a dipole-dipole array is used. In this study, the effect of negative apparent chargeability data on inversion results is analyzed through the numerical 2D time-domain IP modeling and nonlinear inversion. The results demonstrate clearly that negative apparent chargeability data have to be included in the inversion as they contain important information on the distribution of subsurface chargeability.

"쌍극자-쌍극자 전기비저항 탐사에서 나타나는 음의 겉보기 비저항" (정현기, 민동주, 이효선, 오석훈, 정호준, Exploration Geophysics, 40, 33-40)에 대한 논평

조인기 ( In Ky Cho ),김정호 ( Jung Ho Kim ) 한국지구물리탐사학회 2010 지구물리와 물리탐사 Vol.13 No.1

EACB법에 의한 전기비저항 토모그래피 자료의 역산

조인기 ( In Ky Cho ),김기주 ( Ki Ju Kim ) 한국지구물리·물리탐사학회 2005 지구물리와 물리탐사 Vol.8 No.2

3차원 댐구조가 전기비저항 자료에 미치는 영향

조인기 ( In Ky Cho ),이근수 ( Keun Soo Lee ),강혜진 ( Hye Jin Kang ) 한국지구물리탐사학회 2010 지구물리와 물리탐사 Vol.13 No.4

전기비저항 탐사법은 저수지 누수구간 탐지에 매우 효과적이고 실질적인 물리탐사법이다. 일반적으로 저수지 제체의 마루에서 수행되는 전기비저항 탐사는 저수지가 2차원 구조를 갖고 있다고 가정한다 하지만 저수지 제체에서 얻어지는 전기비저항 탐사자료는 저수지의 3차원 지형에 의해 크게 영향을 받는다. 본 연구에서는 유한요쇼법을 사용하는 3차원 전기비저항 탐사 모델링 프로그램을 통하여 저수지의 3차원 구조와 저수지 수위의 변화가 전기비저항 탐사자료에 미치는 영향을 평가하였다. 또한 측선의 위치에 따른 전가비저항 탐사자를 비교하였으며, 지형보정 기법을 개발하였다. 마지막으로 누수구간이 존재하는 제체에 대한 3차원 모델링 자료에 대하여 2.5차원 역산을 수행하여 2차원 전기비저항 탐사법을 이용한 누수구간 탐지의 가능성올 분석하였다. Resistivity method is a practical and effective geophysical technique to detect leakage zones in embankment dams. Generally, resistivity survey conducted along the crest assumes that the embankment darn has a 2D structure. However, the 3D topography of the embankment distorts significantly resistivity data measured on anywhere of the dam. This study evaluates the influence from 3D etlects created by specific dam geometry and effects of water level fluctuations through the 3D finite element modeling technique. Also, a comparison between different locations of survey line are carried out, and topographic correction technique is developed for the resistivity data obtained along the embankment dam. Furthermore, using synthetic resistivity data for an embankment dam model with leakage zone, detectability of leakage zones is estimated through 2.5D inversion.

분산 전개법에 의한 주파수-시간 영역 변환

조인기 ( In Ky Cho ),김래영 ( Rae Yeong Kim ),고광범 ( Kwang Beom Ko ),유영준 ( Young June You ) 한국지구물리·물리탐사학회 2014 지구물리와 물리탐사 Vol.17 No.3

전자 탐사는 신호원의 파형에 따라 주파수 영역과 시간 영역법으로 나누어진다. 주파수 영역과 시간 영역은 수학적으로 Fourier 변환 관계에 있으므로, 주파수 영역 자료를 Fourier 변환하여 시간 영역 자료를 얻어낼 수 있다. 즉, 시간영역 전자 탐사의 모델링 자료는 주파수 영역에서 수행한 모델링 자료의 적절한 변환을 통해 얻어질 수 있다. 따라서 주파수-시간 영역 변환은 전자 탐사에서 매우 중요한 부분이다. 분산 전개법(DEM)은 신속하고 효과적인 주파수-시간 영역변환 기법 중의 하나이다. 분산 전개법에서는 전자기장은 분산 함수와 분산 시간의 급수로 전개하며, 분산 시간은 주어진 주파수 자료에 의해 결정된다. 특히 적정 분산 시간의 설정은 분산 전개법의 정확성을 결정하는 주요 요소이다. 이 연구에서는 급수 전개에 의해 얻어진 주파수 영역 자료의 오차를 최소화하는 방법을 사용하여 적정 분산 시간의 설정 방법을 개발하였다. 반무한 공간 및 2층 구조 모델에 대하여 이 방법을 적용한 결과, 분산 전개법은 상당히 넓은 시간 대역에서 정확한 결과를 나타냄을 확인하였다. Electromagnetic (EM) methods are generally divided into frequency-domain EM (FDEM) and time-domain EM(TDEM) methods, depending on the source waveform. The FDEM and TDEM fields are mathematically related by the Fourier transformation, and the TDEM field can thus be obtained as the Fourier transformation of FDEM data. Formodeling in time-domain, we can use fast frequency-domain modeling codes and then convert the results to the time domain with a suitable numerical method. Thus, frequency-to-time transformations are of interest to EM methods, which is generally attained through fast Fourier transform. However, faster frequency-to-time transformation is required for the3D inversion of TDEM data or for the processing of vast air-borne TDEM data. The diffusion expansion method (DEM)is one of smart frequency-to-time transformation methods. In DEM, the EM field is expanded into a sequence of diffusion functions with a known frequency dependence, but with unknown diffusion-times that must be chosen based on the data to be transformed. Especially, accuracy of DEM is sensitive to the diffusion-time. In this study, we developed a method to determine the optimum range of diffusion-time values, minimizing the RMS error of the frequency-domain data approximated by the diffusion expansion. We confirmed that this method produces accurate results over a wider time range for a homogeneous half-space and two-layered model.

확장 Born 근사에 의한 소형루프 전자탐사법의 신속한 2.5차원 모델링

조인기 ( In Ky Cho ),송성호 ( Sung Ho Song ),서정희 ( Jung Hee Suh ) 한국지구물리탐사학회 2007 지구물리와 물리탐사 Vol.10 No.4