지하 동굴 탐지에 효율적인 지구물리탐사기법 연구: 제주도 만장굴을 대상으로

권병두,이희순,이규호,임형래,오석훈,Kwon, Byung-Doo,Lee, Heui-Soon,Lee, Gyu-Ho,Rim, Hyoung-Rea,Oh, Seok-Hoon 한국지구과학회 2000 한국지구과학회지 Vol.21 No.4

지하의 공동탐사에 효과적인 지구물리탐사 기법에 대해서 연구하기 위하여 제주도 만장굴을 대상으로 복합적인 지구물리탐사를 수행하였다. 이번에 사용한 방법은 탐사장비나 야외작업이 비교적 경제적이면서도 지하 공동에 의한 반응을 잘 보여줄 것으로 기대되는 중력, 자력, 전기 비저항, GPR(지하레이더) 탐사 등이다. 현지의 탐사여건을 고려하여 7개의 측선을 선정하고, 각 측선별로 몇 종류의 탐사를 복합적으로 실시하였다. 자력탐사의 경우는 2차원 격자형탐사도 함께 수행하였다. 각 탐사자료상에는 탐사법에 따른 여러 특징들이 잘 나타나고 있어, 그 효용성을 비교 분석할 수 있었다. 이번에 사용한 방법 중 동굴 탐사에 가장 효과적인 탐사법은 전기비저항탐사로 나타났으며, 쌍극자-쌍극자 배열법은 2차원적인 고비저항대로 나타나는 동굴의 존재를 잘 보여준다. 중력, 자력 탐사의 결과는 화산암 지역에서 나타나는 다양한 잡음의 영향으로 동굴의 위치나 규모를 해석해 내기가 쉽지 않지만, 전기비저항탐사 자료에서 인지되는 동굴의 위치와 규모가 적절한지를 검증하는 데에 효과적으로 이용될 수 있었다. 한편, 2차원 격자형 자력탐사 자료는 동굴의 경향성을 잘 보여주므로, 정밀 탐사측선을 결정하는데 유용하다. GPR탐사 자료에는 천부에 존재하는 미세한 틈새들과 소규모 공동들에 의한 반응이 강하게 나타나 상대적으로 심부에 위치하는 주동굴의 존재를 확인하기는 힘들었다. 이번 연구의 결과는 제한 된 수의 탐사법만을 적용하였기 때문에 어떤 결정적인 결론을 내리기는 어렵지만, 지하 동굴의 경우는 복합적인 탐사를 수행하고 그 자료들을 상호보완적으로 사용함으로써 해석결과의 신뢰도를 높일 수 있는 것으로 나타났다. Multiple geophysical methods were applied over the Manjang cave area in Cheju Island to compare and contrast the effectiveness of each method for exploration of underground cavities. The used methods are gravity, magnetic, electrical resistivity and GPR(Ground Pentrating Radar) survey, of which instruments are portable and operations are relatively economical. We have chosen seven survey lines and applied appropriate multiple surveys depending on the field conditions. In the case of magnetic method. two-dimensional grid-type surveys were carried out to cover the survey area. The geophysical survey results reveal the characteristic responses of each method relatively well. Among the applied methods, the electric resistivity methods appeared to be the most effective ones in detecting the Manjang Cave and surrounding miscellaneous cavities. Especially, on the inverted resistivity section obtained from the dipole-dipole array data, the two-dimensional distribution of high resistivity cavities are revealed well. The gravity and magnetic data are contaminated easily by various noises and do not show the definitive responses enough to locate and delineate the Manjang cave. But they provide useful information in verifying the dipole-dipole resistivity survey results. The grid-type 2-D magnetic survey data show the trend of cave development well, and it may be used as a reconnaissance regional survey for determining survey lines for further detailed explorations. The GPR data show very sensitive response to the various shallow volcanic structures such as thin spaces between lava flows and small cavities, so we cannot identify the response of the main cave. Although each geophysical method provides its own useful information, the integrated interpretation of multiple survey data is most effective for investigation of the underground caves.

부평 은광상 일대의 중력탐사

권병두,이희순,Kwon, Byung-Doo,Lee, Heui-Soon 대한자원환경지질학회 1991 자원환경지질 Vol.24 No.1

Gravity study was carried out to investigate the structure and total mass of the Bupyeong silver deposits closely related to formation of the Bupyeong caldera. Survey region covers $3.3{\times}6.6km^2$ over silver deposits and is comprised of 334 gravity measurement stations. An apparent regional gravity trend parallel to the west coast line is mainly attributed to isostasy. A least square isostasy model was used for the regional correction. A Fortan subroutine was coded to calculate 3-dimensional subsurface model. The calculated gravity values from the 3-dimensional model of the caldera with silver deposits agree with observed anomalies relatively well. Gravity anomaly due to Bupyeong silver deposits reaches to +3.5 mgal from the background value and anomaly due to the caldera reaches to -4 mgal. But the maximum negative anomaly of the caldera would be much greater at its center. The total mass of silver deposits calculated from the subsurface model is $4.19{\times}10^9$ tons. Although the economic part of silver deposits depends on the grade of orebody, we expect that there are still large amount of silver reserves in Bupyeong area.

Investigation of Subsurface Structure of Cheju Island by Gravity and Magnetic Methods

권병두,이희순,정귀금,정승환,Kwon, Byung-Doo,Lee, Heui-Soon,Jung, Gwi-Geum,Chung, Seung-Whan The Korean Society of Economic and Environmental G 1995 자원환경지질 Vol.28 No.4

중력 및 자력 탐사자료를 분석하여 제주도의 지지구조를 연구하였다. 부우게 중력이상도에서 섬 중앙의 한라산체에서 뚜렷한 원형의 저이상이 나타나며, 이상값의 차이는 최대 30 mgal 로 나타났다. 지하지질구조 모델링을 위하여 기반암 상부에 위치하는 화산암체를 각주로 나누어 중력자료의 삼차원 심도역산을 실시한 결과, 화산암의 기저면은 한라산 아래로 휘어지며 최대 깊이는 5 km 정도에 이른다. 자력자료로는 항공탐사자료와 육상탐사자료를 함께 이용하였다. 이들로부터 구한 자력이상도는 다소의 차이는 보이나 전체적으로는 중위도 지방에서 지구자기장의 방향으로 자화된 자력이상체로 부터 야기되는 전형적인 이상의 형태를 보인다. 자극변환을 한 이상도를 보면 섬의 주된 자력원은 장축을 따라 발달하는 열곡대와 한라산체로 나타난다. Cordell과 Grauch (1985)의 방법으로 구한 자력원의 경계는 표선리 현무암과 시흥리 현무암과 같은 비교적 최근에 분출된 화산암의 경계와 잘 일치한다. 자력모델링은 심도와 대자율을 두 변수로 취하여 항공탐사자료의 삼차원 역산을 수행하였다. 역산 결과, 높은 대자율을 가지는 화산암은 열곡대와 중앙화산체에서 나타나며 기반의 심도는 장축을 따라서는 1.5~3 km, 용암대지에서는 1~1.5 km 정도로 나타나며, 한라산 하부에서 최대 5 km로 나타난다. 중력과 자력이상도 모두에서 나타나는 동부 지역의 남북 방향의 이상은 지질도 상에서는 확인되지 않는 단층 또는 파쇄대에 의한 것일 가능성이 있다. The geologic structure of the Cheju volcanic island has been investigated by analyzing the gravity and magnetic data. Bouguer gravity map shows apparent circular low anomalies at the central volacanic edifice, and the maximum difference of the anomaly values on the island appears to be 30 mgal. The subsurface structure of the island is modeled by three-dimensional depth inversion of gravity data by assuming the model consists of a stacked grid of rectangular prisms of volcanic rocks bounded below by basement rocks. The gravity modeling reveals that the interface between upper volvanic rocks and underlying basement warps downward under Mt. Halla with the maximum depth of 5 km. Magnetic data involve aeromagnetic and surface magnetic survey data. Both magnetic anomaly maps show characteristic features which resemble the typical pattern of total magnetic anomalies caused by a magnetic body magnetized in the direction of the geomagnetic field in the middle latitude region, though details of two maps are somewhat different. The reduced-to-pole magnetic anomaly maps reveal that main magnetic sources in the island are rift zones and the Halla volcanic edifice. The apparent magnetic boundaries inferred by the method of Cordell and Grauch (1985) are relatively well matched with known geologic boundaries such as that of Pyosunri basalt and Sihungri basalt which form the latest erupted masses. Inversion of aeromagnetic data was conducted with two variables: depth and susceptibility. The inversion results show high susceptibility bodies in rift zones along the long axis of the island, and at the central volcano. Depths to the basement are 1.5~3 km under the major axis, 1~1.5 km under the lava plateau and culminates at about 5 km under Mt. Halla. The prominent anomalies showing N-S trending appear in the eastern part of both gravity and magnetic maps. It is speculated that this trend may be associated with an undefined fault developed across the rift zones.

제주도 만장굴에 대한 복합 지구물리탐사 기법의 적용

권병두,이희순,오석훈,이춘기,Kwon, Byung-Doo,Lee, Heui-Soon,Oh, Seok-Hoon,Lee, Chun-Ki 대한자원환경지질학회 1998 자원환경지질 Vol.31 No.6

Various geophysical methods have been applied to the survey of the lava tunnel of Manjanggul in Cheju Island to study the effectiveness of each method in investigating underground tunnels. The surveys employing gravity, magnetic, electrical, AMT and VLF methods were carried out along seven profiles across the Manjanggul; especially, all the five methods were used on one representative profile. Several aspects of different methods pertinent to their use in investigation of underground tunnels have been noted. The electrical method employing the dipole-dipole array appeared to be the most effective one among five methods. Therefore, we have tested the electrical method more carefully by using various electrode spacings, and obtained successful resistivity sections showing the existence of lava tunnels. The gravity method provided relatively successful responses associated with the tunnel although the gravity readings were contaminated by wind blowing during the survey. The gravity data were also useful for the quantitative modeling study. The magnetic data were also successful in delineating the tunnel qualitatively. The AMT data were not successful because the used frequency band was not appropriate in detecting very shallow target. The VLF data were severely influenced by the neighboring noise sources such as power lines and were not successful in detecting the tunnel responses. The comprehensive result of electrical, gravity and magnetic surveys suggests that undiscovered lava tunnels may exist adjacent to the Manjanggul.

홍성 단층대에서의 전기, 전자 탐사 연구

권병두,이희순,박계순,오석훈,이춘기,Kwon, Byung-Doo,Lee, Heui-Soon,Park, Gye-Soon,Oh, Seok-Hoon,Lee, Choon-Ki 한국지구과학회 2003 한국지구과학회지 Vol.24 No.4

1978년에 규모 5.0의 지진이 발생한 홍성지역에 발달한 단층대의 전기, 전자적 특성을 조사하였다. 전기, 전자 탐사는 최근 토목공사현장에서 단층대 및 파쇄대 등의 연약지반을 확인하기 위한 수단으로 널리 쓰이고 있으며 이들 탐사로부터 얻어지는 전기비저항 구조는 연약대의 공간적 분포를 효과적으로 파악할 수 있는 정보를 제공한다. 홍성지역에 위치한 단층대를 가로질러 쌍극자배열 전기비저항탐사와 MT (Magnetotelluric) 탐사를 실시하였으며 역산을 통해 단층대의 전기비저항의 분포를 추정하였다. MT 탐사는 주단층대를 가로지르는 2.9 km의 측선상의 18측점에서 실시하였으며, 자기쌍극자를 인공 송신원으로 사용하였다 전기탐사는 단층대를 측선의 중앙으로 하여 전극간격이 50 m인 쌍극자배열전기비저항 탐사를 실시하였다. 두 탐사 결과는 예상단층선을 따라 좌우지역의 전기비저항이 서로 다른 양상으로 발달하고 있음을 보여주고 있으며, 특히 예상단층선을 따라서는 뚜렷한 저비저항대가 깊게 발달해 있음을 보여주고 있다. 홍성지역의 단층대에서 낮은 전기비저항분포를 보이는 부분이 수직으로 잘 발달해 있다는 것은 최근에 두 차례의 지진이 발생한 것처럼 이 지역 단층이 활동 중인 단층이라는 사실과 일치하는 결과를 보여주는 것이다. 본 연구 성과는 앞으로 홍성단층 뿐만이 아니라 우리나라에서 발생하는 지진들에 대한 연구에 기초 자료를 제공할 것이라 기대된다. We have investigated the electric resistivity structure of the fault zone located in the Hongseong area where a big earthquake with M 5.0 occurred in 1978. Usually, Electric and Electromagnetic methods are broadly operated in the field of engineering works since these methods are effective to understand the distribution of geological weak zones - fault or fracture zones. We have conducted the dipole-dipole array resistivity method and MT(magnetotelluric) method and interpreted the resistivity distribution of the fault zone with the aid of various inversion methods. An MT survey was performed at 18 points along a 2.9 km survey line perpendicular to the fault line and a magnetic dipole source was used to enhance the S/N ratio in the high frequency. A Electric dipole-dipole array resistivity survey with the dipole length of 50 meters was carried out perpendicular to the fault. In view of two survey results, the fault marks the boundary between two opposite resistivity structures, especially the low resistivity zone is exhibited deeply through the prospective fault line. The result that the low resistivity zone is located at the center of the fault zone corresponds with the fact that the fault zone of the Hongseong area is active. We expect these results to provide basic information about the physical properties of fault zones in Korea.

탄성파 자료의 해양분지 구조 해석 결과 향상을 위한 인공위성 중력자료의 지구통계학적 해석

박계순 ( Gye Soon Park ),오석훈 ( Seok Hoon Oh ),이희순 ( Heui Soon Lee ),권병두 ( Byung Doo Kwon ),유해수 ( Hai Soo Yoo ) 대한지구물리학회 2007 지구물리 Vol.10 No.4

탄성파 자료의 해양분지 구조 해석 결과 향상을 위한 인공위성 중력자료의 지구통계학적 해석

박계순 ( Gye Soon Park ),오석훈 ( Seok Hoon Oh ),이희순 ( Heui Soon Lee ),권병두 ( Byung Doo Kwon ),유해수 ( Hai Soo Yoo ) 한국지구물리탐사학회 2007 지구물리와 물리탐사 Vol.10 No.4

지진 전조현상 모니터링을 위한 ULF 대역 지자기장의 분극 분석

양준모 ( Jun Mo Yang ),이희순 ( Heui Soon Lee ),이영균 ( Young Gyun Lee ) 한국지구물리탐사학회 2010 지구물리와 물리탐사 Vol.13 No.3

네트워크에 기반한 중력 , 자력 자료의 처리기술 개발 연구

권병두(Byung Doo Kwon),이희순(Heui Soon Lee),오석훈(Seok Hoon Oh),정호준(Ho Joon Chung),임형래(Hyoung Rae Rim) 대한지구물리학회 2000 지구물리 Vol.3 No.4

N/A

삼각요소법을 이용한 중력자료의 지형보정

임형래 ( Hyoung Rea Rim ),이희순 ( Heui Soon Lee ),박영수 ( Young Sue Park ),임무택 ( Mu Taek Lim ),정현기 ( Hyun Key Jung ) 한국지구물리탐사학회 2010 지구물리와 물리탐사 Vol.13 No.2