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.

소형루프 전자탐사를 이용한 폐기물 오염범위 탐지

송성호 ( Sung Ho Song ),엄재연 ( Jae Yeon Um ),조인기 ( In Ky Cho ),정차연 ( Cha Youn Jung ) 한국지구물리·물리탐사학회 2011 지구물리와 물리탐사 Vol.14 No.2

소형루프 전자탐사는 폐기물 매립지로부터 발생되는 오염원의 범위 및 경로를 추적하기 위한 개략적인 조사에 효과적인 방법이다. 본 연구에서는 매립물 분포 범위 및 침출수 발생 범위 파악을 위하여 다중주파수를 이용한 소형루프 전자탐사를 수행하였으며, 탐사 결과를 24곳의 트렌치 조사와 12개소의 시추조사에서 확인된 오염범위와 비교한 결과 매립지의 규모 및 침출수 범위 추정이 가능한 것으로 밝혀졌다. 그러나 본 매립지가 해안지역 삼각주에 위치함에 따라 약 10 m 이하 심도에서 나타나는 10 ohm-m 이하의 낮은 전기비저항의 원인을 규명하기 위해서는, 10 m 이하 심도까지 시추조사를 병행하는 것이 바람직할 것으로 판단된다. The small-loop electromagnetic (EM) survey is an effective method to delineate contamination areas and pathways of contaminant plumes from landfill. A multi-frequency small-loop EM survey was applied to find them at landfill area, located in delta region, and checked the results with in-situ surveys including 24 trench excavations and 12 drilling boreholes. The correlation between these two results indicates this survey would be suitable to investigate the contamination area. However, it would be difficult to analyze low resistivity less than 10 ohm-m below 10 m depth in delta area without drilling survey because of a limitation to expand the penetration depth lower than 10 m depth due to the separation of 1.66 m between the two coils of GEM-2.

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.

전기비저항 탐사에서 전위감쇠곡선의 거동특성

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

전기비저항 탐사자료는 각종 잡음에 노출되어 있으므로 역산에 앞서 적절한 자료편집과정이 요구된다. 전기비저항 탐사자료의 편집은 주로 겉보기 비저항 가단면도상에서 지나치게 높거나 낮은 값을 보이는 자료나 쌍극자배열의 팔자형 효과를 위배하는 자료를 제거하는 방법이 널리 사용되고 있다. 또한 보다 정밀한 편집을 위하여 전위감쇠곡선을 이용 하기도 한다. 본 연구에서는 3차원 이상체가 존재할 때, 전기비저항 탐사에서 널리 사용되는 단극배열, 단극-쌍극자 배열 빛 쌍극자배열에 대한 전위감쇠곡선의 거동 특성을 분석하고, 그 정당성에 대하여 재검토하였다. Resistivity data should be edited before the inversion because resistivity data are contaminated by a loi of noise. Generally, outlier or data violating pants-leg effect in dipole-dipole array were used to be nected in the apparent resistivity pseudo-section. For more precise data editing, normalized voltage curves are used. In this study, we analyzed the behavior of normalized voltage curves for pole-pole, pole-dipole and dipole-dipole arrays in the presence of three- dimensional inhomogeneities, and finally re-examined (he validity of normalized voltage curves in the editing process of resistivity data.

강조 모델제한을 적용한 전기비저항 모니터링 자료의 4차원 역산

조인기 ( In-ky Cho ),정다빈 ( Da-bhin Jeong ) 한국지구물리·물리탐사학회 2018 지구물리와 물리탐사 Vol.21 No.3

전기비저항 모니터링은 지하 매질의 시간적 변화를 파악하기 위한 효과적인 물리탐사법이다. 전기비저항 모니터링은 최근 정교한 자동측정 장비와 통신기술의 발달에 힘입어 지하의 시공간적 물성변화의 탐지를 위하여 널리 사용되고 있다. 이 연구에서는 지하 매질의 의미있는 시공간적 변화대를 효과적으로 해석할 수 있는 4차원 역산 알고리듬을 개발하였다. 4차원 역산의 문제점인 시간축을 따른 지나친 평활화 제한 문제를 극복하기 위하여 자료오차에 대한 시공간 모델제한을 일정하게 유지하도록 라그랑지 곱수를 자동으로 조정하였다. 또한 강조 모델제한자를 도입하여 보다 선명하게 지하의 시공간 변화대를 영상화하고자 하였다. 시간경과 모델에 대한 수치자료에 대하여 개발된 4차원 역산을 수행하여 개발된 역산 알고리듬의 타당성을 검토하였다. The resistivity monitoring is a practical method to resolve changes in resistivity of underground structures over time. With the advance of sophisticated automatic data acquisition system and rapid data communication technology, resistivity monitoring has been widely applied to understand spatio-temporal changes of subsurface. In this study, a new 4D inversion algorithm is developed, which can effectively emphasize significant changes of underground resistivity with time. To overcome the overly smoothing problem in 4D inversion, the Lagrangian multipliers in the space-domain and time-domain are determined automatically so that the proportion of the model constraints to the misfit roughness remains constant throughout entire inversion process. Furthermore, a focusing model constraint is added to emphasize significant spatio-temporal changes. The performance of the developed algorithm is demonstrated by the numerical experiments using the synthetic data set for a time-lapse model.

지상 송신원 항공 전자탐사 자료의 횡적 제한 역산

조인기 ( In-ky Cho ),장제훈 ( Je-hun Jang ),이명종 ( Myeong-jong Yi ),임형래 ( Hyoung-rae Rim ) 한국지구물리·물리탐사학회 2017 지구물리와 물리탐사 Vol.20 No.1

최근 도입된 지상 송신원 항공 전자탐사 시스템(grounded electrical-source airborne transient electromagnetic, GREATEM)은 신호가 강력하여 가탐심도 향상은 물론 잡음이 심한 지역에서도 적용 가능하다. 비록 GREATEM은 지상에 설치된 긴 전선을 송신원으로 사용하는 시간영역 전자탐사법이지만, 방대한 항공탐사 자료의 2차원 혹은 3차원 해석은 계산시간이 너무 많이 소요되어 실질적인 적용이 어렵기 때문에 GREATEM 탐사 자료는 주로 1차원 해석에 의존하고 있다. 일반적으로 방대한 항공 전자탐사 자료의 해석은 각 측점에서 얻어진 자료에 대한 1차원 역산 결과를 병합하여 전기비저항 2차원 단면을 작성하는 방법이 널리 사용되고 있다. 그러나 이러한 병합 단면은 전기비저항이 너무 급격하게 변하는 문제점을 보인다. 횡적 제한 역산법(laterally constrained inversion, LCI)은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 개발되었으며, 연속성이 뛰어난 역산 단면을 제공하게 된다. 이 연구에서는 우선 수치 모델링을 통하여 곡선 전류원에 대한 GREATEM 탐사 자료의 특성을 분석하였다. 또한 GREATEM 탐사 자료에 대한 횡적 제한 역산법을 개발하였다. 이 방법은 각 측점에서 획득된 모든 1차원 자료와 층서 모델을 하나의 역산 시스템에 병합하여 처리하므로 수평적 연속성이 뛰어난 역산 단면을 제공하게 된다. 개발된 역산 알고리듬을 GREATEM 탐사 자료에 적용한 결과, 해당 지역의 층서를 효과적으로 반영하는 역산 영상을 얻을 수 있었다. Recently, the grounded electrical-source airborne transient electromagnetic (GREATEM) system with high power source was introduced to achieve deeper investigation depth and to overcome high noise level. Although the GREATEM is a transient electromagnetic system using a long grounded wire as the transmitter, GREATEM data have been interpreted with 1D earth models because 2D or 3D modeling and inversion of vast airborne data are complicated and expensive to calculate. Generally, 1D inversion is subsequently applied to every survey point and combining 1D images together forms the stitched conductivity-depth image. However, the stitched models often result in abrupt variations in neighboring models. To overcome this problem, laterally constrained inversion (LCI) has been developed in inversion of ATEM data, which can yield layered sections with lateral smooth transitions. In this study, we analysed the GREATEM data through 1D numerical modeling for a curved grounded wire source. Furthermore, we developed a laterally constrained inversion scheme for continuous GREATEM data based on a layered earth model. All 1D data sets and models are inverted as one system, producing layered sections with lateral smooth transitions. Applying the developed LCI technique to the GREATEM data, it was confirmed that the laterally constrained inversion can provide laterally smooth model sections that reflect the layering of the survey area effectively.

자료 가중을 통한 전기비저항 탐사 자료의 역산

조인기 ( In Ky Cho ),이근수 ( Keun Soo Lee ),김연정 ( Yeon Jung Kim ),윤대성 ( Dae Sung Yoon ) 한국지구물리·물리탐사학회 2015 지구물리와 물리탐사 Vol.18 No.1

전기비저항 탐사 자료는 다양한 잡음을 포함하고 있다. 즉 전기비저항 자료는 높은 접촉저항, 장비의 측정 오차 및 주변의 불규칙한 전기적 잡음에 의해 영향을 받는다. 전기비저항 탐사 자료의 올바른 해석을 위해서는 이들 잡음의 정확한 추정이 요구된다. 이 연구에서는 상반성 시험을 통하여 추정된 잡음을 역산시 자료 가중에 반영하는 방법론을 제안하였다. 또한 역산시 현장 자료와 이론 자료 사이의 적합 오차와 상반성 오차를 분석하고, 상반성 오차와 적합 오차를 모두 이용하는 자료 가중법을 제안하였다. 현장 자료에 제안된 자료 가중법을 적용한 결과 통상적인 역산 결과에 비하여 국지적 이상대의 출현 빈도가 감소하는 것을 확인할 수 있었다. All the resistivity data contain various kinds of noise. The major sources of noise in DC resistivity measurement are high contact resistance, measurement errors, and sporadic background noise. Thus, it is required to measure data noise to accurately interpret resistivity data. Reciprocal measurements can provide a measure of data precision and noise. In this study, we proposed a data-weighting method from reciprocity measurement. Furthermore, a data-weighting method using both the reciprocity error and data-misfit in the inversion process was studied. Applying the data-weighting method to the inversion of 3D resistivity data, it was confirmed that local anomalies are slightly suppressed in the final inversion results.

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.

"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