확장된 Born 근사법에 의한 전기비저항 3차원 모델링

조인기 강원대학교 자원개발연구소 1998 자원개발연구 Vol.13 No.-

전기비저항 탐사의 연구동향

조인기 한국자원공학회 2020 한국자원공학회지 Vol.57 No.5

There have been great improvements in instrumentation, data acquisition and data inversion techniques for the electric resistivity method over the past decades. With the development of multi-electrode and multi-channel systems, two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) resistivity survey can image the complex geological structures more precisely. Recently, with the development of an automatic measurement system and a communication network, four-dimensional (4D) monitoring technique has been developed, which make it possible to image the spatiotemporal subsurface changes in electrical resistivity. In addition, the electrical resistivity method provides a more precise subsurface resistivity image through accurate modeling and inversion techniques. Such technological advances have further expanded the applicability of the resistivity method to environmental, engineering, hydrological and mining problems. This review introduces key research trends and field application examples of resistivity method and presents brief future development directions. 전기비저항 탐사는 지난 수십년간 자료획득 시스템, 자료획득 기술 및 그 처리 및 해석기술이 비약적으로 발전하였다. 전기비저항 탐사는 다중전극, 다중채널 자료획득 시스템의 보급으로 복잡한 지하구조를 영상화하기 위한 2차원 및 3차원 탐사가 가능해졌다. 최근에는 자동측정 시스템의 개발과 통신망의 발전에 힘입어 4차원 모니터링 기법이 개발되었으며, 이를 통하여 지하의 시공간적 전기비저항 변화대 영상화가 가능해졌다. 또한 전기비저항 탐사법은 정밀한 모델링 및 역산기법을 통하여 보다 정밀한 지하 전기비저항 영상을 제공하게 되었다. 이와 같은 기술발전은 전기비저항 탐사의 적용성을 더욱 확대하였으며, 자원탐사, 토목, 지하수, 환경 등에 활발히 적용되고 있다. 이 총설에서는 전기비저항 탐사의 핵심적인 연구 동향과 현장 적용사례를 소개하고 향후 발전방향을 제시하였다.

확장 Born 근사에 의한 소형루프 전자탐사법의 2.5 차원 모델링

조인기,송성호,서정희 한국지구물리탐사학회 2007 지구물리와 물리탐사 Vol.10 No.4

소형루프 전자탐사법은 다양한 현장에 성공적으로 적용되어 온 효과적인 물리탐사법으로 특히 천부 지반조사나 환경오염대의 정성적 조사에 널리 사용되고 있다. 최근 들어, 지하의 지질구조를 보다 정량적으로 파악하고 역산에 근거한 영상화 기법이 도입되면서 소형 루프 전자탐사 자료에 대한 모델링과 역산이 시도되고 있다. 하지만 2.5차원 소형 루프 전자탐사 자료의 모델링은 여러 개의 파수에서 그 해를 구한 다음 다시 공간영역으로 변환하는 과정이 요구되며, 이 경우 적지 않은 계산시간이 소요된다. 본 논문에서는 이러한 변환이 필요 없는 확장 Born 근사법에 의한 2.5차원 소형루프 전자탐사 알고리듬을 개발하고 이를 HCP 배열 소형루프 전자탐사에 적용하여 그 타당성을 검증하였다.

구조시스템에 따른 Tensegrity형 케이블 돔의 정적 불안정 거동특성

조인기,김형석,김승덕,강문명 한국공간구조학회 2004 한국공간구조학회지 Vol.4 No.3

대공간 구조는 3차원적인 힘의 흐름과 면내력에 의해 외부하중에 대한 저항능력을 확보하는 형태저항형 구조로서 기본적인 구조저항 메커니즘은 구조물 자체의 곡률을 이용하여 면외방향으로 작용하는 외력을 주로 면내력으로 저항할 수 있게 한 구조시스템이다. 따라서 최소의 재료로, 가볍고 얇게 대공간을 만들 수 있는 장점이 있다. 대공간 구조시스템 중 연성 구조물의 일종인 막 구조, 케이블 구조 또는 복합 구조체로서의 막-케이블 구조물의 비약적인 발전이 최근 주목을 끌고 있다. 즉, 기존의 일반 구조재보다 가볍고 축 강성은 강하나 휨 강성은 매우 작은 막 및 케이블을 사용하여 대공간 구조물을 보다 효과적으로 구축할 수 있는 구조시스템을 말한다. 그러나, 이러한 구조물은 하중 레벨이 어느 임계값에 도달하면 구조물의 형상에 따라 뜀좌굴(snap-through) 또는 분기좌굴(bifurcation)에 의한 불안정 현상이 일어나며, 이로 인한 파괴 메커니즘의 파악은 구조설계에서 매우 중요하다. 본 연구에서는 텐세그리티형 케이블 돔 구조물의 구조시스템에 따른 정적 불안정 거동 특성을 파악하기 위해 먼저, 형상해석을 통해 복합 케이블 돔 구조물인 Geiger형, Zetlin형 및 Flower형 케이블 돔 구조물의 초기응력에 의한 형상을 결정하고, 형상해석 결과를 기준으로 하여 정적 외력에 의한 불안정 문제를 파악하고자 한다. A shell structure, having a curvature with a curved surface, is an extremely efficient mechanical creation regard to the external load. A basic structural resistance mechanism is the structural system, which is resisted the out-of-plane direction load by in-plane forces using the structure's curvature. Therefore, it has a merit to make thin and lightweight large spacial structures using minimum materials. Among the large spare structural system, the rapid development of the membrane structures, cable structures and the hybrid structures are watched recently. But, this kind of structural system shows the unstable phenomenon by snap-through or bifurcation according to the shape of structure, and the understanding of the collapse mechanism by this phenomenon is very important to the design process. In this study, I investigated the unstable characteristics of the Geiger-type, Zetlin-type and flower-type hybrid cable dome structures, which is the lightweight hybrid structures using compression and tension elements continuously, according to the difference of structural system.

전기비저항 자료의 시간경과 역산에서 효과적 자료가중 및 교차모델 제한자

조인기,하명진,용환호 한국자원공학회 2013 한국자원공학회지 Vol.50 No.2

The resistivity method has been widely used to image the electrical properties of the subsurface. This method has become particularly suitable for monitoring because of rapid/automatic data acquisition and data communication. In this study, we proposed a new data weighting and cross-model constraint in the time-lapse inversion for the effective interpretation of long-term resistivity monitoring data. We impose a small weighting on the data with large difference between time-lapse and reference data, but a large weighting on the data with small difference. This data weighting enforces the estimated model to approach to the reference model and effectively suppresses random noise. Generally, the cross-model constraint in time-lapse inversion of long-term resistivity monitoring data has been calculated using the normalized change in physical property between time-lapse and reference model. However, the amount of normalized changes shows fairly different value with the increase or decrease of electrical conductivity. By taking the inverse of normalized change when the conductivity decreases, the same amount of change can be obtained regardless the increase or decrease of electrical conductivity. In addition, we proposed a cross-model constraint that reflects not only changes in physical property but also the resolution of model parameters. Through the numerical tests, we confirmed that this approach dramatically enhances the resolving power of time-lapse inversion, especially when the model parameter has low resolution. However, time-lapse inversion with this approach does not effectively suppress noise. 전기비저항 탐사법은 지하 매질의 전기비저항 분포를 영상화하는데 널리 사용되어 왔다. 이 방법은 신속한 자동측정과 통신기술의 발달로 인하여 모니터링으로 발전하게 되었다. 본 연구에서는 장주기 전기비저항 모니터링 자료의 효과적인 시간경과 역산을 위하여 새로운 자료가중법 및 교차모델 제한자를 개발하였다. 기준자료와 시간경과 자료 사이의 변화가 큰 자료에는 낮은 가중을 가하고, 반대로 작은 자료에는 큰 가중값을 부여하였다. 이러한 자료가중법은 추정 모델을 가능하면 기준모델에 근접하도록 강요하며, 무작위 잡음을 억제하는데 효과적이다. 일반적으로 시간경과 역산에서 교차모델 제한자는 기준모델과 시간경과 모델 사이의 정규화된 변화량에 의하여 그 크기가 결정된다. 그러나 이 변화량은 전기전도도의 증감에 따라 다른 값을 보이는 문제점을 가지고 있다. 본 연구에서는 전기전도도가 감소할 경우, 변화량에 역수를 취하는 방법을 사용하여 증감에 관계없이 동일한 변화량을 나타내도록 하였다. 또한 교차모델 제한자의 계산에 변화량은 물론 모델변수의 분해능을 고려하는 방법을 제안하였다. 수치실험 결과, 이 방법은 시간경과 역산의 분해능 향상에 크게 기여하였으며, 특히 분해능이 낮은 모델변수 탐지에 효과적인 것으로 나타났다. 그러나 이 방법은 잡음에 취약한 단점을 가지고 있다.

Discussion: On ‘Negative apparent resistivity in dipole–dipole electrical surveys’ (Jung, H.K., Min, D.J., Lee, H.S., Oh, S.H., and Chung, H., Exploration Geophysics, 40, 33–40)

조인기,김정호,정현기,민동주,이효선,오석훈,정호준 한국지구물리.물리탐사학회 2010 지구물리와 물리탐사 Vol.13 No.1

저수지 누수유로 파악을 위한 측선간 전기비저항 토모그래피

조인기,염지연,김기주,박영규 한국자원공학회 2006 한국자원공학회지 Vol.43 No.6

Resistivity method is one of the most effective techniques for the detection of anomalous seepage intervals in the embankment dam. Generally, resistivity data acquired along the crest of an embankment have been interpreted by assuming that the embankment dam has a 2-dimensional (2D) structure. Because the structure of the embankment dam is not 2D, there should be inevitable limitations in the interpretation of resistivity data. Even though resistivity method is a powerful tool to detect anomalous seepage intervals in the embankment dam, it is too difficult to locate anomalous seepage pathways completely since the seepage flow is not always straight. In this study, we present a new 2D resistivity modeling technique which assumes 2D structure with infinite extent along z-direction. This technique has the feature that makes us deal with the x- and y-directional variation of resistivity easily at the expense of giving up the z-directional variation of resistivity. Therefore, this technique has the advantage that the clay core, the reservoir water and etc can be easily included in the 2D resistivity modeling of the embankment dam. Also, we developed a crossline tomography method which can give a resistivity image in the x-y plane. The resistivity image is effective to identify anomalous seepage pathways in the embankment dam. 전기비저항 탐사법은 제체의 누수구간 탐지에 매우 효과적인 방법으로 알려져 있다. 일반적으로 제체 마루에서 수행되는 전기비저항 탐사는 제체를 2차원 구조로 가정하고 해석이 이루어진다. 하지만 저수지는 2차원 구조가 아니므로 해석상의 한계가 존재한다. 또한 2차원 전기비저항 탐사는 누수구간의 탐지에는 효과적이지만 누수유로의 파악에는 어려움이 있다. 본 연구에서는 제체를 연직방향의 2차원 구조로 가정하는 전기비저항 탐사 2차원 모델링 방법을 제시하였다. 이 방법은 z-방향의 전기비저항 변화를 다룰 수 없지만 x- 및 y-방향의 전기비저항 변화를 효과적으로 처리할 수 있다는 특징을 갖는다. 따라서 이 방법은 그동안 제체의 2차원 모델링에서 고려하기 힘들었던 중심점토, 저수지물 등을 쉽게 모델링에 포함시킬 수 있다는 장점이 있다. 또한 본 연구에서는 제체의 내제사면과 외제사면에 설정된 2개의 측선에서 측선간 토모그래피 탐사법을 시도하여, 제체 내부에서의 평면적 전기비저항 분포 양상을 파악하고, 이를 해석하여 제체 내 누수유로를 파악코자 하였다.

저수지 누수유로 파악을 위한 측선간 전기비저항 토모그래피법의 현장적용

조인기,염지연,김기주,최보규,김병호,이상선,박영규 한국자원공학회 2006 한국자원공학회지 Vol.43 No.6

Resistivity method has been widely used for the detection of anomalous seepage intervals in the embankment dam. Generally, resistivity survey has been performed along the crest of an embankment dam. However, the resistivity section does not provide complete information about anomalous seepage pathways because it shows only resistivity distribution in the x-z section. To find out anomalous seepage pathways, the crossline tomography technique can be applied since it provides resistivity distribution in the x-y plane. In this study, we applied the crossline tomography and the dipole-dipole resistivity survey along the crest together on 4 embankment dams to identify anomalous seepage pathways. Results show that crossline tomographic images can depict well the clay core and anomalous seepage pathways. Also, they are well matched with resistivity sections obtained along the crest. 전기비저항 탐사법은 제체의 누수구간 탐지에 널리 사용되는 방법이다. 일반적으로 전기비저항 탐사는 제체 마루에서 수행된다. 그러나 얻어지는 결과는 x-z 단면상의 전기비저항 분포이므로 누수유로의 파악에는 한계가 있다. 누수유로의 파악을 위해서는 x-y 평면상의 전기비저항 분포를 제공해주는 측선간 토모그래피법이 적용될 수 있다. 본 연구에서는 누수유로의 탐지를 위해서 국내의 4개 저수지에 대하여 측선간 토모그래피 및 마루부에서 쌍극자 배열 전기비저항 탐사를 수행하였다. 조사결과 측선간 토모그래피 영상은 중심점토 및 누수경로의 파악에 효과적이었으며, 마루부에서 얻어진 전기비저항 탐사결과와도 잘 부합되었다.

시추공간 전기비저항 탐사에서 겉보기 비저항의 거동특성

조인기,김기주,김하림,김건수,한성훈,임진택,이원경 한국자원공학회 2002 한국자원공학회지 Vol.39 No.3

The cross-hole resistivity method for detecting anomalous bodies have been the subject of a number of recent studies. In this study, we have analyzed the behavior of the apparent resistivity around a 2-D and a 3-D anomalous body using 2-D and 3-D cross-hole resistivity modeling programs. The finite difference method was adapted for 2-D modeling and the integral equation method for 3-D modeling. We have used the pole-pole array with a current electrode fixed at a point and the potential electrode movable around the anomalous body. Cross sectional variation in the apparent resistivity depend on the dimensionality of the body, the resistivity contrast between the anomalous body and the background medium and the shape of the body. Especially, 2-D and 3-D conductive body may produce quietly different apparent resistivity distribution, If an anomalous body is very conductive and its length in x direction is equal to or longer than that in z direction, the apparent resistivity due to 2-D and 3-D model shows opposite distribution to each other. Furthermore, the shape of the body also makes great changes in apparent resistivity distribution. These complex behavior of the apparent resistivity in cross-hole measurements with the pole-pole array make it difficult for a field operator to predict the true resistivity of the anomalous body. To overcome these problems, in-line data should be acquired and various alternative arrays can be considered. 전기비저항 탐사법은 지하의 이상체를 탐지하는데 매우 효과적인 정밀탐사법 중의 하나로 그간 이에 관한 다양한 연구가 수행되어 왔다. 본 연구에서는 2차원 및 3차원 모델링 프로그램을 사용하여 2 차원 및 3차원 이상체에 의한 겉보기 비저항의 변화 양상을 분석하였다. 2차원 모델링에 유한차분법이, 3차원 모델링에는 적분방정식법이 사용되었다. 전류전극을 한 점에 고정시키고 이상체 주변에 전위전극을 이동시키 는 단극배열법을 사용하였다. 시추공간 전기비저항 탐사에서 겉보기 비저항은 이상체의 차원, 이상체와 주변 매질간의 전기비저항 비 및 이상체의 형상에 좌우된다. 특히 이상체가 2차원일 경우와 3차원일 경우에는 서로 다른 겉보기 비저항 분포 양상을 나타낸다. 이상체의 x 방향 길이가 z 방향 길이에 비하여 같거나 크고, 이 상체의 전기전도도가 주변 매질에 비하여 매우 높은 경우에는 2차원 이상체와 3차원 이상체는 거의 정반대의 겉보기 비저항 분포를 보인다. 또한 겉보기 비저항은 이상체의 형상에 따라서도 매우 큰 변화를 보인다. 이와 같은 겉보기 비저항의 매우 복잡한 변화 양상 때문에 현장조사시 탐사자가 이상체의 전기비저항을 예측하기 가 어려워진다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 동일 시추공 자료가 획득되어야 하며 나아가서는 다양한 전극배열법의 사용이 권장된다.

토목 기술자를 위한 암반공학(II)

조인기,장보안 한국지반공학회 1998 지반 : 한국지반공학회지 Vol.14 No.2