전기비저항 토모그래피

(1) 원리

지표와 시추공을 이용하여 탐사 대상 영역을 둘러싸도록 전극을 설치하고, 지하에 전류를 흘려 발생한 전위를 측정하는 방법이다. 측정한 전류와 전위의 관계로부터 지하의 전기비저항 구조를 해석한다. 측정 및 해석의 기본 개념은 지표에서의 2차원 전기비저항탐사와 동일하지만, 전극을 시추공 내에 설치하여 탐사 대상에 근접시킨다는 점과 탐사 영역을 전극으로 둘러싼다는 점에서 2차원 전기비저항탐사에 비하여 해석 정밀도 또는 분해능의 향상을 기대할 수 있다.

(2) 적용 분야

적용 분야는 다음의 두 가지로 크게 분류할 수 있다.

① 지하의 전기비저항 구조를 고분해능으로 영상화.

② 지반 개량 효과 판정이나 지하수위 변동, 추적자를 이용한 균열계의 조사 등 2회 이상의 측정으로 얻어진 전기비저항 구조의 변화로부터 지반 상태의 변화를 추정.

(3) 탐사심도 및 분해능

전기비저항 토모그래피에서는 전극으로 둘러싼 영역을 탐사 범위로 생각한다. 탐사 범위 내의 분해능은 전극 부근이 가장 높고, 전극으로부터 멀어짐에 따라 분해능이 저하된다. 따라서, 시추공과 지표를 이용하여 전극을 “ㅠ”자 형으로 설치한 경우, 전극이 존재하지 않는 밑면의 분해능이 가장 낮다고 할 수 있다. 또한 전기비저항 토모그래피의 분해능은 전극 설치 범위 외에도 측정 전극배열, 전극간격, 지하 전기비저항 구조 등과 밀접한 관련이 있다.

(4) 측정․해석으로부터 얻는 정보

해석 결과로 얻어지는 전기비저항 분포도로부터 지층의 분포, 단층/파쇄대나 변질대의 분포, 공동의 분포 등을 추정한다. 또한 반복 측정에 의하여 전기비저항 구조의 변화를 조사하는 경우에는 전기비저항의 변화량 또는 변화한 부분을 파악함으로써 지반의 상태 또는 상황에 변화를 일으킨 원인을 파악하고, 이로부터 지반 개량 효과 판정이나 수위 변동 파악, 투수성 균열대의 분포를 추정한다.

(5) 사용 기기

전류 송신부와 전위차 측정부 및 전극절환 장치로 구성되는 전기비저항 측정기기, 지표 전극, 전선, 시추공내 전극 등으로 구성된다. 전극절환 장치에는 전극들을 다중선을 이용하여 연결하고 수동으로 측정 전극을 절환하는 방식과 각 전극마다 릴레이 스위치를 달아 릴레이의 구동을 통하여 자동으로 전극을 절환하는 두 가지 방식이 있다. 수동으로 전극을 절환함에 비하여 릴레이를 이용한 자동 전극절환 장치를 사용하면 탐사자료 획득의 효율성을 높일 수 있으므로, 전기비저항 토모그래피 탐사에는 주로 자동 전극절환 장치가 주로 이용된다. 최근에는 다중채널 전기비저항 탐사기기가 개발되어 한 번의 전류 송신으로 여러 개의 탐사 자료를 동시에 획득할 수 있어 탐사의 속도 및 효율성이 크게 향상되었다. 한편 시추공 전극과 지표 전극은 같은 종류의 금속을 사용하는 것이 좋으며, 시추공 내에 물이 없는 경우에는 공벽 압착형의 시추공내 전극을 이용할 수 있다.

(6) 조사 방법

측정 전극배열에는 단극 배열, 단극-쌍극자 배열, 쌍극자 배열 등을 많이 이용한다. 먼저 선택한 전극 배열법에 따라 측정 패턴 및 순서를 전기비저항 탐사기기에 입력한다. 전극절환 장치에 의하여 입력한 측정 패턴 및 순서에 따라 전류전극 및 전위전극을 바꾸어가면서, 전류전극에 전류를 흘려 전위전극에서의 전위차를 측정한다. 현장 측정 자료는 사용한 전극 번호와 함께 측정기 본체 또는 외부 기억 장치에 저장한다. 물론, 자동 전극절환 장치를 이용하지 않고 수동 측정도 가능하지만 자동 측정에 비해 작업이 비효율적이다. 자동 측정의 경우에는 동일한 지점에서 반복 측정하여 자료의 반복성을 검토함으로써 품질 관리를 한다. 한편 일부 또는 전체 측정을 반복 수행하여 자료의 반복성을 검토하기도 한다.

(7) 해석 방법

해석은 역산에 의하여 수행한다. 역산을 수행하기 전에는 획득한 탐사 자료에 대한 면밀한 검토를 통하여 자료의 질이 좋지 않은 부분을 편집한다. 전기비저항 토모그래피에 있어서 역산은, 가정한 지하 전기비저항 모형에 대하여 각 측점에서의 이론 전위 또는 겉보기 비저항을 계산하고 이론값이 현장 탐사 자료에 근접하도록 지하 전기비저항 모형을 수정하며, 이를 반복 수행하게 된다. 이론값과 측정값과의 차이가 충분히 작아지면 역산이 수렴되었다고 할 수 있으며 최종 지하 전기비저항 모델의 해석 결과를 전기비저항 단면도로 작성한다. 지하 전기비저항 단면도는 전기비저항값의 범위를 검토하여 선형 또는 로그 스케일의 칼라 등고선도로 나타낸다. 우리나라의 경우 이와 같은 해석 과정은 자료의 편집에서 역산 수행, 단면도 작성 등의 과정이 통합된 전기비저항 토모그래피 해석 소프트웨어에 의하여 수행되고 있다.

(8) 적용상의 문제점

2차원 전기비저항탐사와 마찬가지로 조사 지역 부근에 송전선, 철도, 철 구조물 등이 있는 경우에는 이들이 잡음의 원인이 된다. 특히 시추공 또는 그 주변에 있는 철 등의 전도성 물질은 미리 제거하고 탐사에 임하는 등의 주의가 필요하다. 또한 시추공에 케이싱이 존재하는 경우에는 이들 케이싱이 전류의 흐름에 장애를 가져옴에 따라 탐사 자료를 획득하기 어려우므로 자료획득 단계에서 케이싱의 영향이 최소화 되도록 가능한 한 케이싱을 피하여 전극을 설치함이 바람직하다. 단극 배열 또는 단극-쌍극자 배열에 필수적으로 요구되는 원거리 접지전극은 될 수 있는 한 전기 잡음이 적은 지역에 설치함이 바람직하다. 그리고 토모그래피 단면에 수직한 방향으로 지형 및 지하구조가 현저하게 변하는 경우에는 이들이 3차원적 효과를 나타내므로 탐사 자료에 대하여 3차원 해석을 수행하지 않고 일반적인 2차원 해석을 수행하는 경우에는 해석상 주의를 요한다.

 

성과도

 

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