굴절법 탄성파탐사 (개요)

1. 원리 지표 부근에서 발파 등으로 탄성파(P파, S파)를 발생시켜 속도가 다른 지층 경계에서 굴절되어 돌아 오는 굴절파를 지표에 설치한 측정 장치로 기록하여 지하의 속도구조를 알아내는 탐사법이다. 땅 속을 전파하는 탄성파에는 실체파인 P파와 S파가 있는데 굴절법에서는 P파 초동을 이용한 측정 방법이 일반 적으로 사용된다. 반면에 S파 탐사는 토질지반을 대상으로 비교적 천부의 속도구조를 구하는 경우에 이용된다.

2. 탐사 적용 탐사 대상별 적용은 크게 다음과 같이 구분한다.

1) 건설 중인 터널이나 시험굴착 중인 수평갱 안의 갱벽이나 바닥의 암반 속도 측정 (갱내 탄성파탐 사)

2) 수백 m∼수 km의 탄성기반을 파악하는 대규모 굴절법 탄성파탐사

3) 주로 토질지반에서 실시하는 S파 굴절법 탄성파탐사

3. 탐사심도 탐사심도를 깊게 하기 위해서는 측선을 길게 설정할 필요가 있다. 토목 분야에서 실시하는 굴절법 탄성파탐사의 탐사심도는 발생원으로 다이나마이트를 사용하는 경우에도 100∼200 m 정도에 불과하다. 비폭약 발생원을 사용하는 경우는 탐사심도가 수 m∼30 m 이다.

4. 측정·해석으로부터 얻는 정보 자료처리로부터 지반의 속도분포를 구할 수 있다. 여기서 얻어진 속도 분포와 시추 결과 및 기존의 지질 자료 등을 서로 대비시켜 종합적으로 해석함으로써 다음과 같은 내용을 파악할 수 있다.

1) 암석의 종류, 강도, 균열의 정도, 풍화·변질

2) 단층 파쇄대의 존재 및 규모

3) 댐, 터널, 교량, 도로 건설, 산사태, 부지조성 등 많은 토목 구조물을 대상으로 하는 원지반 상태의 공학적인 평가와 기초지반의 선정

5. 사용 기기 측정 시스템은 수진기, 수신 케이블, 중계선, 자료기록 장치, 발파기로 구성된다 (탐사법 개념도 참조).

6. 조사 방법

1) 탐사심도에 따른 최대 수진거리를 결정하여 측선을 충분히 길게 계획한다. 최대 수진거리를 충분 히 확보할 수 없을 경우에는 원거리 발파점을 설치하는 것이 바람직하다.

2) 수진점 간격은 탐사심도가 얕은 경우에는 5 m, 깊은 경우에는 10 m로 하는 경우가 많다. 발파점은 일반적으로 30∼60 m 간격으로 설정하고, 특히 기복이 심하게 변화하는 지점 등에 발파점을 설정하면 해석의 정밀도가 향상된다. S파 탄성파탐사에서는 수진점 및 발파점의 간격 모두 P파 탐사보 다 짧게 설정한다.

3) 발생원으로는 일반적으로 다이나마이트(폭약)를 사용한다.

4) 측정시에는 각 전개에 대한 측정을 끝낸 직후, 자료의 품질을 자세히 검토하고 필요하다면 재측정 에 들어간다.

7. 해석 방법

1) 획득한 자료는 수진점 및 발파점의 위치와 발파점의 심도 등에 대하여 정리한다.

2) 주시곡선의 작성은 해석의 기본이므로 초동의 읽기 오류나 그림 작성에서의 오류가 없도록 충분 히 점검하고 조정하도록 한다. 작성된 주시곡선은 요구되는 정밀도 안에서 ① 왕복주시의 일치， ② 원점 주시의 일치，③ 주시곡선의 평행성 등의 조건을 충족시키도록 한다.

3) 주시곡선을 식별하고, 적절하게 조정된 주시곡선에서 정해진 자료분석 방법에 따라 순서적으로 해 석하여 측선 직하부의 속도층 해석단면을 작성한다.

4) 해석은 일반적으로 하기와라 방법과 이를 발전시킨 방법을 사용한다.

8. 적용상의 문제점

1) 굴절법은 심부로 갈수록 탄성파 속도가 커진다는 층서구조를 가정하여 해석한다. 그러나 화산암 분포지역이나 일부 제3기 이후의 퇴적암，심층 풍화나 파쇄를 받았던 연암 위에 치밀한 용암 등의 경암이 분포한 지역 등에서는 그 적용이 곤란한 경우가 있다.

2) 하부로 갈수록 탄성파 속도가 증가하는 층서구조인 경우에도 하부가 얇은 층(thin layer)인 경우에 는 숨은층(blind layer)이 되어 굴절파가 초동으로 나타나지 않음으로써 얇은 층이 규명되지 않는 경 우가 있다.

3) 측선에 평행또는 예각으로 고속도층이 분포하는 경우 측선에 직교하는 측선을 추가하여 해석의 정밀도를 높일 필요가 있다.

 

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