물리탐사의 개요[물리탐사의 종류, 검층(검증)의 종류, 지오토모그래피(geotomography)]

물리탐사란 지하지반의 물리적 성질에 관한 현상을 매개로 하여, 간접적인 지반정보를 지상에서 조사하는 탐사기술의 총칭으로, 시추공을 이용한 국한된 구역에서의 보다 상세한 지반정보를 얻어내는 협의의 물리검층 및 광의의 검층(borehole logging)까지도 이에 포함된다.

지하지반에 대한 탐사방법은 탄성파․전류․전자기파 등의 신호를 지하지반으로 보내서, 그것이 지하의 지질구조를 투과․굴절․반사하거나, 2차유도에 의한 물리특성 변화 등에의 반응신호를 수신하여, 지질구조와 지하지반의 물성분포를 밝히는 기술로 건설토목․지반환경․지반재해 등의 분야에까지, 최근의 컴퓨터 발달과 함께 복잡한 분석에 필요한 전산프로그램의 개발로, 방대한 자료를 비교적 쉽게 처리․해석할 수 있어서 품질향상과 함께, 정밀도가 높은 영상화 기법이 점차 광범위하게 실용화가 되어 가고 있는 추세이다.

물리탐사는 지하지반의 특성을 파악하는 총체적인 기술분야로, 현장조사 업무와 이를 계획․검토하고 관측(측정) 결과를 해석․정리하는 기술업무가 상호 복합된 대표적인 기술분야이다.

탐사를 수행여건에 따라 분류하면, 대부분이 육상에서 수행되고 있으나, 항공기를 활용하는 항공물리탐사(airborne geophysical survey)와, 해양․해저지각을 대상으로 선박을 이용하는 해양물리탐사로 분류되나, 본 품에서는 지상수행을 위주로 하여 취급코자 한다.

항공탐사는 자력(자성체-광상)․자연방사능(광상)․전자파 (환경오염․측심)․중력(중력가속도 측정) 등을 이용하여 광역적인 개략조사에 활용하고, 해상탐사는 수중의 음속이 대기보다 몇배나 빠른 점을 이용하여, airgun․sleeve exploder(gun)․maxipulse․aquapulse․sparker․boomer(물속방전)․flexotir․vapor chock 등 다양한 음원발생장치(seismic source)로 음원을 발생시켜, 여러 개의 hydrophone이 내장된 특수 streamer cable(sonobuoy)로 수진하는 수중음파 측정장치(sonar, sound navigation and ranging)로 해저지형과 지반분포 상황을 탐사하는 방식이다.

4.1.2 물리검층(geophysical logging)

검층은 시추공이나 정호 내에 sonde나 probe를 삽입하여, 공벽 및 시추공 주변 지층의 물리적 성질을 파악하는 원위치시험으로, 지반을 구성하는 토사․암반에서 직접 채취한 코어에서의 색조․암질과 굳기(경연도)․절리발달 빈도 등을 파악하는 borehole core logging에 대비하여, 지층의 전기적 성질․속도․방사능 강도(밀도, 자연γ선) 등 제반물성을 탐지하는 검층이며, 공내 원위치시험 분야로 취급하기도 하지만, 대부분이 물리탐사 방법을 활용하게 되므로 이에 포함시켜 취급토록 하였다.

물리검층은 물리탐사 방법 중 가장 정밀도가 높고, 지하구조와 관련된 물성을 보다 정확하게 파악할 수 있는 것으로, 그 활용도와 방법이 점차 확산․응용되어 지표와 지중을 상호 연관시키기도 하고, 전산화의 진보에 따라 영상화(scanner or image processing)되기도 하여, acoustic televiewer(ABI)와 borehole optical television(OBI․BIPS) 및 geotomography까지, 시추공을 이용하는 모든 탐사방법을 내포하는 광의의 검층(borehole logging)에 공곡(deviation)․formation tester․음향(acoustic)․자력(대자율)․전자기파․중력까지도 활용하는, 다양한 기기와 기술이 개발․발전되고 있으며, 그 중에서 지반조사 특히 토목지질 지반조사에 이용되는 협의의 검층까지 물리탐사 영역에 포함시켜 취급되고 있다.

4.1.2.2 지오토모그래피(geotomography)

의료용 단층촬영법(CT ; computed tomography)과 동일한 원리를 이용하여, 시추공과 시추공 사이․지표와 시추공 및 갱도 사이 등에 다수의 발진․수진점을 배치하고, 수진점에서 얻어진 다양한 방향에서 취득한 데이터를 역해석(inversion)하여 물성치의 분포를 재구성한 후, 정밀도가 높은 2차원 단면상으로 영상화하는 물리탐사 기술의 총칭으로, 탄성파․전기비저항․전자기파인 레이더 토모그래피도 실용화되어 있다.

탐사방법은 음원(seismic source)에서 발생된 탄성파 또는 전자기파가 지반매질을 통과하여, 수신되는 전파시간이나 진폭으로부터, 지나온 단면의 속도․흡수성․전기비저항과 같은 물성 분포를 영상화하는 기법이다.

이들을 원론적으로 구분하면 파선이론에 기초한 것과, 파동이론을 바탕으로 한 파의 산란 현상을 이용하는 회절 토모그래피로 구분하고, 전자를 투과 또는 주시역산(travel time) 토모그래피․seismic velocity tomogram으로도 구분하며, 후자를 진폭역산(amplitude) tomo-graphy․흡수율 seismic transparency tomogram으로도 구분한다.

이외에도 탄성파속도 분포를 영상화하기 위해 송․수신 배열상태를 달리하는 시추공간(cross hole) 토모그래피, VSP와 같이 하나의 시추공과 지표면에 의해 구성되는 수직 토모그래피, 반사법 자료를 이용하는 반사 토모그래피, 굴절법 토모그래피로도 구분하나, 대부분은 통상 2개의 시추공과 공간 지표를 둘러싼 시추공간 토모그래피 또는 굴절법 토모그래피가 대표적이다.

2차원 영상의 정밀도는 측선방향․측점배치․측정기기의 정밀도와 분해능력․해석 방법에 좌우되므로, 자료취득 전에 개략적인 지질구조를 파악하여, 지질구조선에 직교하는 방향으로 측선을 배치하고 목적하는 조사범위를 충족하도록 측정점을 배치하여야 하며, 반면 측선 하에 존재하지 않는 지하구조의 위상(ghost)이 해석단면에 표현되지 않도록 주의하여야 한다.

또한 측정에 이용되는 시추공․갱도의 심도․거리, 발신․수신점 간격, 취득 자료 등 현장상황과 목적․대상 등은 다양한 조건에 따라 적절하게 대처하여야 한다.