2006 대한지구물리학회․한국물리탐사학회 공동학술대회 2006년 6월 8일(목) ~ 9일(금), 대전대학교 혜화문화관
- 221 -
시추공 편차 보정을 적용한 탄성파시추공토모그래피 사례
강종석1), 차영호1), 조철현1), 최종호1), 심원흠2), 박용성2)
1)
지하정보기술(주), [email protected]
2)
육군 본부
A Case of Seismic Crosshole Tomography Applying Borehole Deviation Correction
JongSeok Kang1), YoungHo Cha1), JongHo Choi1), WeonHum Shim2), YongSung Park2), ChurlHyun Jo1)
1)
Subsurface Information Technologies, Inc
2)
The Headquarter of The Army
요약 : 소규모 공동 탐지를 위한 시험지역에서 시추공 편차를 고려한 탄성파 토모그래피 를 수행하였다. 시추공 편차보정방법은 일정 거리를 더하는 보정과 일정 각을 시추공간 거리에 고려하는 보정을 적용하였다. 시추공 편차를 고려한 토모그래피는 영상의 왜곡을 줄일 수 있어 공동을 명확히 영상화할 수 있었으며, 일정 각을 거리에 고려하는 보정방 법이 공동탐지에 가장 효과적이지만 일정 거리 보정도 만족할 만한 결과를 얻을 수 있음 을 알 수 있었다.
주요어 : 시추공 편차, 탄성파 토모그래피, 일정 거리 보정, 일정 각 보정
Abstract : seismic crosshole tomography works applying borehole deviation correction were performed at a test site to detect a small cavity. Two correction methods were applied. The one is the constant distance correction which adds constant distance to surface borehole distance and the other is the constant angle correction which considers an angle between surface borehole location and bottom borehole location. After applying the corrections, the distortions of the image diminished while its resolution improved. Though the constant angle correction is the most appropriate correction method, the constant distance correction can delineate the small cavity sufficiently.
Keywords : borehole deviation, seismic tomography, constant distance, constant angle
1. 서론
시추공간 탄성파 토모그래피는 국내외에서 많은 다양한 연구가 이루어져서 왔으며 이 에 기반하여 오늘날에는 여러 해석소프트웨어가 제공되고 있다. 시추공사이의 지층변화 단면을 정밀, 정확하게 제공하여 주는 시추공간 탄성파 토모그래피는 에너지 자원탐사 분야는 물론 터널, 교량, 도로 등의 지반조사에 널리 사용되고 있으며, 특히 파쇄대의 규 명이나 암반 경계 및 지층구조의 파악에 활발히 적용되고 있다.
강종석
․
차영호․
조철현․
최종호․
심원흠․
박용성- 222 -
토목현장은 자원탐사에 비해 시추공 심도가 깊지 않다. 따라서 거의 대부분의 시추공 이 수직을 양호하게 유지하고 있다. 즉 이들의 편향은 중심축에서 수 십 cm 이내에 머물 고 있어 시추공 편차에 의한 영향을 고려할 필요가 거의 없다. 그러나 시추공심도가 100m 이상이 되는 경우에는 시추공 편차가 수 m에 이를 수 있다. 본 연구는 편차가 크 게 존재하는 시추공에서 시추공 편차 보정 여부에 따른 역산한 단면 변화를 비교해 보았 다.
2. 시추공 정보 및 자료획득
인공적인 소규모 공동이 존재하는 지역에서 소규모 공동 탐지를 위해서 시추공 간 탄 성파 주시토모그래피를 수행하였다. 본 시험장소는 이두성(2003)의 연구도 수행된 바 있는 곳으로서 시추공 사이의 거리변화, 공동내부의 충진물변화 등의 영향을 연구할 수 있는 개소이다. 각 시추공의 표고와 편차의 제반 사항은 Table 1에 있으며, 송수신원 배 열은 Table 2에 정리하였다.
Table 1. Location and deviation of each borehole for tomography.
Borehole
No. X(m) Y(m) Elevation
(m)
deviation X(m)
deviation y(m)
deviation distance(m)
depth (m)
BH-1 25.93 5.31 437.8 -0.2 0.5 0.54 120
BH-2 8.47 4.45 436.97 -3.1 1.5 3.44 120
Table 2. Source and receiver geometry for tomography survey.
source hole depth of source
(m) receiver hole depth of
receiver(m) distance(m)
BH-1 60~100 BH-2 77~100 17.48
임펄스 송신원으로 독일 Geotomographie 사의 Sparker를 사용하였고, 수신기는 미국 Benthos사의 하이드로폰소자와 프리앰프를 이용하여 지하정보기술(주)에서 제작한 24 채널 Hydrophone을 사용하였다. 기록 장치는 미국 Geometrics 사의 Geode를 사용하 였으며, 장비는 Table 3에 정리하였다.
Table 3. Data acquisition equipments for crosshole seismic tomography survey.
Seismic Source Receiver Data acquisition
Impulse Generator IPG(5kV) Downhole Probe SBS42 (GeoTomographie/Germany)
Hydrophone Type (Subsurface Information Tech.)
Geode
(24bit, Geometrics/USA)
자료 측정은 채널 간격이 1m 인 24채널 Hydrophone을 수신공에 고정시킨 후, 송신공 에 Sparker를 삽입하여 1m 씩 이동하면서 수행하였다. 측정시간은 시추공간 거리를 고
시추공 편차 보정을 적용한 탄성파시추공토모그래피 사례
- 223 -
Fig. 1. Common receiver gather data of section BH1-BH2.
려하여 100ms 로 충분하게 하였고, 샘플링 간격은 Sparker의 주파수 대역을 고려하여 20.833㎲로 충 분히 작게 설정하였다.
Fig.1는 현장에서 획득한 자료를 공통 수신점으로 취합한 것으로서 송신원이 심도 60~100m 로 변화 할 때의 수신원이 92m에 위치하였다. 초동 지연은 28번째 트레이스에서 33번째 트레이스까지 퍼져 있 으며, 최대 시간 지연 위치는 약 30번째 트레이스 (심도 89m)에서 나타남을 볼 수 있으며, 초동 시간 은 공동 반응을 벗어난 34번째 트레이스보다 약 0.1ms 지연되었다.
3. 시추공 보정 및 토모그래피
탐사지역의 시추공은 코어를 회수하지 않고 암반 을 깨는 형태로 굴착을 하기 때문에 시추공의 편차 가 발생하였다. 지표의 시추공간 거리가 17.8m 임 을 고려하면 편차 3m는 17%의 오차를 가지는 것
으로 이에 대한 보정이 필요하였다. 보정방법은 두 가지 방식을 취하였는데, 첫째, 지표 의 시추공 거리에 송수신 전개를 고려하여 일정거리를 더하는 것(constant distance correction)과 둘째, 시추공의 최종심도 편차를 선형적으로 감소시켜 지표에서 편차를 0 으로 하는 방식(constant angle correction)이며, Fig.2 에 나타내었다.
(a) (b)
Fig. 2. Schematic diagram of (a) constant distance correction and (b) constant angle correction.
Fig. 3은 보정을 수행하지 않고 역산한 것과 보정을 수행한 후 역산한 것을 도시하였 다. 시추공의 거리를 보정하지 않은 경우(Fig. 3(a))에는 시추공 간 수평거리가 실제 거 리보다 작기 때문에 대각선 방향으로 속도가 높아지는 왜곡된 영상을 보여 공동을 영상 화하기가 어려웠다. 지표에서 측정한 시추공간 거리에 일정거리를 더하여 보정한 토모그 램(Fig. 3(b))에서는 대각선으로 속도가 빨라지는 경향이 없어졌고, 저속도 이상대인 공 동의 영상도 비교적 명확히 표현됨을 알 수 있다. 시추공의 편차를 일정각으로 보정한 토모그램은 일정거리를 보정한 토모그램(Fig. 3(c))과 유사한 결과를 보이지만, 공동부
강종석
․
차영호․
조철현․
최종호․
심원흠․
박용성- 224 -
분의 속도는 4680m/s 로 일정거리를 보정한 경우의 4740m/s 보다 낮게 구성되어 공동 부분에서 저속도대가 명확히 드러남을 확인할 수 있었으며, 공동의 규모는 약 2m × 2m 정도인 것으로 파악된다.
(a) (b) (c)
Fig. 3. Tomograms of section BH-1-BH2 (a) without borehole deviation correction (b) with constant distance correction, (c) with constant angle correction.
5. 결론
시추공의 심도가 깊은 경우 시추공 편차가 무시할 수 없을 정도로 발생할 수 있다. 통 상 시추공 편향 검층을 별도로 수행하지 않기 때문에 시추공이 어느 정도 편향되어 있는 지는 알 수 없는 경우가 많다. 본 연구에서는 시추공 편차가 시추공간 거리의 15~20%
정도인 시추공간 탄성파토모그래피 조건에서 시추공 편차를 비교적 정확히 고려하는 일 정각 편차보정과 시추공 사이의 최단 거리와 최장 거리의 절반 정도로 시추공 거리를 정 하는 일정 거리 보정을 시도하여 보았다. 이로부터 일정각 편차 보정이 정확한 결과를 내주지만, 일정 거리 보정도 만족할 만한 결과를 산출해 냄을 알 수 있었다.
시추공 심도가 100m 이상으로 깊고 시추공 공곡측정이 수행되지 않았을 경우, 시추공 탄성파탐사의 수행목표가 공동탐지 등 국부적 이상대를 파악하는 목적이라면 시추공간 거리를 약간씩 변화시켜 주면 탐지에 실패하였던 목적물이 영상화 될 수도 있을 것이라 판단된다.
감사의 글
자료 획득에 도움을 주신 육군 본부 관계자님께 감사의 말씀을 드립니다.
참고문헌
이두성, 2003, 임펄시브 진원에 의한 공대공 탄성파 기록으로부터 P파, S파 속도 영상도 출에 관한 연구, 한국물리탐사학회지, 6, 138-142
