지반조사를 위한 loop-loop 전자탐사 기법의 적용

An Application of loop-loop EM Method for Geotechnical Survey

토목이나 건설 그리고 환경 분야에서 요구하는 지반 조사에 대한 공학적인 적용을 위하여 주파수 영역 루프-루프 전자탐사 연구를 수행하였다. 이를 위하여 송신 루프와 수신 루프가 동일면을 이루는 수평동일면 배열과 수직동일면 배열을 이용하였고, 각 배열에 대해 세 개의 이상성분을 측정 자료로 하여 영상을 구성하였다. 본 연구에서의 모형 반응 계산은 확장된 Born 근사를 이용한 2.5차원 적분방정식을 이용하였고, 역산 과정에서 분해능의 향상을 위해 ACB(Active Constraint Balancing)를 채택하였다. 모형 반응을 통한 1차원 및 2차원 역산 알고리듬을 적용시켜 본 결과, 층서구조에서는 비교적 1층의 전기전도도가 높을수록 모델 변수의 추정이 용이하였으며, 2차원 고립 이상체에 대한 역산 결과는 전도성 이상체와 비전도성 이상체의 위치를 잘 확인할 수 있었다. 또한 VCP배열 자료의 역산 결과보다 HCP배열 자료의 역산 결과에서 보다 나은 해상도를 보였으며, HCP배열과 VCP배열의 자료를 동시에 역산하였을 경우에 분해능의 향상을 확인하였다. 실제 루프-루프 전자탐사의 현장 자료 획득을 위해서 캐나다 Geonics사의 전자탐사 장비 EM34-3XL을 이용하였으며, 전기비저항 탐사 자료와 동일 측선상에서 비교 분석하였다. 역산 결과, 1차원 역산 보다는 2차원 역산 알고리듬을 이용하여 구성한 영상에서 전기비저항 탐사 결과와 매우 유사한 만족할만한 전기비저항 분포를 확인할 수 있었다. 따라서 현장에서의 개략적인 지반 조사를 위한 루프-루프 전자탐사의 응용이 기대된다.

Loop-loop electromagnetic (EM) survey in frequency domain has been carried out in order to provide basic solution to geotechnical applications. Source and receiver configuration may be horizontal co-planar (HCP) and/or vertical co-planar (VCP). Three quadrature components of mutual impedance ratio for each configuration are used to construct the subsurface image. For the purpose of obtaining the model response and validating the reasonable performance of the inversion, we obtained each responses of two-layered and three-layered earth models and two-dimensional (2-D) isolated anomalous body. The response of 2-D isolated anomalous body has been calculated using extended Born approximation for the solution of 2.5-D integral equation describing EM scattering problem. As a result of the least-squares inversion with variable Lagrangian multiplier, we could construct more resolvable image from HCP data than VCP data. Furthermore, joint inversion of HCP and VCP data made better stability and resolution of the inversion. Resistivity values, however, did not exactly match the true ones. Loop-loop EM field data was obtained with EM34-3XL system manufactured by Geonics Ltd. (Canada). Electrical resistivity survey was conducted on the same line for the comparison in advance. Since the constructed image from loop-loop EM data by 2-D inversion algorithm showed almost similar resistivity distribution to that from electrical resistivity one, we expect the developed 2.5-D loop-loop EM inversion program can be applied for the reconnaissance site survey.