Journal of the Korean Society for Geothermal and Hydrothermal Energy
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v.4
no.1
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pp.1-10
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2008
A magnetotelluric survey and geological survey have been performed to delineate deeply extended fracture systems at the geothermal field in Seokmo Island, Inchon, Korea. One borehole(BH-1) succeed to meet a large fracture system at the depth of 750 m where approximately $72^{\circ}C$ geothermal water is overflowing, while the other borehole(BH-2), which is about 200 m eastward from BH-1, failed to develop enough geothermal water even at the depth of 1,200m. Though there have been so many electric noise sources around the survey region, good quality of MT data above 1 Hz could be obtained with careful installation, remote reference processing. Inversion of MT data for two lines roughly perpendicular to the two major lineaments respectively show that the two lineaments are related to the fracture systems that are extended at least down to 1.5 km depth and inclined eastwards. From the interpretation, additional drilling for BH-2 is recommended and finally meet the fracture systems at the depth of 1,280 m and resulted in overflow of large amount of geothermal water of temperature $69.4^{\circ}C$ from BH-2.
Two-dimensional (2-D) inversion of magnetotelluric (MT) data for two survey lines having south-north direction from Jeju Island has been carried out. Broad band MT sounding curves with good quality could be gathered by performing audio-frequency magnetotelluric (AMT) survey during the MT survey and by operating the remote reference in Kyushu Island, Japan. Comparison of the 2-D inversion model using MT band only and that using both AMT and MT bands for the field data as well as for the data from numerical 2-D modeling said that high frequency information from AMT survey can be useful for interpreting not only the shallow part but also the deep structures, especially when the formation is resistive. The 2-D inversion models of field data show a thick layer having around 10 ohm-m in the depth of a few hundred meters throughout the survey area, which can be considered as the unconsolidated sedimentary layer. And they also show a conductive anomaly at the central part of each survey lines. It can be either the effect of the surrounding sea water, or the structures due to ancient volcanic events. But unfortunately by now, we do not have any further information about the anomaly.
Though numerous drilling has been performed in Jeju Island for development of ground water, the wells are mostly located along the coast lines or at low altitude area, and can hardly be found on the mid-mountain area. Two-dimensional magnetotelluric (MT) surveys have been carried out to cover the lack of geological Informal ion on the mid-mountain area and to figure out any possible structures or evidences for deep geothermal energy remained. Two-dimensional (2-D) inversion of MT data for four survey lines surrounding the Halla mountain show a thick layer having around 10 ohm-m in the depth of a few hundred meters throughout the survey area, which can be considered as the unconsol idated sedimentary layer. And they also show a conductive anomaly extending to more than 2km depth at the central part of each survey lines, which can possibly be related with old volcanic activities during the formation of Halla Mt.. Further seological/geophysical investigations should be followed.
Two-dimensional (2-D) inversion of magnetotelluric (MT) data for two survey lines having south-north direction from Jeiu Island has been carried out. The 2-D models show a thick layer having around 10 ohm-m in the depth of a few hundred meters throughout the survey area, which can be considered as the unconsolidated sedimentary layer. And they also show a conductive anomaly at the central part of each survey lines. But unfortunately by now, we do not have any further information about the anomaly. Comparison of the 2-D inversion model using MT band only and that using both AMT and MT bands said that it is helpful for us to include AMT band as well as MT band in the inversion to interpret not only the shallow part but also the deep structures.
Controlled source audio-frequency magnetotelluric (CSAMT) has the great advantage of efficient mapping resistivity distribution and relatively deep depth of investigation. Moreover, CSAMT may be regarded more attractive than audio-frequency magnetotelluric in the sense of the strong and controllable signal. However, it has the problem such as undershoot and/or near-field effect that is hard to be interpreted if the interpretation method of MT is directly applied. The problem arises from the existance of controlled source which makes CSAMT attractive. So the characteristics of CSAMT response should be thoroughly understood prior to interpretation stage. In this study, numerical modeling program for horizontally layered earth was developped for the interpretation of CSAMT field data. CSAMT field survey was run as a follow-up to resistivity dipole-dipole study over the same survey line at Bongmyung coal mine. The survey used a grounded dipole source 2 Km in length and located 7.5Km south in this study. A good agreement between field CSAMT data and calculated data was demonstrated even in geologically complex earth situations.
This tutorial explains that the static effect in the magnetotelluric (MT) survey is a physical phenomenon caused by charges accumulated on the boundaries of subsurface inhomogeneities. To facilitate understanding of the physical phenomenon, differences between static induction and charge accumulation on the boundary are explained and analyzed with help of schematic illustrations. Subsequently, from the electromagnetic (EM) integral equation formulation, it is clearly shown that the secondary electric field due to charges accumulated on the interface in the presence of the primary field appears as the static effect. Therefore, except in the cases of the layered earth or a two-dimensional earth with transverse magnetic (TM) mode excitation, the static effect always exists in MT responses and further, it is not 'static' but rather frequency dependent. Despite the fact that the static effect is a secondary electric field due to inhomogeneity, inevitable under-sampling in the frequency and spatial domains prevent the effect from being handled properly in numerical inversion. Therefore, considering the practical aspects of the MT survey, which cannot be a continuous measurement covering the entire survey area over a wide frequency band, a three-dimensional (3-D) inversion incorporating the static shift as a constraint with the Gaussian distribution is introduced. To enhance understanding of the integral equation EM modeling, the formulation of the 3-D integral equation and mathematical analyses of the Green tensor and scattering current are described in detail in the Appendix.
We have investigated the electric resistivity structure of the fault zone located in the Hongseong area where a big earthquake with M 5.0 occurred in 1978. Usually, Electric and Electromagnetic methods are broadly operated in the field of engineering works since these methods are effective to understand the distribution of geological weak zones - fault or fracture zones. We have conducted the dipole-dipole array resistivity method and MT(magnetotelluric) method and interpreted the resistivity distribution of the fault zone with the aid of various inversion methods. An MT survey was performed at 18 points along a 2.9 km survey line perpendicular to the fault line and a magnetic dipole source was used to enhance the S/N ratio in the high frequency. A Electric dipole-dipole array resistivity survey with the dipole length of 50 meters was carried out perpendicular to the fault. In view of two survey results, the fault marks the boundary between two opposite resistivity structures, especially the low resistivity zone is exhibited deeply through the prospective fault line. The result that the low resistivity zone is located at the center of the fault zone corresponds with the fact that the fault zone of the Hongseong area is active. We expect these results to provide basic information about the physical properties of fault zones in Korea.
A magnetotelluric (MT) survey has been performed to delineate deeply extended fracture systems at the geothermal field in Seokmo Island, Korea. To assist interpretation of the MT data, geological surveying and well logging of existing wells were also performed. The surface geology of the island shows Cretaceous and Jurassic granite in the north and Precambrian schist in the south. The geothermal regime has been found along the boundary between the schist and Cretaceous granite. Because of the deep circulation along the fracture system, geothermal gradient of the target area exceeds $45^{\circ}C/km$, which is much higher than the average geothermal gradient in Korea. 2D and 3D inversions of MT data clearly showed a very conductive anomaly, which is interpreted as a fracture system bearing saline water that extends at least down to 1.5 km depth and is inclined eastwards. After drilling down to the depth of 1280 m, more than 4000 tons/day of geothermal water overflowed with temperature higher than $70^{\circ}C$. This water showed very similar chemical composition and temperature to those from another existing well, so that they can be considered to have the same origin; i.e. from the same fracture system. A new geothermal project for combined heat and power generation was launched in 2009 in Seokmo Island, based on the survey. Additional geophysical investigations including MT surveys to cover a wider area, seismic reflection surveys, borehole surveys, and well logging of more than 20 existing boreholes will be conducted.
Electric and electromagnetic surveys were conducted to investigate the deep structure of the Ulsan fault in Ipsil area, south of Kyeongju. On this study, especially high-frequency magnetotelluric method of electromagnetic survey in the frequency range of 10~100,000 Hz was mainly employed to study the deep subsurface configuration. High-frequency MT survey was performed at 70 points of spacing 30~50 m, making 3.8 km survey line. As a survey result, a 2-km-depth 2-D cross-section was achieved. It shows vertical and horizontal subsurface variations of resistivity values. Near-surface layer having low resistivity value becomes thicker eastward up to 800m. There is a steep low resistivity zone in the west side of survey line, and there exists two low resistivity zones dipping west in the east side of survey line. Two low resistivity zones are interpreted to be related to major movement pattern of the Ulsan fault. This suggests that major fault lines are developed on both peripheral sides of the broad fault zone.
Magnetotelluric (MT) survey investigates electrical structure of subsurface by measuring natural electromagnetic fields on the earth surface. For the accurate interpretation of MT data, the precise three-dimensional (3-D) modeling algorithm is prerequisite. Since MT responses are affected by electrical anisotropy of medium, the modeling algorithm has to incorporate the electrical anisotropy especially when analyzing time-lapse MT data sets, for monitoring engineered geothermal system (EGS) reservoir, because changes in different-vintage MT-data sets are small. This study developed a MT modeling algorithm for the simulation MT responses in the presence of electrical anisotropy by improving a pre-existing staggered-grid finite-difference MT modeling algorithm. After verifying the developed algorithm, we analyzed the effect of vertical transversely isotropic (VTI) anisotropy on MT responses. In addition, we are planning to extend the applicability of the developed algorithm which can simulate not only the horizontal transversely isotropic (HTI) anisotropy, but also the tiled transversely isotropic (TTI) anisotropy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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