KR101873817B1 - 시추공 전기비저항 탐사에서 공내수 효과를 고려한 시추공 전기비저항 탐사 자료 영상화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 시추공을 포함하는 시추공 전기비저항 탐사에서의 공내수 효과 제거 방법에 있어서, 상기 시추공 내에서 공벽 주변의 전기비저항 분포를 고려하여 공내수 효과를 계산하는 단계 및 상기 시추공 주변의 지하 공간에 대한 모델인 지하 공간 모델에 대한 수치 모델링 및 전기비저항 역산 시에, 계산된 공내수 효과에 의한 전위 변화를 반영하여 지하 공간에 대한 전기비저항 분포를 산출하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 시추공 전기비저항 탐사 자료 해석에 있어서 공내수 효과를 정량적으로 계산할 수 있는 효과가 있다.

Description

시추공 전기비저항 탐사에서 공내수 효과를 고려한 시추공 전기비저항 탐사 자료 영상화 방법 {Electrical resistivity imaging method considering the borehole fluid effect in borehole resistivity survey}

본 발명은 시추공 전기비저항 탐사 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 시추공 주변 및 두 시추공 사이의 지하 구조를 영상화하기 위해 전기비저항 탐사를 수행할 경우 발생하는 공내수 효과 제거 기술에 관한 것이다.

최근 건설·토목 현장에서 물리탐사는 지반문제에 대한 사전·후 관리 일환으로 보편화되고 있으며, 지반문제에 있어 상당 부분이 지반의 전기적 물성과 관련되어 있어 전기비저항 탐사는 물리탐사 기법 중에서도 가장 많이 활용되고 있는 지반조사 방법이다.

전기비저항 탐사는 불균질한 매질로 복잡하게 형성된 지층구조를 영상화 (imaging) 하기 위해 지하 내에 인위적으로 전류(I)를 투과하여 불균질한 매질에 대한 전류반응으로써 전위차(ΔV)를 측정하여 지반내의 매질의 전기적 물성을 이용하여 지질구조나 이상대를 파악하는 지구물리학적 방법이다.

도 1은 일반적인 시추공 전기비저항 탐사 작업을 보여주는 개념도이다.

도 1을 참조하면, 시추공 전기비저항 탐사나 토모그래피 탐사에서는 같은 시추공에 전류 전극(10)와 전위 전극(20)이 함께 위치하는 전극 배열이 자주 사용되며, 이를 동일 시추공 자료라 한다.

전기비저항 토모그래피 탐사에서는 시추공-시추공 자료가 주로 사용되지만, 분해능의 향상을 위해서는 동일 시추공 자료를 해석에 사용하여야 한다. 그러나, 동일 시추공 자료는 전기전도도가 높은 시추공 내 공내수를 따라 전류가 집중되기 때문에, 소위 공내수 효과를 유발하게 된다.

공내수 효과는 전기비저항 탐사 자료의 해석 단면에서 공벽 주변에 비현실적인 높은 전기비저항 이상대를 만들어 내며, 이는 시추공 전기비저항 탐사의 해석을 어렵게 하는 큰 원인 중의 하나이다.

이러한 공내수 효과의 보정에 관한 연구 결과가 다수 발표되었으나, 이는 주로 현장에서 얻어진 자료를 일률적으로 보정하는 수준에 그치고 있으며, 실제로는 공내수 영향이 심하게 나타나는 자료를 해석에 사용하지 않는 방법이 사용되고 있는 실정이다.

이처럼 전기비저항 탐사법은 토목/환경 분야에서 널리 사용되고 있는 효과적인 지하 영상화 기법이지만, 시추공을 이용할 경우 전기전도도가 높은 공내수로 인하여 왜곡된 지하 영상이 도출된다는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 10-1214592

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 시추공 주변 및 두 시추공 사이의 지하 구조를 영상화하기 위해 전기비저항 탐사를 수행할 경우 발생하는 공내수 효과를 제거하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 시추공 전기비저항 탐사에서 공내수 효과를 제거하여 영상화하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 시추공을 포함하는 시추공 공내수 효과 제거 방법에 있어서, 상기 시추공 내에서 공벽 주변의 전기비저항 분포를 고려하여 공내수 효과를 계산하는 단계 및 상기 시추공 주변의 지하 공간에 대한 모델인 지하 공간 모델에 대한 수치 모델링 및 전기비저항 역산 시에, 계산된 공내수 효과에 의한 전위 변화를 반영하여 지하 공간에 대한 전기비저항 분포를 산출하는 단계를 포함한다.

상기 공내수 효과를 계산하는 단계에서, 공내수와 주변 매질의 전기전도도 대비 정보와 상기 시추공의 공경 정보로부터 계산할 수 있다.

상기 지하 공간에 대한 전기비저항 분포를 산출하는 단계에서, 상기 전기비저항 역산에서 유한요소법 모델링을 통하여 각 절점에서의 전위를 계산할 수 있다.

상기 지하 공간에 대한 전기비저항 분포를 산출하는 역산 단계에서, 상기 공내수와 주변 매질의 전기전도도 분포를 고려하며 계산된 전위와 상기 유한요소법에 의한 전기비저항 탐사 모델링에 의해 계산된 전위를 합산하는 방식으로 각 절점에서의 전위를 계산할 수 있다.

상기 주변 매질의 전기전도도는 반복적 역산의 매 반복 계산 과정에서 역산의 목적 함수를 최소화하는 값으로 갱신된다.

본 발명의 시추공을 포함하는 시추공 전기비저항 탐사에서의 시추공 전기비저항 탐사 자료 영상화 방법에서, 시추공 전기비저항 탐사 자료로부터 초기 지하 모델을 생성하는 단계, 상기 초기 지하 모델로부터 상기 시추공 주변의 지하 공간에 대한 모델인 지하 공간 모델에 대한 수치 모델링을 수행하는 단계, 상기 시추공 내에서 공벽 주변의 전기비저항 분포를 고려하여 공내수 효과를 계산하는 단계, 상기 수치 모델링 및 전기비저항 역산 시에, 계산된 공내수 효과에 의한 전위 변화를 반영하여 지하 공간에 대한 전기비저항 분포 모델링을 수행하는 단계, 상기 전기비저항 분포 모델링으로부터 역산의 목적함수를 바탕으로 지하 전기비저항 모델을 산출하는 단계 및 상기 지하 전기비저항 모델로부터 최종 지하 모델을 생성하여 영상화하는 단계를 포함한다.

상기 공내수 효과를 계산하는 단계에서, 공내수와 주변 매질의 전기전도도 대비 정보와 상기 시추공의 공경 정보로부터 공내수 효과를 계산할 수 있다.

상기 지하 공간에 대한 전기비저항 분포 모델링을 수행하는 단계에서, 상기 전기비저항 역산에서 유한요소법 모델링을 통하여 각 절점에서의 전위를 계산할 수 있다.

상기 지하 공간에 대한 전기비저항 분포 모델링을 수행하는 단계에서, 상기 공내수와 주변 매질의 전기전도도 분포를 고려하며 계산된 전위와 상기 전기비저항 역산에 의해 계산된 전위를 합산하는 방식으로 각 절점에서의 전위를 계산할 수 있다.

상기 주변 매질의 전기전도도는 반복적 역산의 매 반복 계산 과정에서 역산의 목적 함수를 최소화하는 값으로 갱신된다.

본 발명에 의하면, 시추공 전기비저항 탐사 자료 해석에 있어서 공내수 효과를 정량적으로 계산할 수 있는 효과가 있다.

즉, 본 발명은 공내수 효과를 일률적으로 보정하는 것이 아니라, 수치 모델링 및 자동 역산 과정에 공내수 효과를 정량적으로 반영하는 것이며, 이를 통하여 보다 신뢰도 높은 지하 전기비저항 영상을 도출할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에서 제안하는 공내수 효과를 반영한 영상화 기술은 현장에서 획득된 자료를 처리하는 모델링 및 역산에 관한 것이므로, 추가적인 비용 부담이 발생하지 않으며, 향후 현장 자료의 해석에 유용하게 적용 가능할 것으로 기대된다.

또한, 본 발명에 의해 보다 정밀한 지하 영상화가 가능하므로, 종래 시추공 탐사 결과의 가장 큰 문제점 중의 하나인 낮은 분해능 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대된다.

도 1은 일반적인 시추공 전기비저항 탐사 작업을 보여주는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시추공 전기비저항 탐사에서 시추공 전기비저항 탐사 자료 영상화 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시추공 전기비저항 탐사에서 공내수 효과 제거 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 4 내지 도 6은 시추공 전기비저항 탐사 장치를 통해 측정한 전기비저항 분포가 표시되어 있는 영상의 예이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 갖는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은 지면으로부터 정해진 깊이만큼 천공하기 위한 시추공을 포함하는 시추공 전기비저항 탐사에서의 공내수 효과 제거 방법 및 시추공 전기비저항 탐사 자료 영상화 방법에 대한 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시추공 전기비저항 탐사 장치에서 시추공 전기비저항 탐사 자료 영상화 방법을 보여주는 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 시추공 전기비저항 탐사 자료 영상화 방법은 다음과 같다.

먼저, 시추공 전기비저항 탐사 자료로부터 초기 지하 모델을 생성한다(S210). 예를 들어, 시추공 내에 송수신기를 장착하여 시추공 전기비저항 탐사 자료를 수집할 수 있다.

그리고, 초기 지하 모델로부터 시추공 주변의 지하 공간에 대한 모델인 지하 공간 모델에 대한 수치 모델링을 수행한다(S220).

또한, 시추공 내에서 공벽 주변의 전기비저항 분포를 고려하여 공내수 효과를 계산한다(S230).

그리고, 수치 모델링 및 전기비저항 역산 시에, 계산된 공내수 효과에 의한 전위 변화를 반영하여 지하 공간에 대한 전기비저항 분포 모델링을 수행한다(S240).

다음, 전기비저항 분포 모델링으로부터 역산의 목적함수를 바탕으로 지하 전기비저항 모델을 산출한다(S250).

그리고, 지하 전기비저항 모델로부터 최종 지하 모델을 생성하여 영상화한다(S260).

본 발명에서 S230 단계에서, 공내수와 주변 매질의 전기전도도 대비 정보와 시추공의 공경 정보로부터 공내수 효과를 계산할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 S240 단계에서, 전기비저항 역산에서 유한요소법 모델링을 통하여 각 절점에서의 전위를 계산할 수 있다.

따라서, S240 단계에서, 공내수 효과에 의한 전위와 전기비저항 역산에 의해 계산된 전위를 합산하는 방식으로 각 절점에서의 전위를 계산할 수 있으며, 각 절점에서의 전위를 보다 정확하게 구할 수 있다.

본 발명에서 주변 매질의 전기전도도는 반복적 역산의 매 반복 계산 과정에서 역산의 목적 함수를 최소화하는 값으로 갱신되므로, 최종 반복 계산에서는 거의 주변 매질의 참 전기전도도 값을 반영한 공내수 효과를 계산할 수 있다. 따라서 공내수 효과를 반영한 역산 결과는 지하의 전기비저항 분포에 관한 정확한 영상을 도출할 수 있게 된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시추공 전기비저항 탐사에서 공내수 효과 제거 방법을 보여주는 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 시추공 전기비저항 탐사 장치에서 공내수 효과 제거 방법은, 시추공 내에서 공벽 주변의 전기비저항 분포를 고려하여 공내수 효과를 계산한다(S310).

그리고, 시추공 주변의 지하 공간에 대한 모델인 지하 공간 모델에 대한 수치 모델링 및 전기비저항 역산 시에, 계산된 공내수 효과에 의한 전위 변화를 반영하여 지하 공간에 대한 전기비저항 분포를 산출한다(S320).

본 발명의 S310 단계에서, 공내수와 주변 매질의 전기전도도 대비 정보와 시추공의 공경 정보로부터 공내수 효과를 계산할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 S320 단계에서, 전기비저항 역산에서 유한요소법 모델링을 통하여 각 절점에서의 전위를 계산할 수 있다.

따라서, S320 단계에서, 공내수와 주변 매질의 전기전도도 분포를 고려하며 계산된 전위 즉, 공내수 효과에 의한 전위와 전기비저항 역산에 의해 계산된 전위를 합산하는 방식으로 각 절점에서의 전위를 계산할 수 있으며, 각 절점에서의 전위를 보다 정확하게 구할 수 있다.

본 발명에서 주변 매질의 전기전도도는 반복적 역산의 매 반복 계산 과정에서 역산의 목적 함수를 최소화하는 값으로 갱신되므로, 최종 반복 계산에서는 거의 주변 매질의 참 전기전도도 값을 반영한 공내수 효과를 계산할 수 있다. 따라서 공내수 효과를 반영한 역산 결과는 지하의 전기비저항 분포에 관한 정확한 영상을 도출할 수 있게 된다.

도 4 내지 도 6은 시추공 전기비저항 탐사 장치를 통해 측정한 전기비저항 분포가 표시되어 있는 영상의 예이다.

도 4는 참 지하 모델을 도시한 영상이고, 도 5는 공내수 효과에 의해 왜곡된 영상이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공내수 효과를 고려하여 해석한 영상이다.

도 5와 도 6을 비교해 보면, 종래 영상(도 5)에 비해 본 발명에서 공내수 효과를 제거한 영상(도 6)이 전기비저항 분포에 대한 보다 정확한 영상임을 확인할 수 있다.

이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.

10 전류 전극 20 전위 전극

Claims (10)

1. 지면으로부터 정해진 깊이만큼 천공하기 위한 시추공을 포함하는 시추공 전기비저항 탐사에서의 공내수 효과 제거 방법에 있어서,
   상기 시추공 내에서 공벽 주변의 전기비저항 분포를 고려하여 공내수 효과를 계산하는 단계; 및
   상기 시추공 주변의 지하 공간에 대한 모델인 지하 공간 모델에 대한 수치 모델링 및 전기비저항 역산 시에, 계산된 공내수 효과에 의한 전위 변화를 반영하여 지하 공간에 대한 전기비저항 분포를 산출하는 단계를 포함하고,
   상기 공내수 효과를 계산하는 단계에서, 공내수와 주변 매질의 전기전도도 대비 정보와 상기 시추공의 공경 정보로부터 공내수 효과를 계산하고,
   상기 주변 매질의 전기전도도는 반복적 역산의 매 반복 계산 과정에서 역산의 목적 함수를 최소화하는 값으로 갱신되며,
   상기 지하 공간에 대한 전기비저항 분포를 산출하는 단계에서, 상기 전기비저항 역산에서 유한요소법 모델링을 통하여 각 절점에서의 전위를 계산하되, 상기 공내수 효과에 의한 전위와 상기 전기비저항 역산에 의해 계산된 전위를 합산하는 방식으로 각 절점에서의 전위를 계산하는 것을 특징으로 하는 공내수 효과 제거 방법.
   
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6. 지면으로부터 정해진 깊이만큼 천공하기 위한 시추공을 포함하는 시추공 전기비저항 탐사에서의 시추공 전기비저항 탐사 자료 영상화 방법에서,
   시추공 전기비저항 탐사 자료로부터 초기 지하 모델을 생성하는 단계;
   상기 초기 지하 모델로부터 상기 시추공 주변의 지하 공간에 대한 모델인 지하 공간 모델에 대한 수치 모델링을 수행하는 단계;
   상기 시추공 내에서 공벽 주변의 전기비저항 분포를 고려하여 공내수 효과를 계산하는 단계;
   상기 수치 모델링 및 전기비저항 역산 시에, 계산된 공내수 효과에 의한 전위 변화를 반영하여 지하 공간에 대한 전기비저항 분포 모델링을 수행하는 단계;
   상기 전기비저항 분포 모델링으로부터 역산의 목적함수를 바탕으로 지하 전기비저항 모델을 산출하는 단계; 및
   상기 지하 전기비저항 모델로부터 최종 지하 모델을 생성하여 영상화하는 단계를 포함하고,
   상기 공내수 효과를 계산하는 단계에서, 공내수와 주변 매질의 전기전도도 대비 정보와 상기 시추공의 공경 정보로부터 공내수 효과를 계산하고,
   상기 주변 매질의 전기전도도는 반복적 역산의 매 반복 계산 과정에서 역산의 목적 함수를 최소화하는 값으로 갱신되며,
   상기 지하 공간에 대한 전기비저항 분포 모델링을 수행하는 단계에서, 상기 전기비저항 역산에서 유한요소법 모델링을 통하여 각 절점에서의 전위를 계산하되, 상기 공내수 효과에 의한 전위와 상기 전기비저항 역산에 의해 계산된 전위를 합산하는 방식으로각 절점에서의 전위를 계산하는 것을 특징으로 하는 시추공 전기비저항 탐사 자료 영상화 방법.
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