포항분지 천부가스 탐사를 위해 육상과 해상이 연결되는 전이대에서 탄성파 탐사 방법을 제안하고 탐사를 수행하였다. 해저면 환경, 육상 탐사 환경을 고려하여 탐사를 설계하였다. 육상노드 수진기는 육상에만 설치하였고 육상에서는 바이브로사이스 음원을, 해양에서는 에어건 음원을 이용하여 자료를 취득하였다. 전이대에서 취득한 탄성파 탐사자료의 경우 육상탐사와 해상탐사 간의 정확한 연계를 위해 신중한 자료 취득과 처리 과정이 필요하다. 음원 종류에 따른 진폭과 위상변화를 고려하고, 음원위치에 따른 정적보정을 적용한 자료처리를 통해 지층단면도에서 반사파 연속성이 유지되게 하였다. 자료처리 결과 육상과 해상의 지층구조가 연결된 탄성파 지층단면도를 확보하고 포항분지 천부 가스층 탐사에 활용하고자 하였다. 전이대에서 탄성파 탐사는 천부가스뿐만 아니라 연안지역 단층대 조사에도 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

For surveying shallow gas reservoirs in the Pohang basin, we proposed a seismic exploration method applicable to the transition zone in which land and marine areas are connected. We designed the seismic acquisition geometry considering both environments. We installed land nodal receivers on the ground and employed vibroseis and airgun sources in both land and marine areas. For seismic exploration in the transition zone, specific acquisition and processing techniques are required to ensure precise matching of reflectors at the boundary between the onshore and offshore regions. To enhance the continuity of reflection events on the seismic section, we performed amplitude and phase corrections with respect to the source types and applied a static correction. Following these processing steps, we obtained a seismic section showing connected reflectors around the boundary in the transition zone. We anticipate that our proposed seismic exploration method can also be used for fault detection in the transition zone.

수동 표면파 탐사는 인공 송신원 없이 생활잡음 또는 자연 발생 소음 등을 송신원으로 이용해 탄성파 신호를 측정한다. 수동 송신원은 낮은 진동수 대역에서 발생하기 때문에 수동 표면파 탐사는 일반적인 능동 탐사법 보다 더 깊은 심도의 지질 정보를 확보할 수 있어 심부 부지 평가 분야에 많이 활용되고 있다. 수동 표면파 탐사 자료는 능동 표면파 탐사 자료 해석과 마찬가지로 자료 획득 후 진동수 분산곡선을 구하여 1차원으로 가정한 속도구조를 해석한다. 하지만 수동 표면파 탐사 자료는 송신원이 무작위로 발생한다는 특성 때문에 여러 수신기에서 측정된 신호들의 공간자기상관을(spatial autocorrelation) 이용해 수신 자료들의 일관성(coherence) 곡선을 구하고 이로부터 분산곡선을 구하게 된다. 이 기술보고에서는 수동 표면파 탐사 이론, 탐사 방법, 자료처리 기법을 살펴보고 실제 적용 사례를 분석한다.

The passive surface wave method measures seismic signals from ambient noises or vibrations of natural phenomena without using an artificial source. Since passive sources are usually in lower frequencies than artificial ones being able to ensure the information on deeper geological structures, the passive surface wave method can investigate deeper geological structures. In the passive method, frequency dispersion curves are obtained after data acquisition, and the dispersion curves are analyzed by assuming 1D-layered earth, which is like the method of active surface wave survey. However, when computing dispersion curves, the passive method first obtains and analyzes coherence curves of received signals from a set of receivers based on spatial autocorrelation. In this review, we explain how passive surface wave methods measure signals, and make data processing and interpretation, before analyzing field application cases.

최근의 정보기술발달에 힘입어 소형 무인 비행체를 활용한 각종 물리탐사 방법들이 제안되고 그 해석방법들에 대한 연구가 소개되고 있다. 이 연구에서는 한국지질자원연구원에서 개발 중인 송수신 분리형 무인 항공 전자탐사 장비를 소개하고 획득한 자료의 타당성 검증을 위해 수행된 시험자료를 분석하여 해석하는 방법을 제안하는 연구를 수행하였다. 특히, 수신기가 드론에 매달린 채로 탐사가 수행되기 때문에 발생되는 흔들림 성분의 영향을 고찰하고 회전변환을 이용하여 보정하였다. 한편, 비행체에 의한 탐사는 송수신기 간의 거리, 고도 등 여러 탐사 변수들이 실시간으로 변하게 되고 획득한 자료는 지상 탐사보다 더 많은 잡음을 포함하게 되어 전통적인 해석방법으로의 해석에 많은 어려움이 따른다. 따라서, 이 연구에서는 획득한 전자탐사자료를 이용하여 빠르게 겉보기 비저항을 예측할 수 있는 순환 인공 신경망 모델을 구축하였으며, 현장자료의 분석을 통해 얻어진 잡음들을 수치모델링을 통해 생성한 학습자료에 포함시켜 잡음이 포함된 자료의 예측성능을 향상시켰다. 학습된 순환 신경망 모델을 시험탐사 현장자료에 적용시킨 결과 지상탐사 및 전기비저항 탐사 결과와 유사한 겉보기 비저항을 예측함을 확인하였다.

Recently, multiple methods using small aircraft for geophysical exploration have been suggested as a result of the development of information and communication technology. In this study, we introduce the hybrid unmanned aircraft electromagnetic system of the Korea Institute of Geosciences and Mineral resources, which is under development. Additionally, data processing and interpretation methods are suggested via the analysis of datasets obtained using the system under development to verify the system. Because the system uses a three-component receiver hanging from a drone, the effects of rotation on the obtained data are significant and were therefore corrected using a rotation matrix. During the survey, the heights of the source and the receiver and their offsets vary in real time and the measured data are contaminated with noise. The noise makes it difficult to interpret the data using the conventional method. Therefore, we developed a recurrent neural network (RNN) model to enable rapid predictions of the apparent resistivity using magnetic field data. Field data noise is included in the training datasets of the RNN model to improve its performance on noise-contaminated field data. Compared with the results of the electrical resistivity survey, the trained RNN model predicted similar apparent resistivities for the test field dataset.

화산의 화도나 불발탄과 같이 축 대칭을 갖지만 단면의 반지름이 변하는 경우 대칭축에 수직인 얇은 원판들의 반응을 더하여 모델링하는 것이 효율적이다. 이런 모양의 이상체에 대한 자력 및 자력 변화율 텐서 모델링을 위해서는 얇은 원판에 대한 해석해가 필수적이다. 따라서 이 논문에서는 원판형 이상체에 대한 벡터 자력과 자력 변화율 텐서 반응식을 유도하였다. 벡터 자력은 중력 변화율 텐서를 자력으로 변환하는 포아송 관계식을 이용하여 원판형 이상체의 기존 중력 변화율 텐서로부터 유도하였다. 자력 변화율 텐서는 직교 좌표계의 미분 관계식을 원통 좌표계로 미분 관계식으로 변환한 후 벡터 자력을 미분하여 유도하였다. 벡터 자력과 자력 변화율 텐서는 원판형 이상체의 축 대칭성을 이용한 립쉬츠-한켈(Lipschitz-Hankel) 적분을 기반으로 구하였다.

In case axial symmetrical bodies with varying cross sections such as volcanic conduits and unexploded ordnance (UXO), it is efficient to approximate them by adding the response of thin disks perpendicular to the axis of symmetry. To compute the vector magnetic and magnetic gradient tensor respones by such bodies, it is necessary to derive an analytical expression of the circular disk. Therefore, in this study, we drive closed-form expressions of the vector magnetic and magnetic gradient tensor due to a circular disk. First, the vector magnetic field is obtained from the existing gravity gradient tensor using Poisson's relation where the gravity gradient tensor due to the same disk with a constant density can be transformed into a magnetic field. Then, the magnetic gradient tensor is derived by differentiating the vector magnetic field with respect to the cylindrical coordinates converted from the Cartesian coordinate system. Finally, both the vector magnetic and magnetic gradient tensors are derived using Lipschitz-Hankel type integrals based on the axial symmetry of the circular disk.

이 논문에서는 선형 이상체에 대한 벡터 중력과 중력 변화율 텐서 반응식을 유도하였다. 축대칭성을 가지는 이상체를 멀리서 관측하면 선형 이상체로 근사가 가능하므로 선형 이상체에 대한 중력 및 중력 변화율 해석해가 필요하다. 선형 이상체에 대한 중력 퍼텐셜을 1차원적분식으로 정의하고 이를 직교 좌표계에서 미분하여 벡터 중력을 유도한다. 중력 변화율 텐서 반응식은 벡터 중력을 직교 좌표계에서 한번 더 미분하여 유도한다.

Closed-form expressions of vector gravity and gravity gradient tensor based on a line segment are derived. If a cylindrical object with axial symmetry is observed from a distance, it is possible to approximate it as a line segment; therefore, it is necessary to compute the gravity and the gravity gradient tensor due to a line source by using closed-form expressions. The gravitational potential for a line segment is defined as a one-dimensional integral, and this integral is differentiated with respect to the Cartesian coordinate system to derive the vector gravity. The expressions of the gravity gradient tensor are derived by differentiating the vector gravity once more in the same coordinate system.