KR20100007352A - A resistivity survey system for the saturation variation long period monitoring of the soft ground - Google Patents

A resistivity survey system for the saturation variation long period monitoring of the soft ground Download PDF

Info

Publication number
KR20100007352A
KR20100007352A KR1020080067958A KR20080067958A KR20100007352A KR 20100007352 A KR20100007352 A KR 20100007352A KR 1020080067958 A KR1020080067958 A KR 1020080067958A KR 20080067958 A KR20080067958 A KR 20080067958A KR 20100007352 A KR20100007352 A KR 20100007352A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
resistivity
electrode
exploration
electrical resistivity
soft ground
Prior art date
Application number
KR1020080067958A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
박명권
이재경
Original Assignee
(주)건설기술원
이재경
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)건설기술원, 이재경 filed Critical (주)건설기술원
Priority to KR1020080067958A priority Critical patent/KR20100007352A/en
Publication of KR20100007352A publication Critical patent/KR20100007352A/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/08—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/40—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting specially adapted for well-logging
    • G01V1/42—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting specially adapted for well-logging using generators in one well and receivers elsewhere or vice versa
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/40—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting specially adapted for well-logging
    • G01V1/52—Structural details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/38—Processing data, e.g. for analysis, for interpretation, for correction
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

PURPOSE: A resistivity survey system for the saturation variation long period monitoring of the soft ground is provided to decide the saturation of the weak soil foundation inside the genetic gain through change. CONSTITUTION: The external insulation sheath(204) of PVC insulation cable is removed. The internal thin insulation wire(201) is exposed. The thin insulation wire is connected to the circular copper plate(202). The circular copper plate adamantly attaches to outside the electrode wire. The thin insulation wire is grounded to the regular interval within the vertical weak soil foundation.

Description

연약지반 포화도 변화 장기 모니터링을 위한 전기비저항탐사 시스템{A resistivity survey system for the saturation variation long period monitoring of the soft ground}A resistivity survey system for the saturation variation long period monitoring of the soft ground}

지구물리탐사기법 중 전기탐사에 해당하며, 전기탐사는 수직탐사, 수평탐사 및 2차원 탐사로 대별된다. 최근에는 전기비저항 자료의 역산기법이 발달하여 전기비저항검층의 1차원탐사, 지표면에서 실시되는 2차원탐사, 시추공을 이용한 2차원탐사 및 3차원 영상화로 구분한다. 본 발명은 전기비저항검층, 공대공 전기비저항 토모그래피탐사 및 지구통계학적 3차원 영상화에 해당한다. Electric exploration is one of the geophysical exploration techniques. Electric exploration is divided into vertical exploration, horizontal exploration, and two-dimensional exploration. In recent years, inversion techniques of electrical resistivity data have been developed to classify electrical resistivity logs into one-dimensional exploration, two-dimensional exploration conducted on the ground, two-dimensional exploration using boreholes, and three-dimensional imaging. The present invention corresponds to electrical resistivity logging, air-to-air resistivity tomography exploration, and geostatistical three-dimensional imaging.

땅은 그 구성물질의 성질이나 상태에 따라 전류가 흐르기 쉬운 부분과 흐르기 어려운 부분이 있다. 이러한 전류 흐름의 쉽고 어려운 정도를 전기비저항(단위: ohm-m, 전기전도도의 역수)이라는 물성값으로 표현한다. 전기비저항이 작을수록 전류는 잘 흐르게 된다. 지하에 전류를 흘려 보내면 지하의 전기비저항 분포와 지형에 따라 전위가 분포하게 되는데, 지표 또는 시추공 내에서 측정한 이 전위분포로부터 지하의 전기비저항 분포를 추정하는 방법이 전기비저항탐사이다. 전기탐사에는 이 외에도 자연전위탐사, 유도분극탐사(IP탐사) 등이 있지만, 토목 지질분야에 서는 전기비저항탐사가 주류를 이룬다. 또 전자탐사도 지하의 전기비저항 분포를 구하는 탐사법이지만 원리와 방법은 다르다.The land has parts that are easy to flow and parts that are difficult to flow, depending on the nature and condition of its constituents. The easy and difficult degree of the current flow is expressed as a property value of electrical resistivity (unit: ohm-m, reciprocal of electrical conductivity). The smaller the electrical resistivity, the better the current flows. When current flows underground, the electric potential is distributed according to the electric resistivity distribution and the terrain in the underground. The electric resistivity survey is a method of estimating the electric resistivity distribution underground from the electric potential distribution measured in the surface or borehole. Electric exploration includes natural potential exploration and inductive polarization exploration (IP exploration), but electrical resistivity exploration is the mainstream in civil geology. Electron exploration is also an exploration method for determining the distribution of electrical resistivity underground, but the principle and method are different.

시추공을 이용하여 시추공 주변 지층의 겉보기 비저항이나 시추공 내에서 발생하는 자연전위를 측정하는 검층법으로 지표에서 수행하는 전기탐사법과 유사하다. 즉, 여러 개의 전극을 내장한 손데(sonde)를 시추공 안에 넣고 전류를 발생시킨 후, 전위전극에서 측정된 전위를 이용하여 지층의 전기비저항을 측정한다. 지층의 전기비저항은 지층수의 전기적 특성이나 포화도, 공극률 등에 따라 변하기 때문에 주로 대수층이나 지하수가 유출 또는 유입되는 구간의 추정 등 지하수 조사에 많이 이용된다. 또한 전기비저항은 사질토보다 점토가 더 작고 풍화가 진행되어 균열이 많은 지반일수록 작아지기 때문에 터널이나 교량 조사 등에서 지질층서나 암상 변화의 파악에 이용된다. 한편 자연전위검층은 공내수와 지층수 사이에서 발생하는 전기화학전위나 유동전위를 심도에 따라서 측정하는 것으로 주로 이수와 지층수의 경계면, 투수층과 불투수층 경계면의 염분농도 차이에 따라 발생하기 때문에 지층수의 평가나 암상구분에 이용된다.A logging method that measures the apparent resistivity of the borehole periphery or the natural potential occurring in the borehole using a borehole, similar to the electroexploration method performed at the surface. That is, a sonde containing several electrodes is placed in a borehole to generate a current, and the electrical resistivity of the ground layer is measured using the potential measured at the potential electrode. Since the electrical resistivity of the strata varies according to the electrical characteristics, the saturation, the porosity, etc. of the strata, it is mainly used for the investigation of groundwater, such as the estimation of the section where the aquifer or the groundwater flows in or out. In addition, the electrical resistivity of clay is smaller than sandy soil, and weathering progresses and becomes smaller as more cracks are used. Therefore, it is used to identify geological strata and rock formations in tunnels and bridge surveys. On the other hand, the natural potential detection layer measures the electrochemical potential or the flow potential generated between the pore water and the ground water according to the depth. It is used for evaluation and cancer classification.

지표와 시추공을 이용하여 탐사 대상 영역을 둘러싸도록 전극을 설치하고, 지하에 전류를 흘려 발생한 전위를 측정하는 방법이다. 측정한 전류와 전위의 관계로부터 지하의 전기비저항 구조를 해석한다. 측정 및 해석의 기본 개념은 지표에서의 2차원 전기비저항탐사와 동일하지만, 전극을 시추공 내에 설치하여 탐사 대상에 근접시킨다는 점과 탐사 영역을 전극으로 둘러싼다는 점에서 2차원 전기비저항탐사에 비하여 해석 정밀도 또는 분해능의 향상을 기대할 수 있다.Using electrodes and boreholes, electrodes are installed to surround the area to be explored, and a potential generated by passing a current through the basement is measured. Underground electric resistivity structure is analyzed from the relationship between the measured electric current and electric potential. The basic concept of measurement and analysis is the same as the two-dimensional electrical resistivity survey at the surface, but the accuracy of the analysis is higher than the two-dimensional electrical resistivity survey in that the electrode is installed in the borehole to be close to the object to be explored and the surrounding area is surrounded by the electrode. Alternatively, an improvement in resolution can be expected.

연약지반개량공법 중 연직배수공법은 연약한 점토층내에서 인공적으로 연직배수제를 설치하여 배수거리를 단축시켜서 압밀을 촉진하는 공법이다. 연직배수공법에는 모래를 연직배수제로 사용하는 샌드드레인공법, 모래유출을 방지하기 위한 포대속에 모래를 채운 팩드레인공법 및 특수 가공된 플라스틱제를 사용한 페이퍼드레인공법 등이 있다. 연직배수공법의 효과를 측정하는 기법으로는 지표침하계, 수위계 등을 설치하여 계측하는 것이 일반적이다. 이러한 방법은 초기 설치비가 과다하게 소요되며, 측정점에 대한 국부적인 압밀변화를 조사하는 수준이다. 또한 일차원적인 변화를 측정하고, 개량의 대상인 연약지반내의 점성토의 포화도, 압밀 등의 자료를 측정하기 위해 시추조사, 콘관입시험 등의 추가적인 시험이 병행되어야 한다. 특히 시추조사 및 콘관입시험 등은 현장조건 및 시험에 소요되는 비용 문제로 연약지반개량공사전과 연약지반개량후 시행하는 것이 보편적이므로 이러한 결과로는 연속적인 연약지반의 개량효과를 조사할 수 없으며, 그 결과도 시각적으로 표현이 불가능하다. The vertical drainage method among the soft ground improvement methods is a method that promotes consolidation by shortening the drainage distance by artificially installing the vertical drainage agent in the soft clay layer. The vertical drainage method includes a sand drain method using sand as a vertical drainage method, a pack drain method filled with sand in a bag to prevent sand leakage, and a paper drain method using specially processed plastics. As a technique for measuring the effect of the vertical drainage method, it is common to install and measure a surface sediment meter and a water level gauge. This method is excessively expensive in the initial installation and is a level of investigating local changes in consolidation of measuring points. In addition, additional tests such as drilling surveys and cone penetration tests should be performed in order to measure one-dimensional changes and to measure data such as saturation and consolidation of viscous soils in the soft ground to be improved. In particular, drilling surveys and cone penetration tests are commonly conducted before and after soft ground improvement due to the cost of field conditions and tests. Therefore, the results of continuous soft ground improvement cannot be investigated. The result is also visually impossible to express.

본 발명에서는 전기비저항탐사를 실시하여 1차원, 2차원 및 3차원 영상화를 통해 연약지반내의 전기비저항값의 변화를 주기적으로 분석하고 이를 통한 포화도변화를 이용한 압밀효과를 유추하여 연약지반개량 성과를 종래의 계측기법보다 저렴하게 분석할 수 있다. In the present invention, the electrical resistivity survey is performed to periodically analyze the change of the electrical resistivity value in the soft ground through one-dimensional, two-dimensional and three-dimensional imaging, and infers the consolidation effect using the saturation change through the conventional method. It can be analyzed at a lower cost than the measurement technique of.

도 1에서와 같이 임의의 연약지반에 전극선(도 2)을 설치한다. 도 1의 101 전극선을 자세히 나타내면 도 2와 같다. 도 2의 전극선은 다수의 가는 절연 전선이 하나의 묶음으로 된 통신용 PVC 절연 케이블을 사용한다. 각 깊이별로 도 2의 201과 같이 PVC 절연 케이블 내의 가는 절연선 1가닥을 약 5mm 절연피복을 제거하여 노출시켜 도 2의 202 도체의 원형의 구리판과 연결하고, 이를 전극선 외부에 견고히 부착한다. 도 2의 202은 일반적인 육상의 전기비저항탐사 전극봉에 해당하며 내부의 가는 절연 전기선은 일정한 간격(1m 또는 2m)으로 수직의 연약지반내에 접지된다. 이러한 형태의 전극선은 도 1에서 같이 연약지반내 5개소에 설치하면, 연약지반내 깊이별도 수직적으로 전극봉이 설치된 도 6과 같은 설치가 가능하다. 먼저 도 1에서와 같이 101 전극선에서 1차원 전기비저항 검층을 실시하면 연약지반의 심도별 전기비저항 변화를 측정할 수 있다. 동일한 방법으로 도 1의 102, 103, 104 및 105 도 측정하면 각 측점마다 1차원 깊이별 전기비저항 변화를 조사한다. 다음으로 도 6과 같이 도 1에서의 101~102사이의 전기비저항 토모그래피 탐사를 실시하면 도 1의 101~102 전극선 사이의 단면에서 2차원 전기비저항 분포를 측정한다. 동일하게 두 개의 전극선을 이용하여 102~103, 103~104, 101~105, 102~105, 103~105 및 104~105 총 8개의 단면에서도 전기비저항 공대공 토모그래피를 실시하면 각 단면에서의 전기비저항 2차원 분포(도 7)에 따른 영상을 취득한다. 마지막으로 상기의 2차원 단면을 지구통계학적 방법으로 3차원 영상화를 구한다. As shown in Fig. 1, an electrode wire (Fig. 2) is provided on any soft ground. The electrode line 101 of FIG. 1 is shown in detail as shown in FIG. 2. The electrode wire of FIG. 2 uses a PVC insulated cable for communication in which a plurality of thin insulated wires are bundled into one bundle. For each depth, as shown in 201 of FIG. 2, one thin insulated wire in the PVC insulated cable is exposed by removing about 5 mm of insulation coating and connected to the circular copper plate of the 202 conductor of FIG. 2, and firmly attached to the outside of the electrode wire. 202 of FIG. 2 corresponds to an electric resistivity sensing electrode of a general land, and the thin insulated electric wire therein is grounded in the vertical soft ground at regular intervals (1 m or 2 m). If the electrode wire of this type is installed at five places in the soft ground as shown in FIG. 1, the electrode rods can be installed as shown in FIG. First, as shown in FIG. 1, when the one-dimensional electrical resistivity logging is performed on the 101 electrode line, the electrical resistivity change according to the depth of the soft ground can be measured. In the same way, when 102, 103, 104, and 105 degrees of FIG. 1 are measured, the electrical resistivity change for each one-dimensional depth is investigated. Next, as shown in FIG. 6, when electrical resistivity tomography exploration is performed between 101 and 102 in FIG. 1, a two-dimensional electrical resistivity distribution is measured at a cross section between the electrode lines 101 and 102 of FIG. 1. In the same manner, the electrical resistivity air-to-air tomography is carried out in 8 cross sections using two electrode wires, respectively, 102-103, 103-104, 101-105, 102-105, 103-105 and 104-105. An image according to the dimensional distribution (Fig. 7) is acquired. Finally, three-dimensional imaging of the two-dimensional cross section is obtained by geostatistical method.

이러한 일련의 과정은 연약지반에 전기비저항 전극선을 초기 일회 설치하고, 연약지반개량전부터 완료시까지 일정 주기별로 반복적으로 사용할 수 있다는 장점이 있으며, 일정한 주기로 반복적 측정으로 연속적 연약지반내 전기비정항치의 변화를 공간적으로 분석할 수 있어 연약지반내 포화도 변화를 통해 연약지반개량의 효과를 확인할 수 있다. 본 발명의 작업과정을 순서도로 나타내면 도 3과 같다. This series of procedures has the advantage that the electrical resistivity electrode wire is installed once in the soft ground and can be used repeatedly at regular intervals from before the soft ground improvement to completion, and the change of the electrical constant value in the continuous soft ground is repeated at regular intervals. It can be analyzed spatially to confirm the effect of soft ground improvement through the change of saturation in soft ground. 3 is a flowchart illustrating a process of the present invention.

연약지반개량을 위해 설계 및 개량효과를 검증하기 위하여 현장시험(콘관입시험,표준관입시험, 동적콘관입시험, 베인시험, 소산시험 등), 지구물리탐사(전기비저항탐사, 탄성파탐사, 자력탐사, 검층 등), 계측 및 실내시험 등이 사용된다. 상기의 시험은 실시를 위해 사전에 시추장비의 사용이 필수적이며, 반복하여 시험을 위해서 시추장비의 재사용이 요구된다. 또한 시추 및 시험위치의 국부적인 조사만 가능하며, 연속적인 측정이 어렵다. 본 발명의 전기비저항탐사를 이용한 장기 모니터링 시스템은 초기 일회 설치만으로 일정한 주기로 연속적인 시험이 가능하여 추가적인 설치가 불필요하며, 연속적인 조사를 통해 장기적인 측정이 가능하다. 본 발명을 통하여 연약지반의 전기비저항값의 변화를 장기 모니터링 함으로써 연약지반내 포화도 변화를 통한 개량효과를 판단할 수 있다. Field tests (cone penetration test, standard penetration test, dynamic cone penetration test, vane test, dissipation test, etc.), geophysical exploration (electric resistivity detection, seismic detection, magnetic exploration) to verify the design and improvement effect for soft ground improvement. , Logging, etc.), measurement and laboratory testing. The above test requires the use of drilling equipment in advance to be carried out, and the reuse of drilling equipment is required for the test repeatedly. In addition, only local investigation of drilling and test locations is possible, and continuous measurement is difficult. The long-term monitoring system using the electrical resistivity survey of the present invention can be continuously tested at regular intervals with only one initial installation, and thus no additional installation is required, and long-term measurement is possible through continuous irradiation. Through the present invention, it is possible to determine the improvement effect through the saturation change in the soft ground by long-term monitoring the change in the electrical resistivity value of the soft ground.

본 발명에서 고안된 전극선은 도 2와 같다. 일반적으로 전기탐사에서는 육상에 전극봉을 설치하고 이를 전선과 연결한다. 도 2에서는 원형의 도체판(도 2의 202)이 육상탐사의 전극봉에 해당하며, 이를 연약지반내에 수직으로 접지한 것과 동일하다. 도 1에서와 101,102,103,104 및 105의 전극선은 각 전극선의 접지판(도 2의 202)의 개수에 따라 탐사를 위한 채널수가 결정된다. 각 전극선은 연약지반 상 부에서 도 1의 106의 컨트롤박스로 취합된다. 컨트롤박스에 연결된 전극선은 전기비저항 탐사기에 연결된다. The electrode wire devised in the present invention is as shown in FIG. In general, in an electrical exploration, electrodes are installed on land and connected to wires. In FIG. 2, a circular conductor plate (202 in FIG. 2) corresponds to an electrode rod for land exploration, which is the same as grounded vertically in the soft ground. In FIG. 1 and the electrode lines 101, 102, 103, 104 and 105, the number of channels for exploration is determined according to the number of ground plates (202 in FIG. 2) of each electrode line. Each electrode wire is collected in the control box of 106 of FIG. 1 on the soft ground. The electrode wire connected to the control box is connected to the resistivity probe.

전기비저항검층은 전기검층이라고도 불리는 전기탐사의 1차원 탐사에 해당한다. 일반적인 전기검층은 시추공을 이용하여 시추공 주변 지층의 겉보기 비저항이나 시추공 내에서 발생하는 자연전위를 측정하는 검층법으로 지표에서 수행하는 전기탐사법과 유사하다. 즉, 여러 개의 전극을 내장한 손데(sonde)를 시추공 안에 넣고 전류를 발생시킨 후, 전위전극에서 측정된 전위를 이용하여 지층의 전기비저항을 측정한다. 지층의 전기비저항은 지층수의 전기적 특성이나 포화도, 공극률 등에 따라 변하기 때문에 주로 대수층이나 지하수가 유출 또는 유입되는 구간의 추정 등 지하수 조사에 많이 이용된다. 또한 전기비저항은 사질토보다 점토가 더 작고 풍화가 진행되어 균열이 많은 지반일수록 작아지기 때문에 터널이나 교량 조사 등에서 지질층서나 암상 변화의 파악에 이용된다. 한편 자연전위검층은 공내수와 지층수 사이에서 발생하는 전기화학전위나 유동전위를 심도에 따라서 측정하는 것으로 주로 이수와 지층수의 경계면, 투수층과 불투수층 경계면의 염분농도 차이에 따라 발생하기 때문에 지층수의 평가나 암상구분에 이용된다. 전기검층법은 도 4와 같이 (a) 전류.전위전극을 각각 하나씩 시추공 내에 설치하는 2극법의 노말법, (b) 전류전극 하나와 전위전극 한 쌍을 시추공 내에 설치하는 3극법의 래터럴(lateral)법, (c) 전류전극과 전위전극을 각각 한 쌍씩 시추공 내에 설치하는 4극법이 있으며 토목지질 조사에서는 노말 방식이 표준으로 이용되고 있다. 자연전위(SP) 검층은 (d)와 같이 지표와 시추공 내에 위치하는 전위전극에 대한 전위차를 심도에 따라서 연 속적으로 측정한다. 본 발명은 위의 전기비저항검층 방법은 동일하나 단지, 별도의 시추공과 케이싱이 필요없이 연약지반내에 삽입된 전극선(도 2)을 사용한다. 측정 자료는 측정 장비 내에서 자동적으로 겉보기 비저항으로 환산되어 연속 기록지로 출력되는 것이 일반적이지만 전기탐사 장비 등을 이용하여 측정하는 경우, 측정 자료가 전류와 전위차로 얻어지기 때문에 식 1을 이용하여 겉보기 비저항으로 환산한다. 이 경우 전극 간격에 따라 환산계수가 다르기 때문에 주의할 필요가 있다.The electrical resistivity logging corresponds to the one-dimensional exploration of electrical detection, also called the electrical detection layer. A general electrical logging is a logging method that measures the apparent resistivity of the boreholes around the borehole or the natural potential occurring in the borehole, and is similar to the electrical exploration method performed at the surface. That is, a sonde containing several electrodes is placed in a borehole to generate a current, and the electrical resistivity of the ground layer is measured using the potential measured at the potential electrode. Since the electrical resistivity of the strata varies according to the electrical characteristics, the saturation, the porosity, etc. of the strata, it is mainly used for the investigation of groundwater, such as the estimation of the section where the aquifer or the groundwater flows in or out. In addition, the electrical resistivity of clay is smaller than sandy soil, and weathering progresses and becomes smaller as more cracks are used. Therefore, it is used to identify geological strata and rock formations in tunnels and bridge surveys. On the other hand, the natural potential detection layer measures the electrochemical potential or the flow potential generated between the pore water and the ground water according to the depth. It is used for evaluation and cancer classification. As shown in Fig. 4, the electric logging method is (a) a bipolar normal method in which current and potential electrodes are installed in the borehole, respectively, and (b) a tripolar method in which a current electrode and a pair of potential electrodes are installed in the borehole. ), And (c) a quadrupole method in which a pair of current electrodes and a potential electrode are installed in the borehole, respectively, and a normal method is used as a standard for civil geological survey. The spontaneous potential (SP) logging layer continuously measures the potential difference with respect to the potential electrode located in the surface and the borehole as in (d) according to the depth. The present invention is the same as the above electrical resistivity logging method, but using only the electrode wire (Fig. 2) inserted into the soft ground without the need for a separate borehole and casing. The measured data is automatically converted into apparent resistivity in the measuring equipment and output as continuous recording paper.However, when measuring using an electric sensing device, the measured data is obtained by the difference between the current and the potential. Convert to In this case, care must be taken because the conversion coefficient is different depending on the electrode spacing.

Figure 112008050294721-PAT00001
-------- 식 1
Figure 112008050294721-PAT00001
-------- Equation 1

여기서, ρa: 지층의 겉보기 비저항 (ohm-m)Where ρ a is the apparent resistivity of the strata (ohm-m)

a : 전극 간격 (m) a : electrode spacing (m)

ΔV : 전위차 (V)Δ V : potential difference (V)

I : 전류 (A) I : current (A)

이 전기비저항의 값을 현장 적용 해석을 위해 토목지질 조사에서 전기검층 이용은 겉보기 비저항 곡선과 자연전위 곡선의 변화로부터 지층 대비와 대수층 판정 등의 정성적 평가와 해석을 실시하는 것이 일반적이며 정량 분석은 실시하지 않는다. 그러나 석유 분야처럼 정량 해석을 실시하는 경우에는 겉보기 비저항으로부터 참 비저항으로 환산할 필요가 있다. 참 비저항의 계산은 Schlumberger 표준곡선을 이용한 곡선적합법(curve matching) 등이 이용되고 있지만 이 표준곡선은 주로 퇴적암을 대상으로 하기 때문에 적용할 때 주의해야 한다.또한 지층의 공극률과 포화도 등은 Archie 식을 이용하여 분석하며 관계식은 식 2, 식3 및 식 4와 같다. The use of electric logs in civil geological surveys for the field application analysis of the values of electrical resistivity is generally performed by qualitative evaluation and analysis such as stratification and aquifer determination from the change of apparent resistivity curve and natural potential curve. Do not do it. However, in the case of quantitative analysis like in the petroleum field, it is necessary to convert from apparent resistivity to true resistivity. The calculation of the true resistivity is performed using the curve matching method using the Schlumberger standard curve, but this standard curve is mainly used for sedimentary rocks. The relationship is as shown in Equation 2, Equation 3 and Equation 4.

Figure 112008050294721-PAT00002
-----식 2
Figure 112008050294721-PAT00002
----- Equation 2

R 0 : 100 % 지층수로 포화된 암석의 전기비저항 (ohm-m) R 0 : Electrical resistivity of rocks saturated with 100% groundwater (ohm-m)

Rw : 지층수의 전기비저항 (ohm-m) Rw : Resistivity of groundwater (ohm-m)

F : 지층계수 또는 지층비저항계수(formation resistivity factor)라고도 하며 공극이 서로 연결된 상태에 따라서 영향을 받음 F : Also called stratification coefficient or formation resistivity factor, affected by the state of interconnection of voids

a : 지층에 관계된 상수 (보통 약 1.0 정도임) a : constant relative to the strata (usually around 1.0)

φ : 공극률φ: porosity

m : 교결인자(cementation factor, 1.0∼2.0 정도의 값을 나타내며 균열 암반에서는 1 에 가깝고 신선한 암반에서는 2 에 가까운 값을 보임) m : cementation factor (a value between 1.0 and 2.0), close to 1 in cracked rock, and close to 2 in fresh rock

Figure 112008050294721-PAT00003
----식 3
Figure 112008050294721-PAT00003
---- Equation 3

Figure 112008050294721-PAT00004
---- 식 4
Figure 112008050294721-PAT00004
---- Equation 4

R t : 암석의 참 비저항 (ohm-m) R t : True resistivity of rock (ohm-m)

Sw: 물 포화율 Sw : water saturation rate

n: 포화지수 (saturation exponent, 보통 2.0 전후의 값을 나타냄) n : Saturation exponent (usually around 2.0)

특별한 경우로서 약액 주입 등의 지반개량 효과를 확인하기 위해 전기검층을 이용하는 경우는 전기비저항의 감소율에서 약액의 충전율 분석을 식 5를 이용하여 시도하고 있다. As a special case, in order to check the effect of ground improvement such as injection of chemical solution, an analysis of the filling rate of chemical solution is attempted using Equation 5 at the rate of decrease of electrical resistivity.

Figure 112008050294721-PAT00005
---- 식 5
Figure 112008050294721-PAT00005
---- Equation 5

α : 약액의 전기비저항 충전율α: electrical resistivity filling rate of chemical liquid

ρ sw : 약액을 주입하기 전 지반의 전기비저항 (ohm-m)ρ sw : Electrical resistivity of ground before injecting chemical solution (ohm-m)

ρ sg : 약액을 주입한 후 지반의 전기비저항 (ohm-m)ρ sg : Electrical resistivity of ground after chemical injection (ohm-m)

ρ w : 지층수의 전기비저항 (ohm-m)ρ w : Resistivity of groundwater (ohm-m)

ρ g : 약액의 전기비저항 (ohm-m)ρ g : Electrical resistivity of chemical liquid (ohm-m)

이러한 전기비저항검층의 방법 및 전극배열방법(도 5)에 따라 본 발명의 연약지반용으로 제작된 전극선(도 2)으로 측정하면, 연약지반내의 전기비저항값을 구하고 이를 통해 연약지반내의 포화도를 측정할 수 있다.According to the method of the electrical resistivity detection layer and the electrode array method (FIG. 5) measured by the electrode wire (FIG. 2) manufactured for the soft ground of the present invention, the electrical resistivity value in the soft ground is obtained and the saturation degree in the soft ground is measured. can do.

공대공 전기비저항 토모그래피탐사(도 6)는 전기비저항의 변화에 의하여 지하구조를 영상화하는 방법으로, 지반의 불균질성 및 지반에 함유된 유체의 특성을 이용한 탐사가 많이 행해진다. 지반의 불균질성을 야기하는 요인으로는 암반의 변질 및 점토화, 균열 등과 같이 저비저항 이상으로 나타나는 요인과 공동, 관입암 등과 같이 고비저항 이상으로 파악되는 요인 등을 들 수 있다. 전기비저항 토모그래피는 이들 불균질성의 요인을 탐사 대상으로 하여 변질대 조사, 단층.파쇄대 조사, 공동 조사나 지반 개량 효과 판정 등에 적용된다. 한편 지반에 포함된 유체의 특성을 이용한 조사에서는 수질 조사, 균열계 조사, 지하수 유로 조사나 지하수위 저하공법의 효과 판정 등에 적용된다. 탐사 결과의 이용은 획득한 전기비저항 구조를 그대로 이용하는 경우와 사전 및 사후에 측정하여 전기비저항의 변화량을 이용하는 경우가 있다. 전기비저항 토모그래피에 있어서 반복적 역산법은 지하 전기비저항 모형으로부터 각 측점에 있어서의 이론 모델링 자료를 계산하고 이를 현장 측정자료에 근접하도록 지하 전기비저항 모형을 수정하며, 이들 과정을 반복적으로 수행한다. 일반적으로 현장 측정자료에 포함된 측정 오차는 정규 분포를 따른다고 가정하며, 현장 측정자료와 지하 전기비저항 모형 그리고 그 수정량 사이에 선형관계를 가정하고 최소자승법을 이용하여 매 반복 단계에서 전기비저항 모형의 수정량을 산출하게 된다. 모든 자료에는 측정 오차가 존재하기 때문에 이론값과 측정값이 일치하는 경우는 없으므로 그 차이가 충분히 작아지면 역산이 수렴된 것으로 간주하여 그 시점의 전기비저항 모형을 획득한 지하 전기비저항 구조(해)라고 한다. 다음은 공대공 전기비저항 토모그래피탐사 과정이다. 이 순서도는 아래 (1)~(7) 순서로 진행된다. The air-to-air resistivity tomography exploration (FIG. 6) is a method of imaging the underground structure by the change of the resistivity, and a lot of exploration using the heterogeneity of the ground and the characteristics of the fluid contained in the ground is performed. Factors causing the inhomogeneity of the ground include factors that appear to be low resistivity, such as deterioration, clay formation, and cracking of rocks, and factors identified as higher than high resistivity such as cavities and intrusive rocks. Electrical resistivity tomography is applied to deterioration zone investigation, fault and crush zone investigation, joint investigation, and ground improvement effect determination using these non-uniformity factors as an exploration target. On the other hand, in the investigation using the characteristics of the fluid contained in the ground, it is applied to water quality investigation, crack system investigation, groundwater flow path investigation, and determination of the effect of the groundwater level reduction method. The use of the exploration results may be performed by using the obtained electrical resistivity structure as it is or by using the amount of change in the electrical resistivity measured before and after. In electrical resistivity tomography, the iterative inversion method calculates theoretical modeling data for each point from underground resistivity model, modifies the underground resistivity model to approximate the field measurement data, and performs these processes repeatedly. In general, it is assumed that the measurement error included in the field measurement data follows a normal distribution, and the electrical resistivity model is estimated at every iteration step using the least-square method, assuming a linear relationship between the field measurement data, the underground electrical resistivity model, and the correction amount. The correction amount of is calculated. Since there is a measurement error in all the data, the theoretical value and the measured value do not coincide with each other. Therefore, if the difference is small enough, the inversion is considered to have converged and the underground resistivity structure (solution) is obtained. do. The following is an air to air resistivity tomography exploration process. This flowchart proceeds in the following order (1) to (7).

Figure 112008050294721-PAT00006
Figure 112008050294721-PAT00006

(1) 전극 위치 자료 입력: 전극 위치 및 조사 영역의 지형 자료를 입력한다. 동시에 수치모델링을 위한 격자망을 생성한다.(1) Input of electrode position data: Input electrode position and terrain data of the irradiation area. At the same time, we create a grid for numerical modeling.

(2) 측정 자료 입력: 측정된 전류와 전위 또는 겉보기 비저항을 컴퓨터에 입력한다. 동시에 각 측정값에 해당하는 전극 위치 자료도 입력한다.(2) Enter measurement data: Input measured current and potential or apparent resistivity into computer. At the same time, enter the electrode position data corresponding to each measurement.

(3) 역산의 초기 모형 설정: 반복적 역산의 초기 모형을 설정한다. 초기 모형은 어떠한 것이라도 좋지만 실제 지하구조와 가깝게 설정할수록 반복 계산 회수를 줄임과 동시에 최종 결과의 질도 향상시킬 수 있다. 겉보기 비저항의 평균값이 일반적으로 많이 사용되고 있다.(3) Set up the initial model of inversion: Set up the initial model of the inversion. The initial model can be anything, but the closer it is set to the actual underground structure, the less the number of iterations can be calculated and the quality of the final result can be improved. The average value of the apparent specific resistance is generally used.

(4) 이론 모델링 자료 계산: 설정된 지하 전기비저항 모형에 대하여 이론 전위 분포를 계산하고 이로부터 현장 측정자료에 대응하는 이론 모델링 자료를 계산한다.(4) Calculation of theoretical modeling data: Calculate the theoretical potential distribution for the set underground electrical resistivity model and calculate the theoretical modeling data corresponding to the field measurement data from it.

(5) 오차 계산: 현장 측정자료와 이론 모델링 자료 사이의 차이를 계산한다. 이 차이가 충분히 작으면 그 시점의 전기비저항 분포 단면이 현장 측정자료를 거의 만족하는 것으로 생각하고 반복2역산을 종료한다.(5) Error calculation: Calculate the difference between field measurement data and theoretical modeling data. If this difference is small enough, the electric resistivity distribution cross section at that point is considered to almost satisfy the field measurement data, and the repetition 2 inversion is terminated.

(6) 전기비저항 모형의 수정: (5)에서의 오차가 큰 경우에는 전기비저항 분포 모형을 수정한다. 전기비저항 모형의 수정량을 계산하는 방법에는 많은 연구자가 발표한 여러 알고리즘이 있지만 계산 결과의 안정성이나 계산 속도 등을 고려하여 선택하여야 한다.(6) Correction of electrical resistivity model: If the error in (5) is large, correct the electrical resistivity distribution model. There are many algorithms published by many researchers to calculate the correction amount of the electrical resistivity model, but it should be selected considering the stability of calculation results and calculation speed.

(7) 최종 전기비저항 단면도의 작성: 위의 (4)∼(6)을 반복 수행하고 (5)에서의 판단으로부터 획득되는 전기비저항 모형을 최종 전기비저항 단면도라고 한다. 그 표현은 대상 단면을 직사각형(통상적으로는 정사각형)의 격자로 분할하고 각 격자에 전기비저항값을 할당하여 전기비저항값에 따라 칼라 등고선(등비저항 곡선)도로 나타낸다. 이와 같이 함으로써 전기비저항 분포를 시각적으로 용이하게 파악할 수 있다. 이러한 공대공 전기비저항 토모그래피탐사(도 6)를 도 1의 두개의 전극선을 사용하여 전기비저항값의 2차원 영상화가 가능하다.(7) Preparation of final electrical resistivity cross section: The electrical resistivity model obtained from the judgment in (5) by repeating the above (4) to (6) is called the final electrical resistivity cross section. The expression is divided into a rectangular (usually square) lattice, and an electric resistivity value is assigned to each lattice and is represented by a color contour line (equivalent resistivity curve) according to the electric resistivity value. By doing in this way, an electrical resistivity distribution can be visually recognized easily. In this air-to-air resistivity tomography probe (FIG. 6), two-dimensional imaging of the resistivity value is possible using the two electrode lines of FIG.

상기의 각 전극선에 대한 전기비저항검층과 각 전극선사이의 공대공 전기비저항 토모그래피탐사는 전극선이 삽입되어 일정한 깊이로 전극판이 접지되어 있으므로 연약지반개량 초기부터 완료 및 이후에도 측정이 가능하고, 시험을 위한 시추작업이 추가적으로 필요하지 않다. 또한 일저한 주기로 반복적으로 탐사를 실행하여 연약지반 전기비저항값의 변화를 통해 지반내 포화도의 변화를 알 수 있고, 이를 이용한 연약지반개량의 효과를 유추할 수 있다.The electrical resistivity detection layer for each electrode wire and the air-to-air electrical resistivity tomography probe between each electrode wire can be measured from the beginning of the soft ground improvement and afterwards because the electrode plate is grounded to a certain depth by inserting the electrode wire. This is not necessary additionally. In addition, it is possible to know the change of ground saturation through the change of the resistivity value of the soft ground by repeatedly performing the exploration at regular intervals, and infer the effect of the soft ground improvement using the same.

제1도는 연약지반 포화도 변화 장기 모니터링 시스템을 위한 전기비저항탐사 장비 배치도 및 전극선 설치도1 is an electrical resistivity survey equipment layout and electrode wire installation diagram for long-term monitoring system of soft ground saturation change

제2도는 전기비저항탐사용 다수의 가는 절연선을 묶음으로 하는 PVC절연 케이블을 이용한 전선 전극판 일체형 전극선2 is a wire electrode plate integrated electrode wire using a PVC insulated cable that bundles a number of thin insulated wires for electrical resistivity detection

제3도는 탐사흐름도3 is an exploration flow chart

제4도는 1차원 전기비저항검층 개념도4 is a conceptual diagram of a one-dimensional electrical resistivity logging

제5도는 1차원 전기비저항검층 결과 예5 is an example of the results of the one-dimensional electrical resistivity logging

제6도는 공대공 전기비저항 토모그래피 개념도6 is a conceptual diagram of air to air resistivity tomography

제7도는 공대공 전기비저항 토모그래피 결과 예7 is an example of air-to-electromagnetic resistivity tomography results

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명><Brief description of symbols for the main parts of the drawings>

101 ~ 105 : 전극선 106 : 컨트롤박스 107 : 전기비저항탐사기101 ~ 105: electrode wire 106: control box 107: electrical resistivity detector

108 : PC 109 : 데이터 전송 케이블 110 : 연약지반108: PC 109: data transmission cable 110: soft ground

201 : 전열체 제거된 통신용 PVC 절연 케이블 내의 가는 전선201: Thin wire in PVC insulation cable for telecommunications removed.

202 : 원형 도체판(구리)으로 접지판202: ground plate with a circular conductor plate (copper)

203 : 통신용 PVC 절연 케이블 쉴드피복203: PVC insulated cable shield sheath for communication

204 : 통신용 PVC 절연 케이블 외부 절연피복204: PVC insulation cable outer insulation sheath for communication

205 : 통신용 PVC 절연 케이블 내의 가는 전선 묶음205: Bundle of fine wires in PVC insulated cable for communication

Claims (2)

연약지반 포화도 변화를 확인을 위한 전기비저항탐사 장기 모니터링 시스템에 있어서 가는 절연 전선을 묶음으로 하는 통신용 PVC절연 케이블을 이용한 전극선(도 2)에서 전기탐사의 전극봉에 해당하는 전극판(도 2의 202)와 케이블 내부 가는 전선의 연결 및 이를 일체화한 영구 삽입용 전극선.Electrode resistivity exploration for checking the change in soft ground saturation In the long-term monitoring system, the electrode plate corresponding to the electrode of the electrical exploration in the electrode wire (FIG. 2) using the PVC insulated cable for the bundle of thin insulated wires (FIG. 202 in FIG. 2) Connection of thin wires inside the cable and permanent insertion electrode wires incorporating them. 청구항 1에서 전극선을 이용한 1차원 전기비저함검층, 공대공 전기비저항 토모그래피탐사 탐사를 위한 장비 배치도(도 1).Equipment layout for the one-dimensional electrical vision detection layer, air-to-air electrical resistivity tomography exploration exploration using the electrode line in claim 1 (Fig. 1).
KR1020080067958A 2008-07-14 2008-07-14 A resistivity survey system for the saturation variation long period monitoring of the soft ground KR20100007352A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080067958A KR20100007352A (en) 2008-07-14 2008-07-14 A resistivity survey system for the saturation variation long period monitoring of the soft ground

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080067958A KR20100007352A (en) 2008-07-14 2008-07-14 A resistivity survey system for the saturation variation long period monitoring of the soft ground

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20100007352A true KR20100007352A (en) 2010-01-22

Family

ID=41816346

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080067958A KR20100007352A (en) 2008-07-14 2008-07-14 A resistivity survey system for the saturation variation long period monitoring of the soft ground

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20100007352A (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150021623A (en) 2013-08-20 2015-03-03 한국전력공사 Geological resource monitoring method using electrical resistivity
KR20180103020A (en) * 2017-03-08 2018-09-18 한국과학기술원 Monitoring sensor device for grouted regions around underground structures
CN111257947A (en) * 2019-11-27 2020-06-09 中建四局第一建筑工程有限公司 Cross-hole resistivity karst cave detection method
KR102160265B1 (en) 2020-03-19 2020-09-25 주식회사 동서기술 An pole for a resistivity probe device
KR102168616B1 (en) 2020-03-19 2020-10-21 주식회사 동서기술 A cabel module for a resistivity probe device
CN117192628A (en) * 2023-11-03 2023-12-08 北京科技大学 Deep fracture water-bearing stratum distribution identification method

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150021623A (en) 2013-08-20 2015-03-03 한국전력공사 Geological resource monitoring method using electrical resistivity
KR20180103020A (en) * 2017-03-08 2018-09-18 한국과학기술원 Monitoring sensor device for grouted regions around underground structures
CN111257947A (en) * 2019-11-27 2020-06-09 中建四局第一建筑工程有限公司 Cross-hole resistivity karst cave detection method
KR102160265B1 (en) 2020-03-19 2020-09-25 주식회사 동서기술 An pole for a resistivity probe device
KR102168616B1 (en) 2020-03-19 2020-10-21 주식회사 동서기술 A cabel module for a resistivity probe device
CN117192628A (en) * 2023-11-03 2023-12-08 北京科技大学 Deep fracture water-bearing stratum distribution identification method
CN117192628B (en) * 2023-11-03 2024-01-26 北京科技大学 Deep fracture water-bearing stratum distribution identification method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Pollock et al. Fully coupled hydrogeophysical inversion of a laboratory salt tracer experiment monitored by electrical resistivity tomography
CN101796433B (en) Method and system for removing effects of conductive casings and wellbore and surface heterogeneity in electromagnetic imaging srveys
CN109001823B (en) Electromagnetic earth lens detection method and detection device
CN106401574B (en) Method for predicting formation pressure of high-temperature geothermal well before drilling
US9952345B1 (en) Subsurface multi-electrode resistivity implant method and system
KR20100007352A (en) A resistivity survey system for the saturation variation long period monitoring of the soft ground
US10495524B2 (en) Apparatus and method for monitoring production wells
CN105604066A (en) Application of resistivity profiling method to detection of building foundation pit support structure water leakage
US8005619B2 (en) Method of determining reservoir parameters
Andrej et al. Electrical resistivity imaging of cave Divas¡ ka jama, Slovenia
CN103821495A (en) Logging method
CN103487843B (en) Underwater amount measuring method based on resistivity imaging technology
Zhao et al. The importance of fracture geometry and matrix data on transient hydraulic tomography in fractured rocks: Analyses of synthetic and laboratory rock block experiments
KR100944096B1 (en) System for streamer electrical resistivity survey and method for analysis of underground structure below a riverbed
CN114659734A (en) Method for detecting dam leakage by combining high-density electrical method and comprehensive tracing method
CN111721831A (en) Three-dimensional tomography dam hidden leakage channel scanning method based on electric stimulation
Tresoldi et al. G. RE. TA installations for real-time monitoring of irrigation dams and canals
Li et al. Spatio-temporal evolution of apparent resistivity during coal-seam hydraulic flushing
Nyári et al. The use of non-conventional CPTe data in determination of 3-D electrical resistivity distribution
JP2007285729A (en) Method for measuring resistivity in stratum
Carrière et al. Using resistivity or logarithm of resistivity to calculate depth of investigation index to assess reliability of electrical resistivity tomography
Kirsch et al. Geoelectrical methods
Carrigan et al. Application of ERT for tracking CO2 plume growth and movement at the SECARB Cranfield site
Alumbaugh et al. Monitoring infiltration within the vadose zone using cross borehole ground penetrating radar
CN101216565A (en) Natural potential continuous section exploration method

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application